Tecnología de aditivos para concretos en cimentaciones profundas

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1 84 tecnología Tecnología de aditivos para concretos en cimentaciones profundas Para entender la importancia que tienen los aditivos en las mezclas de concreto destinadas a la construcción o fundida de cimentaciones profundas, es necesario describir, así sea brevemente, los métodos constructivos, sus técnicas y la razón de las mismas. Estos métodos constructivos deben tener en cuenta innumerables aspectos que suelen incluir la intervención coordinada de muchos profesionales en la solución de los problemas que se presentan en los proyectos donde se desarrollan procesos de cimentación, que para muchos constituyen un verdadero arte. Este artículo pretende puntualizar algunos aspectos generales y plantea inquietudes sobre los procedimientos constructivos de cimentación profunda. Ing. Carlos Alberto Méndez Director de Infraestructura, Toxement S.A Introducción Cuando se concibe un proyecto constructivo hay que pensar ante todo en el suelo. Nuestro planeta se formó hace unos millones de años, pero el suelo, tal como se conoce hoy, solo terminó de conformarse hace unos 700 millones de años. A comienzos del siglo XX, Karl Von Terzaghi inició estudios científicos serios que dieron paso a una nueva ciencia, la mecánica de suelos, y con ella a la ingeniería geotécnica. Entre 1926 y 1932, él y Arthur Casagrande conformaron un equipo que logró vitales avances en esta nueva ciencia. Esto nos permite ver que el estudio de los suelos es joven y que todavía persisten muchas cosas por resolver, pues sabemos que el suelo natural no es uniforme, cambia mucho entre un lugar a otro, y a veces un mismo metro cuadrado presenta variaciones en su composición química y su estructura física que dependen del material geológico, el clima y la topografía o que son resultado de la actividad humana. Sin embargo, las posibilidades de estudio se limitan a los pocos puntos donde se han extraído

2 tecnología 85 Construcción de cimentaciones profundas. Cortesía WSDOT Estructuras profundas de cimentación Pilote in situ: cuando los estratos superiores del suelo son compresibles y débiles se utilizan pilotes para transmitir la carga de la superestructura a lechos profundos de roca o de gravas estables con capacidad portante, que en este caso se denominan pilotes de punta. Cuando no se encuentran estas capas a profundidades asequibles, el pilote funciona por fricción flotante y transmite las cargas sobre su superficie lateral y las capas de suelo en contacto con ella. Los pilotes se elaboran perforando en profundidad y con diámetro establecido en un suelo cohesivo, compuesto en ocasiones por arenas, gravas, limos o arcillas que conforman un soporte frágil que, al ser intervenido por grandes brocas, rompe su cohesión y genera una superficie de fricción conocida como suelo friccionante. Proceso constructivo Para estabilizar y evitar derrumbes internos en las paredes, se acude a diferentes métodos que incluyen el uso de camisas de acero (tubos metálicos a modo de encofrados) que pueden ser recuperadas o sacrificadas, lo cual se contempla en los cálculos estructurales. También se utilizan lodos tixotrópicos que se obtienen mezclando agua con proporciones exactas de bentonita, una arcilla de origen volcánico de tipo laminar que tiene la capacidad de expandir varias veces su volumen y puede reutilizarse en otras perforaciones de la misma obra, pero limitando a 3% el contenido de arena. En el mercado hay polímeros que permiten modificar el agua dándole características de lodo tixotrópico; por una parte se requiere que la viscosidad en el agua medida en el cono de Marsh aumente de 27 segundos a segundos (dependiendo principalmente de la presión atmosférica y la temperatura) y, por otra parte, alteran el ph llevándolo a una lectura de 12. muestras, lo cual reduce la exactitud de los resultados de laboratorio a una estimación de la realidad del suelo donde se va a construir. Por lo mismo los estudios deben realizarse con el máximo rigor desde las primeras visitas al sitio y la toma de muestras por entes certificados hasta la elaboración de las pruebas y el análisis de resultados. Otro aspecto que requiere de gran atención y estudio son los métodos y los equipos de perforación, que están determinados por el tipo de estructura que se va a construir. Afectación de pilotes 10 minutos después de fundir el concreto, el pilote presenta burbujeo y movimiento por su parte central. Siete días después de la fundida, los resultados son desafortunados.

