CIP-118-13

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.
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
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 4.500 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
noticreto 118 mayo / junio 2013
tecnología
Construcción de
cimentaciones profundas.
Cortesía WSDOT
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
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.
Cortesía Toxement S.A.
noticreto 118 mayo / junio 2013
85
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 38-42 segundos
(dependiendo principalmente de la presión atmosférica y la temperatura) y, por otra parte, alteran el pH
llevándolo a una lectura de 12.
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
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
por baja viscosidad.
Cortesía Toxement S.A.
Pilote con centro totalmente
deteriorado, en obra
determinan probable causa,
el proceso constructivo y
concretos vulnerables.
Cortesía Toxement S.A.
noticreto 118 mayo / junio 2013
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-
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?
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 40-50 cm de espesor.
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN
GEOFUNDACIONES
LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN