Cimientos sin límites

Los adelantos tecnológicos permiten construir en todo tipo de terrenos, incluso en suelo blando o contaminado

João Paulo Amorim

La reactivación de la construcción civil está exigiendo mucho de las empresas especializadas en cimientos. Edificios con varias plantas subterráneas, por ejemplo, requieren una excavación cada vez más profunda y, a menudo, en terrenos difíciles. Pero el avance de la industria no puede ser contenido por la geografía. Es decir, la ingeniería debe superar de alguna forma las dificultades planteadas por suelos blandos o contaminados.

Precisamente para superar estos retos se empezaron a adoptar nuevas tecnologías de cimentación en Brasil, que propiciaron la entrada de nuevas máquinas en escena. Algunas se usan fuera del país desde hace años, pero no a nivel local por razones de costo. Otras se empiezan a usar en virtud de su alta productividad, que permite cumplir los apretados cronogramas del área de infraestructura.

La hidrofresa y la barrena helicoidal de desplazamiento son dos casos emblemáticos. La primera se empezó a usarse últimamente en la construcción del dique de la central hidroeléctrica de Estreito, estado de Maranhão. La empresa Brasfond, propietaria de tres de estas máquinas, ejecutó 5500 m2 de muro pantalla en hormigón plástico usando la hidrofresa en la excavación. La máquina es versátil y permite la excavación de paneles a una profundidad de hasta 120 m, incluso en rocas con resistencia de más de 100 MPa.

Una solución consolidada en Europa y los Estados Unidos desde la década de 1980, la hidrofresa ahora es económicamente viable en Brasil, ya que solo la fresa cuesta en Europa unos 2,5 millones de euros. «Cuando se suma el costo de la máquina de base y de la planta de tratamiento de lodos, que son esenciales para la operación, el valor asciende a aproximadamente 4 millones de euros», dice Armando Caputo, superintendente de la empresa Brasfond Fundações.

Según su opinión, la inversión vale la pena: «La máquina ofrece una mayor estanqueidad cuando se la usa en la construcción del muros pantallas», dice y añade: «Además, su forma rectangular es especialmente adecuada para la construcción de muros de contención y pilares, y puede llegar a la roca para soportar cargas pesadas.»

El ejecutivo señala que los fabricantes más tradicionales de estas máquinas son europeos. «Especialmente, la empresa alemana Bauer y las italianas Soilmec y Casagrande.» Explica que el espesor es uno de los parámetros que definen a las hidrofresas, que tienen herramientas que varían de 64 a 150 cm, con anchos que varían entre 2,80 y 3,20 m. Lo que cambia en las especificaciones es el peso de operación, ya que algunas se destinan a cortar suelos más resistentes a una mayor profundidad, mientras otras son específicas para trabajar en suelos más fáciles de excavar.

La estructura de la hidrofresa es simple: está provista de dos ruedas dentadas en la parte inferior, las ruedas de corte, de accionamiento hidráulico, que varían de acuerdo con el suelo que se ha de excavar, de la misma forma que el ajuste de los componentes.

Por encima de las ruedas de corte se encuentran los sensores de verticalidad y la bomba de succión. Con ellos, la máquina excava los paneles de forma continua, lo que explica el aumento de la productividad en las operaciones de cimentación. El muro pantalla plástico de la presa de la central hidroeléctrica del estado de Maranhão, por ejemplo, fue ejecutado en un tiempo récord de 60 días. Para completar la acción de los sensores y corregir cualquier problema de verticalidad durante la excavación, sin interrumpir el proceso continuo, la hidrofresa cuenta con aletas, laterales y frontales, en la parte superior e inferior.

Excavación con hidrofresa
El primer paso en el proceso de excavación es la construcción del murete guía de hormigón, que permite la orientación y alineación de los paneles del muro pantalla. Luego, la herramienta de excavación, cucharón bivalvo de cable o hidráulico, llevará a cabo la excavación inicial a la profundidad requerida para el posicionamiento de la hidrofresa, que se hace cargo de la excavación del panel primario a la cota de proyecto.

El material excavado es rápidamente recogido por la bomba de aspiración situada sobre las ruedas de corte, y se encamina a una planta de tratamiento, donde el lodo bentonítico usado en la perforación se recicla y se devuelve a la excavación. Este proceso se ejecuta de forma continua durante la excavación hasta llegar a la profundidad establecida en el proyecto. Al llegar, los operadores verifican el lodo, teniendo en cuenta aspectos tales como la estabilidad y la limpieza. Si encuentran materiales, como arena en suspensión, es necesario someter el lodo bentonítico a una limpieza antes de poder reutilizarlo.

El paso siguiente a la excavación es la colocación de la armadura previamente montada en el panel primario y de los tubos de colada del hormigón (tubos de tolva). A través de ellos, desde el fondo, se llevará a cabo el hormigonado de los paneles.

El método determina que la construcción de los paneles primarios debe intercalarse con la de los paneles de cierre. Con un ancho que varía de 2,8 a 7 metros, el panel primario es diferente del de cierre, cuya ancho es siempre de 2,8 metros.

«Durante la construcción del panel de cierre, es conveniente cortar de 10 a 15 centímetros de los paneles ya colados», dice Caputo y señala que este procedimiento se recomienda para mejorar la calidad de las juntas, ya que se crea una superposición en el momento de la excavación del panel de cierre.