3 86 tecnología Una vez realizada y protegida la perforación, se instala la respectiva armadura o canasta en su interior y todo queda listo para colocar el concreto, que debe cumplir las especificaciones y recomendaciones de la Norma Técnica Colombiana 3318, cuyo objeto es establecer las especificaciones para concreto producido en planta (dentro o fuera de las instalaciones del proyecto), y concreto producido en obra. En la producción del concreto es indispensable revisar con gran cuidado lo concerniente a los aditivos. En concepto del autor, hoy en día la mejor manera para obtener una mezcla de concreto de alta calidad y de costo razonable es tener en cuenta el uso de aditivos. Por eso, para formular una recomendación correcta no es suficiente conocer la especificación, sino comprender también los procesos constructivos, manejarlos y tener claridad sobre los efectos de estos materiales en el cemento y, en general, el resultado dentro de la mezcla. Es un tema extenso y complejo, y por ello las siguientes líneas se centrarán en una sola característica: la compatibilidad de los aditivos con el cemento desde el punto de vista del efecto físico. Aditivos para el concreto en cimentaciones La producción de concretos del tipo Tremie exige mezclas con alta manejabilidad, generalmente especificadas entre 200 mm y 230 mm de asentamiento. Pero en previsión de demoras de obra, instalación de canastas o de retrasos de otros viajes que completan la fundida, a veces se toman decisiones muy delicadas sin el criterio y los conocimientos suficientes: por ejemplo, aumentar la manejabilidad de la mezcla redosificando aditivo plastificante o, peor aún, agregando agua a las mezclas. Los aditivos plastificantes y súperplastificantes también usados como reductores de agua de alto rango en otras aplicaciones, tienen unos rangos de dosificación específicos que deben ser estudiados, comprobados y autorizados para evitar que las dosis empleadas sobresaturen las partículas de cemento, pues su efecto desfloculante puede segregar la mezcla y hacer flotar las partículas más pequeñas incluyendo la fracción fina del cemento; esto produce mezclas muy sensibles y de baja viscosidad, vulnerables a los efectos de energía acumulada en el interior del pilote durante la fundida. Este fenómeno aumenta debido a que generalmente se requieren aditivos retardantes de fraguado para cubrir el tiempo de transporte y colocación de la mezcla. Un retardo prolongado sumado a una excesiva manejabilidad propicia la segregación plástica, por lo cual las partículas gruesas tienden a precipitarse; unos minutos después se libera la energía acumulada y los agregados aumentan repentinamente la velocidad, generando un efecto continuo de ascenso de las partículas más pequeñas. Esto da lugar a grandes depósitos de arenas La evidencia de paredes sanas tipo corona confirma problema de alta vulnerabilidad de la mezcla por baja viscosidad. Pilote con centro totalmente deteriorado, en obra determinan probable causa, el proceso constructivo y concretos vulnerables. y material fino, a tal punto que en muchas obras, en el momento de descabezar los pilotes el concreto sano se encuentra a profundidades que pueden superar los 3 m. Este riesgoso proceso también se da en pilotajes de tipos Tornillo continuo (asentamiento de 230 mm a 254 mm) y Tornillos continuos autoconsolidados (flujo libre de 600 mm a 650 mm), en que la instalación de la canasta dispara el mismo efecto, que en la superficie del concreto fresco se ve como un flujo de mortero y gran cantidad de burbujas. Para aportar a la obra mezclas con mayores asentamientos, incluso con características auto-consolidables, contrarrestar ataques agresivos de los suelos al concreto y a los deterioros por flujo de aguas subte-

4 rráneas, los concretos deben diseñarse con el máximo cuidado y blindarlos aumentando su viscosidad. Para ello, las más recientes tecnologías en aditivos han desarrollado moléculas como las bases de policarboxilatos, que no deben mezclarse con aditivos a base de naftaleno por su incompatibilidad en estado fresco; las mezclas son al comienzo apropiadas y cohesivas, pero la pérdida de manejabilidad es drástica. Este es apenas un ejemplo de los graves problemas causados por el uso incorrecto, la mala especificación o los descuidos en el uso de los aditivos. Las adiciones como microsílica, cenizas volantes y puzolanas, entre otras, también permiten obtener concretos de buenas características, pero igualmente deben conocerse sus efectos en las mezclas en estado fresco porque exigen más agua (respecto a un testigo sin adiciones) y esto puede segregar la mezcla. Una vez más, el reto es encontrar la combinación adecuada de aditivos y sus dosis para conseguir alta manejabilidad por un lado, y por otro reducción de agua para evitar segregación y pérdida de viscosidad; teniendo siempre presente que dosis muy altas en los súperplastificantes hacen que las partículas finas floten sobre la mezcla y se pierda la distribución homogénea en la masa de concreto, lo cual altera los resultados deseados. Conclusiones y recomendaciones En conclusión, se recomienda realizar pruebas de laboratorio que sigan las recomendaciones del fabricante, para determinar los tipos de aditivo y las dosis óptimas de cada uno de ellos. Y adicionalmente resolver con claridad y oportunidad algunas inquietudes como estas: Es posible redosificar los aditivos? De ser posible, lo hago en planta o en obra? Cuál es el plazo máximo para modificar la mezcla? Cómo inciden las temperaturas del concreto y del ambiente sobre los posibles ajustes? Es posible sobredosificar los aditivos? Cuáles aditivos permiten la redosificación y la sobredosificación, y en qué porcentajes? GEOFUNDACIONES Cuidando objetivamente los anteriores aspectos y realizando las acciones pertinentes para tener en obra un excelente concreto, se realiza la colocación dentro de la excavación. Para el efecto es necesario un tubo embudo llamado Tubo Tremie que permite fundir el elemento sin que presente alteraciones en su composición; la tubería, que generalmente debe tener un diámetro entre 155 mm a 203 mm, se coloca dentro de la excavación sumergida en el lodo tixotrópico; antes de descargar la mezcla, y para evitar que el concreto tenga contacto con los lodos en el interior de la tubería, se coloca un sello que puede ser una esfera de espuma densa llamada diablo, la cual desciende por la acción del peso del concreto, y al quedar libre en el fondo sube rápidamente a la superficie por efecto de su menor densidad; de esta manera la porción de concreto que se contamina por entrar en contacto con los lodos es mínima, parte de sus componentes gruesos quedan en el fondo y la fracción media y fina de baja calidad asciende por efecto del concreto sano que se desplaza hacia arriba. Esto significa que el último metro cúbico de concreto colocado queda en el fondo y el primero en la superficie y por ello, días después, los pilotes deben ser descabezados para retirar el concreto contaminado, que no debe pasar de cm de espesor.

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