Sobre el uso de la Celda de Carga Smart Cell para la mejora de la capacidad de Pilotes de Fundación de Puentes

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Esta tecnología permite aumentar sustancialmen­te la capacidad de cada pilote, co­nocer su resistencia en el 100% de los casos, disminuir los plazos de ejecución, contar con un control de calidad muy confiable y ade­más conseguir una huella de car­bono mucho menor que con los sistemas convencionales.

Por Ing. Mario A. Terceros Herrera , Director Ejecutivo de Incotec

Como bien se sabe, los pi­lotes de hormigón arma­do son elementos estruc­turales de gran longitud comparada con su sección trans­versal y que transmiten las cargas a niveles profundos del terreno. Si bien existen diversos tipos, en este caso vamos a mencionar los pilotes de gran diámetro usados en fundaciones de puentes sobre ríos y una tecnología desarrolla­da en Bolivia, Smart Cell® Incotec (Smart Cell Incotec), para la mejora sustancial del comportamiento de estos pilotes.

Los pilotes perforados y vacia­dos in situ son elementos de cons­trucción muy efectivos y con una gran variedad de usos en proyecto de fundaciones. A pesar de que se retira suelo para ser reemplazado por hormigón, lo que implica una descompresión del suelo circun­dante y una menor resistencia por fricción en comparación con otros métodos constructivos, esta téc­nica tiene la ventaja que permite construir pilotes de gran diámetro y hasta grandes longitudes, lo que no es posible con otros sistemas.

Por otro lado, cuando se requie­ren secciones transversales impor­tantes debido a esfuerzos horizon­tales y momentos flectores, ésta suele ser la técnica más eficiente.

En el caso de los ríos, la erosión localizada, que durante las creci­das mayores de los mismos deja descubiertos a los pilotes en cierta longitud bajo el cabezal, hace que los pilotes trabajen transitoriamen­te como columnas, además de recibir el empuje horizontal de la corriente, los sedimentos en sus­pensión y las eventuales palizadas.

En esas condiciones la estruc­tura del pilote está sometida a es­fuerzos horizontales, y una sección transversal importante de hormi­gón armado resuelve estos aspec­tos sin dificultad, incluyendo el po­sible pandeo que siempre debe ser verificado.

Estos pilotes pueden ser cons­truidos con camisa perdida o re­cuperable, o con el auxilio de lodos estabilizadores (bentonita, políme­ros, etc). Salvo en suelos muy es­tables, como ser arcillas secas, es necesario contar con un soporte lateral del suelo que permita cons­truir una sección cilíndrica, y esa es la función de las camisas o de los lodos estabilizantes.

Uno de los principales proble­mas que presenta este tipo de pi­lotes, es que en suelos granulares y suelos de poca cohesión, el proce­so constructivo produce al menos los siguientes efectos en detrimen­to de la resistencia del pilote:

-Descompresión horizontal del suelo, con la consiguiente reduc­ción de la fricción. Incluso el em­puje hidrostático del hormigón fresco, no se consiguen las condi­ciones tensionales iniciales, previas a la perforación.

-En suelos con contenido de arena o grava, la limpieza final del fondo de la perforación es muy difícil de conseguir, por lo que es normal que antes de hormigonar se tenga entre 20 y 50 mm de se­dimentos que no siempre son “ba­rridos” por el hormigón durante el vaciado. Esto genera una disminu­ción importante en la resistencia por punta como se verá más ade­lante.

-Descompresión del suelo de fondo debido al cambio de las ten­siones verticales efectivas.

-Alteración de la estructura del suelo del fondo del pilote depen­diendo del método constructivo utilizado.

Dado que la resistencia de un pilote se debe a la suma de la re­sistencia por fricción más la resis­tencia por punta, en caso de no realizar alguna mejora de la punta del pilote después de terminar su construcción, el mismo tendrá una disminución de su capacidad de­bido a que las deformaciones ne­cesarias del pilote para que se con­siga la densidad original del suelo, serán mayores que las admisibles.

