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noticreto 118 mayo / junio 2013

Tecnologa de aditivos para concretos en cimentaciones profundasPara entender la importancia que tienen los aditivos en las mezclas de concreto destinadas a la construccin o fundida de cimentaciones profundas, es necesario describir, as sea brevemente, los mtodos constructivos, sus tcnicas y la razn de las mismas. Estos mtodos constructivos deben tener en cuenta innumerables aspectos que suelen incluir la intervencin coordinada de muchos profesionales en la solucin de los problemas que se presentan en los proyectos donde se desarrollan procesos de cimentacin, que para muchos constituyen un verdadero arte. Este artculo pretende puntualizar algunos aspectos generales y plantea inquietudes sobre los procedimientos constructivos de cimentacin profunda.

Ing. Carlos Alberto MndezDirector de Infraestructura, Toxement S.A

IntroduccinCuando se concibe un proyecto constructivo hay que pensar ante todo en el suelo. Nuestro planeta se form hace unos 4.500 millones de aos, pero el suelo, tal como se conoce hoy, solo termin de conformarse hace unos 700 millones de aos. A comienzos del siglo XX, Karl Von Terzaghi inici estudios cientficos serios que dieron paso a una nueva ciencia, la mecnica de sue-los, y con ella a la ingeniera geotcnica. Entre 1926 y 1932, l y Arthur Casagrande conformaron un equipo que logr vitales avances en esta nueva ciencia.

Esto nos permite ver que el estudio de los sue-los es joven y que todava 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 varia-ciones en su composicin qumica y su estructura fsica que dependen del material geolgico, el clima y la topografa o que son resultado de la actividad humana. Sin embargo, las posibilidades de estudio se limitan a los pocos puntos donde se han extrado

LA REVISTA DE LA TCNICA Y LA CONSTRUCCIN


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muestras, lo cual reduce la exactitud de los resulta-dos de laboratorio a una estimacin de la realidad del suelo donde se va a construir. Por lo mismo los estudios deben realizarse con el mximo rigor desde las primeras visitas al sitio y la toma de muestras por entes certificados hasta la elaboracin de las pruebas y el anlisis de resultados. Otro aspecto que requiere de gran atencin y estudio son los mtodos y los equipos de perforacin, que estn determinados por el tipo de estructura que se va a construir.

Estructuras profundas de cimentacinPilote in situ: cuando los estratos superiores del suelo son compresibles y dbiles 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 encuen-tran estas capas a profundidades asequibles, el pilote fun-ciona por friccin 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 dimetro establecido en un suelo cohesivo, compuesto en ocasiones por arenas, gravas, limos o arcillas que confor-man un soporte frgil que, al ser intervenido por grandes brocas, rompe su cohesin y genera una superficie de fric-cin conocida como suelo friccionante.

Proceso constructivoPara estabilizar y evitar derrumbes internos en las pare-des, se acude a diferentes mtodos que incluyen el uso de camisas de acero (tubos metlicos a modo de encofra-dos) que pueden ser recuperadas o sacrificadas, lo cual se contempla en los clculos estructurales. Tambin se utilizan lodos tixotrpicos que se obtienen mezclando agua con proporciones exactas de bentonita, una arcilla de origen volcnico de tipo laminar que tiene la capaci-dad de expandir varias veces su volumen y puede reu-tilizarse en otras perforaciones de la misma obra, pero limitando a 3% el contenido de arena. En el mercado hay polmeros que permiten modificar el agua dndole caractersticas de lodo tixotrpico; por una parte se re-quiere que la viscosidad en el agua medida en el cono de Marsh aumente de 27 segundos a 38-42 segundos (dependiendo principalmente de la presin atmosf-rica y la temperatura) y, por otra parte, alteran el pH llevndolo a una lectura de 12.

Construccin de cimentaciones profundas.Cortesa WsDot

Afectacin de pilotes 10 minutos despus de fundir el concreto, el pilote presenta burbujeo y movimiento por su parte central. Siete das despus de la fundida, los resultados son desafortunados.Cortesa toxement s.a.



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Una vez realizada y protegida la perforacin, se instala la respectiva armadura o canasta en su inte-rior y todo queda listo para colocar el concreto, que debe cumplir las especificaciones y recomendaciones de la Norma Tcnica Colombiana 3318, cuyo objeto es establecer las especificaciones para concreto producido en planta (dentro o fuera de las instalaciones del proyec-to), y concreto producido en obra. En la produccin del concreto es indispensable revisar con gran cuidado lo concerniente a los aditivos. En concepto del autor, hoy en da 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 for-mular una recomendacin correcta no es suficiente conocer la especificacin, sino comprender tambin los procesos constructivos, manejarlos y tener clari-dad sobre los efectos de estos materiales en el cemen-to y, en general, el resultado dentro de la mezcla. Es un tema extenso y complejo, y por ello las siguientes lneas se centrarn en una sola caracterstica: la com-patibilidad de los aditivos con el cemento desde el punto de vista del efecto fsico.