En la primera obra construida en Brasil, el muro pantalla plástico de 5500 metros cuadrados de superficie, Brasfond usó como lodo una lechada de agua, cemento y bentonita. Esta especificación se debió a que la función de la excavación era construir una estructura de impermeabilización. «El muro se construyó con 80 cm de espesor y los paneles con profundidades de hasta 43 m, de los cuales hasta 15 m se excavaron en roca sana», dice. Además del tiempo récord de 60 días, la obra pudo reducir el nivel de ruido y vibraciones durante la ejecución de los trabajos.

Con tres hidrofresas de Brasfond trabajando en Brasil, Caputo destaca el lento retorno de la inversión, aunque hace notar que la tecnología tiene un nicho único en excavaciones profundas en suelos difíciles. Estima que la empresa ha hecho presupuestos para construir unos 100 000 metros cuadrados de muro pantalla y está a la espera de la resolución de los clientes.

Pilotadora de arrastre
Otra metodología que se usa desde hace poco en Brasil, es la de pilotaje de arrastre, especificada para suelos contaminados. Es una prima lejana de la metodología tradicional de pilotaje con barrena hueca larga (CFA). La similitud entre las dos termina en el transporte del material excavado. El pilotaje CFA se perfora con una barrena hueca del tamaño del pilote, lo que permite que el material excavado se acarree por dentro de la barrena a medida que se perfora.

Por otro lado, el pilotaje de arrastre se realiza con una perforadora equipada con un fuste en la herramienta, que consiste en una barrena especial. En el momento de la perforación, la barrena comprime el suelo en las laterales por rotación, sin dejar que el material sea acarreado hacia arriba. «Es una solución apropiada para suelos contaminados, una vez que transportar el material excavado a alguna otra parte implicaría una serie de problemas técnicos y medioambientales», explica Caputo de Brasfond. Además, la perforación rotativa proporciona una considerable reducción del ruido y no ejerce ningún impacto vibratorio en el frente de trabajo.

Una vez alcanzada la profundidad final, se retira la barrena especial a la vez que se bombea hormigón por la alma hueca hacia la cavidad. El siguiente paso es la colocación de la armadura. La única limitación de la solución es el diámetro de los pilotes, un poco menor en comparación con la metodología de barrena hueca larga.

Brasfond aplicó recientemente esta tecnología en una obra de Petrobras en la ciudad de Río de Janeiro. Se ejecutaron unos 500 de estos pilotes usando máquinas de la fábrica italiana MAIT, aunque Caputo hace notar que la empresa brasileña Cló Zironi ofrece maquinaria adecuada a la ejecución de pilotes por arrastre.

Cimientos profundos o en suelos blandos
Otro tipo de suelo difícil para la construcción de cimientos se encuentra en las regiones costeras. Como la expansión industrial no puede limitarse en suelos blandos, la alternativa es usar las nuevas tecnologías, tales como StabTec, que consiste en la mezcla mecánica ―monitoreada― de aglomerantes en polvo, que van desde el cemento y la cal hasta la escoria de alto horno. El objetivo es estabilizar los bolsones de suelos muy blandos, a fin de posibilitar la construcción en suelos formados principalmente por arcillas orgánicas, turbas y suelos dragados. El tratamiento de suelos contaminados es otro posible uso de StabTec.

«Las limitaciones de esta solución es la profundidad que puede alcanzar, es decir, un máximo de 6 metros», dice Frederico Falconi, director de la empresa Zaclis Falconi, que  añade que el proceso debe siempre hacerse por debajo del nivel del agua, debido a que la tecnología usa la inyección de material en seco.

Con un consumo de cemento que oscila entre 100 y 150 kilos por metro cúbico, StabTec consiste en un multimezclador de 6 metros de largo, acoplado al brazo de una excavadora hidráulica. Los modelos más recomendados son Cat 330 y Liebherr 944, según el experto de Zaclis Falconi.

La máquina recibe el aglomerante en polvo a través de una manguera y lo inyecta en el suelo por medio de boquillas de aire comprimido distribuidas en dos aletas giratorias, que mezclan, al mismo tiempo, el aglomerante con el suelo blando, consolidando tramo a tramo el área que necesita tratamiento.

El aglomerante en polvo se almacena en dos tanques presurizados con capacidad de 6 toneladas, de donde se bombea al multimezclador. El conjunto de alimentación tiene dos tanques independientes, para evitar la interrupción de los trabajos. Así, mientras uno se está llenando, el otro sigue bombeando. La máquina, cuyo objeto es consolidar el suelo para la pavimentación de carreteras y tiene una capacidad de producción de 800 metros cúbicos por día, se usa en las obras de la autopista de circunvalación (Rodoanel) de São Paulo.

Mezclas de suelos
Continuando con el tema de mezclas de suelos, pero ahora a gran profundidad, la opción recomendada es Deep Mixing, un proceso que permite trabajar a hasta 35 metros de profundidad.         Se trata de una perforadora con fuste, cuya punta tiene dos ruedas dentadas que rompen la estructura del suelo. «En este caso, no se hace un tratamiento con mezcla, sino que se trata la estructura del suelo para la colocación de columnas y cemento estratégicamente dispuestas para recibir la carga necesaria», explica Falconi.

Introducida en el suelo, la perforadora puede trabajar de forma rectangular o circular. En cuanto el movimiento de sus hélices produce un lodo, las ruedas de la máquina vuelven a la superficie, girando en sentido contrario e inyectando la lechada de cemento. De este modo, se consolida el suelo, formando columnas que varían de 0,6 a 1,0 metros de espesor, según el tamaño de la herramienta usada en la perforación. «Al igual que al usar StabTec, no se extrae material, ya que la máquina funciona como si fuera una batidora», concluye Falconi.

Fuentes

Brasfond: www.brasfond.com.br

Zaclis Falconi: www.zaclisfalconi.com.br