En vista de esto hemos desa­rrollado un dispositivo que se co­loca en la punta de las armaduras. Se las inserta junto con estas, se hormigona el pilote y finalmente se inyecta este dispositivo, Smart Cell® Incotec (Smart Cell Incotec), con lechada de cemento, con la fi­nalidad de que el suelo subyacente a la punta del pilote sea compacta­do a su máxima densidad posible.

Es decir, que esta celda de car­ga se basa en el concepto de un gato hidráulico que al recibir una presión interna se desplaza hacia abajo reaccionando en el peso del fuste y la fricción del pilote. Es simi­lar a la celda de los ensayos bidirec­cionales.

En el esquema superior se aprecia el modo de funcionamien­to de este dispositivo.

Es muy importante destacar que este sistema genera la pre-compresión y pre-deformación del suelo en la punta del pilote, con lo cual, cuando el pilote entre en ser­vicio, necesitará una carga mayor a la conseguida durante la inyección de la celda, para empezar a defor­marse más allá de la deformación elástica del fuste. Durante la inyec­ción, la lechada permanece ocu­pando la celda (área conocida) con lo cual se conoce la fuerza aplicada en la punta y se obtiene siempre el valor inferior de la resistencia por fuste.

Es decir que con este sistema básicamente se duplica, como mí­nimo, la resistencia por punta del pilote. Esto implica que se pueden construir pilotes más cortos o me­nor cantidad de pilotes.

En cualquiera de los casos hay una reducción sustancial tanto en costos como en tiempos de eje­cución. Además, se monitorea no solamente la inyección de la cel­da sino también la deformación de la base de la celda, a través de tell tales, con lo cual se consiguen gráficas equivalentes a ensayos de carga para el 100% de las puntas de los pilotes de un proyecto.

No existe otro método que per­mita tener información de este tipo ni en cantidad ni en calidad, ya que la alternativa sería realizar ensayos de carga convencionales en todos los pilotes.

En resumen, esta tecnología permite aumentar sustancialmen­te la capacidad de cada pilote, co­nocer su resistencia en el 100% de los casos, disminuir los plazos de ejecución, contar con un control de calidad muy confiable y ade­más conseguir una huella de car­bono mucho menor que con los sistemas convencionales.

En los diversos ensayos de car­ga que se han realizado en Pilotes que cuentan con este sistema de mejora, se han conseguido valores muy superiores a lo esperado con los métodos de cálculo convencio­nales.

Diversas normas internaciona­les consideran este tipo de siste­ma como la única solución para resolver los problemas de altera­ción en la punta de pilotes perfo­rados. Cabe destacar que la norma FHWA y AASHTO están evolucio­nando permanentemente hacia la incorporación de estos métodos como obligatorios para los pilotes perforados y vaciados in situ.

PERFIL PROFESIONAL

Mario Terceros Herrera estudió Ingeniería Civil en la Universidad Católica de Córdoba, Argentina. Posgrado en Geotecnia y Cimentaciones, Universi­dad Politécnica de Madrid, y Diversos cursos de posgrado entre los que destacan los realizados en la Universidad Politécnica de Madrid, España; INCAE de Costa Rica; Harvard, Estados Unidos. Ejerce desde 1983 y hasta la fecha ha participado en más de 800 proyectos, involucrándose tanto en diseño, como ejecución y dirección de obras.

Experto en diseño y construcción de obras geotécnicas de diferentes tipos con proyectos en Bolivia, Perú, Paraguay, Brasil, Ar­gentina, Estados Unidos, Canadá, Chile.

Fue docente de posgrado en la Universidad Privada de Santa Cruz (UPSA) y ha impartido diversas clases de cimentaciones en cursos de posgrado. Disertante en cursos y congresos nacionales e internacionales. Tiene publicaciones de más de 20 artículos técnicos internacionales. Desarrollador de sistemas avanzados para la mejora de la capacidad de cimentaciones profundas, como ser las mejoras del sistema Expander Body, el desarrollo completo de la celda de carga Smart Cell y otros. Es consultor geotéc­nico del Banco Interamericano de Desarrollo (BID). Es miembro de la Academia Argentina de Ingeniería. Ha recibido diversas distinciones por su carrera profesional.

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