Aditivos para el concreto en cimentacionesLa produccin de concretos del tipo Tremie exige mezclas con alta manejabilidad, generalmente espe-cificadas entre 200 mm y 230 mm de asentamiento. Pero en previsin de demoras de obra, instalacin de canastas o de retrasos de otros viajes que completan la fundida, a veces se toman decisiones muy delica-das sin el criterio y los conocimientos suficientes: por ejemplo, aumentar la manejabilidad de la mezcla redosificando aditivo plastificante o, peor an, agre-gando agua a las mezclas. Los aditivos plastificantes y sperplastificantes tambin usados como reductores de agua de alto rango en otras aplicaciones, tienen unos rangos de dosificacin especficos que deben ser estudiados, comprobados y autorizados para evitar que las dosis empleadas sobresaturen las partculas de cemento, pues su efecto desfloculante puede se-gregar la mezcla y hacer flotar las partculas ms pe-queas incluyendo la fraccin fina del cemento; esto produce mezclas muy sensibles y de baja viscosidad, vulnerables a los efectos de energa acumulada en el interior del pilote durante la fundida. Este fenmeno aumenta debido a que generalmente se requieren adi-tivos retardantes de fraguado para cubrir el tiempo de transporte y colocacin de la mezcla. Un retardo pro-longado sumado a una excesiva manejabilidad propi-cia la segregacin plstica, por lo cual las partculas gruesas tienden a precipitarse; unos minutos despus se libera la energa acumulada y los agregados au-mentan repentinamente la velocidad, generando un efecto continuo de ascenso de las partculas ms pe-queas. Esto da lugar a grandes depsitos de arenas

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 tambin 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 instalacin 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 asen-tamientos, incluso con caractersticas auto-consolida-bles, contrarrestar ataques agresivos de los suelos al concreto y a los deterioros por flujo de aguas subte-

La evidencia de paredes sanas tipo corona confirma problema de alta vulnerabilidad de la mezcla por baja viscosidad.Cortesa toxement s.a.

Pilote con centro totalmente deteriorado, en obra determinan probable causa, el proceso constructivo y concretos vulnerables.Cortesa toxement s.a.



GEOFUNDACIONES

rrneas, los concretos deben disearse con el mximo cuidado y blindarlos aumentando su viscosidad. Para ello, las ms recientes tecnologas en aditivos han desarrollado molculas 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 prdida de ma-nejabilidad es drstica. Este es apenas un ejemplo de los graves problemas causados por el uso incorrecto, la mala especificacin o los descuidos en el uso de los aditivos.

Las adiciones como microslica, cenizas volantes y puzola-nas, entre otras, tambin permiten obtener concretos de buenas caractersticas, pero igualmente deben conocerse sus efectos en las mezclas en estado fresco porque exigen ms agua (respecto a un testigo sin adiciones) y esto puede segregar la mezcla. Una vez ms, el reto es encontrar la combinacin adecuada de aditi-vos y sus dosis para conseguir alta manejabilidad por un lado, y por otro reduccin de agua para evitar segregacin y prdida de viscosidad; teniendo siempre presente que dosis muy altas en los sperplastificantes hacen que las partculas finas floten sobre la mezcla y se pierda la distribucin homognea en la masa de con-creto, lo cual altera los resultados deseados.

Conclusiones y recomendacionesEn conclusin, se recomienda realizar pruebas de laboratorio que si-gan las recomendaciones del fabricante, para determinar los tipos de aditivo y las dosis ptimas de cada uno de ellos. Y adicionalmente resolver con claridad y oportunidad algunas inquietudes como estas: Esposibleredosificarlosaditivos? Deserposible,lohagoenplantaoenobra? Culeselplazomximoparamodificarlamezcla? Cmoincidenlastemperaturasdelconcretoydelambienteso-

brelosposiblesajustes? Esposiblesobredosificarlosaditivos? Culesaditivospermitenlaredosificacinylasobredosificacin,

yenquporcentajes?

Cuidando objetivamente los anteriores aspectos y realizando las acciones pertinentes para tener en obra un excelente concreto, se realiza la colocacin dentro de la excavacin. Para el efecto es ne-cesario un tubo embudo llamado Tubo Tremie que permite fundir el elemento sin que presente alteraciones en su composicin; la tubera, que generalmente debe tener un dimetro entre 155 mm a 203 mm, se coloca dentro de la excavacin sumergida en el lodo tixotrpico; antes de descargar la mezcla, y para evitar que el concreto tenga con-tacto con los lodos en el interior de la tubera, se coloca un sello que puede ser una esfera de espuma densa llamada diablo, la cual descien-de por la accin del peso del concreto, y al quedar libre en el fondo sube rpidamente a la superficie por efecto de su menor densidad; de esta manera la porcin de concreto que se contamina por entrar en contacto con los lodos es mnima, parte de sus componentes gruesos quedan en el fondo y la fraccin media y fina de baja calidad asciende por efecto del concreto sano que se desplaza hacia arriba. Esto sig-nifica que el ltimo metro cbico de concreto colocado queda en el fondo y el primero en la superficie y por ello, das despus, los pilotes deben ser descabezados para retirar el concreto contaminado, que no debe pasar de 40-50 cm de espesor.



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