Tecnologías que respaldan las grandes obras

Delante de las técnicas y equipos disponibles para obras de fundaciones, expertos alertan para la necesidad de un análisis de fiabilidad, para definir los riesgos resultantes de la grande variabilidad de los suelos.

El mercado de grandes construcciones en Brasil está exigiendo cada vez más el desarrollo y la adaptación de técnicas de sondaje, fundaciones y contenciones, a fin de garantizar mayor confianza y rapidez a las obras, visto que dichos emprendimientos demandan excavaciones cada vez más profundas, muchas veces en terrenos inestables y complejos. Para darle abasto a esa necesidad, nuevas soluciones de geotecnia se han popularizado en el país.

La ejecución de contenciones en grandes excavaciones, principalmente cuando ellas están ubicadas en áreas confinadas, es un servicio muy común, muchas veces involucrando el movimiento de suelos muy heterogéneos, cuyas propiedades varían drásticamente de un punto para otro de la obra. La arcilla, por ejemplo, puede perder sus características cohesivas cuando saturada con el agua de la lluvia, lo que puede causar desmoronamientos y poner en riesgo la obra y la seguridad de los trabajadores.

Las técnicas de utilización de estacas para sustentación y estabilidad de los suelos no son una novedad en el sector, pero han presentado evoluciones a lo largo de nos años. Debido a la complejidad de las obras, ya existe el recurso de contenciones periféricas de terrenos en estacas secantes, tangentes o alejadas entre ellas, según el tipo del suelo y de la estructura.

Expertos subrayan la importancia de prestar atención para unos cuantos cuidados con las estacas clavadas. En la extremidad inferior, por ejemplo, ellas reciben una puntera de acero para la protección y la mayor facilidad de penetración en el suelo. En la parte superior, por su vez, a fijación de un anillo de acero provisorio evita el despedazamiento de la estaca pre-moldada delante de los golpes para clavarla. En el caso de terrenos muy resistentes, es necesario hacer la ejecución de pre-agujeros con perforadoras para la implantación de los perfiles metálicos o de las estacas pre-moldadas, técnica generalmente asociada al sistema de hélice continua.

Estacas excavadas
De acuerdo con William Roberto Antunes, director de Fundesp, especializada en obras de fundaciones, cuando el servicio involucra la ejecución de estacas excavadas con el uso de fango estabilizante, los equipos de perforación cuentan con vástago telescópico dotado de traba mecánica. Dicho recurso transfiere mayor par hacia la herramienta de excavación.

“Cuando es necesario realizar el servicio en roca sana, los equipos son del tipo offshore, es decir, la herramienta de excavación, embutida en camisa metálica, es una broca con ‘roller bit’ que promueve la perforación, mientras la limpieza del material excavado se hace por circulación reversa”, subraya él.

Para soportar grandes cargas y estructuras más grandes, las estacas excavadas de grande diámetro (de 0,80 m a 2,50 m) figuran entre las soluciones más difundidas, generalmente con el uso de fango estabilizante (bentonita o polímero) en suelo o en roca, que pueden lograr profundidades de hasta 90 metros. En las contenciones, por otro lado, principalmente en obras urbanas confinadas – como la ejecución de sub-suelos para edificios, por ejemplo – la pared diafragma está consolidada entre las técnicas más usuales.

Principales tecnologías
Aunque los expertos apunten pocas novedades en términos de tecnología, uno nota un aprovechamiento máximo de las soluciones disponibles, incluyendo posibles adaptaciones de los equipos para necesidades específicas. La mayor parte de los equipos, en ese caso, es de origen europea o asiática.

La pared diafragma, por ejemplo, es una solución muy difundida en obras civiles. En el proceso de excavación, es necesaria la ejecución del murete guía de hormigón, para el alineamiento de los paneles, y aunque llegue a grandes profundidades, su ejecución es limitada solamente para excavaciones en suelo. El proceso ejecutivo muchas veces involucra el uso de la tradicional trepanación, sistema que presenta muchas limitaciones y dificultades, resultando en baja producción en la obra.

La hidrofresa, por su vez, surgió como una alternativa a la pared diafragma y se está mostrando eficiente en determinados tipos de terrenos rocosos. El equipo utilizado es versátil y permite la excavación de paneles en profundidades de hasta 120 m, incluso en rocas con resistencia superior a 100 MPa.

Su sistema de perforación es compuesto por una pesada estructura metálica, en la cual son montados dos tambores con bits  especiales en su entorno, que es la herramienta conocida como hidrofresa. “Actualmente es posible aplicar esa técnica para excavación en roca, pero la pared diafragma convencional solamente puede ser ejecutada en suelo”, advierte Armando Caputo, superintendente  y director técnico de  Brasfond, especializada en obras de fundaciones.

En las fundaciones para obras portuarias, por su vez, la tecnología Wirth se ha mostrado eficiente para la excavación de rocas en diámetros en la franja de 2,5 m y en grandes profundidades, de hasta 100 metros. Actualmente, estacas con diámetros o secciones lamelares más grandes pueden ser ejecutadas por equipos de grande par, que logren perforar rocas blandas.

El rol de tecnologías disponibles incluye también el sistema hélice continua, una estaca de hormigón moldado in loco, cuya ejecución involucra un sinfín continuo que inyecta el material por su vástago central, simultáneamente a la retirada del suelo excavado. La tecnología hélice de desplazamiento, más reciente, es similar a la hélice continua. La diferencia es que ella no promueve la retirada del material excavado, que es comprimido contra el terreno, motivo por lo cual encuentra grande aplicación en las fundaciones en terrenos contaminados.

Bajo una lámina de agua
En las grandes obras portuarias, cuando las fundaciones se destinan a estructuras que deberán soportar cargas elevadas, la colocación de estacas con martillos hidráulicos se revela como una técnica muy usual, con la movilización de los equipos sobre flotantes.

Las dificultades que involucran el sondaje bajo lámina de agua son muchas. Sin embargo, ellas han sido superadas con las tecnologías que son disponibles para las constructoras. Fenómenos como las marés, la acción de los vientos, de las olas y de corrientes marítimas, deben ser considerados en el correcto posicionamiento de la máquina y en la locación del punto de excavación, así como el efecto corrosivo del agua, la topografía y la profundidad del hondo del mar.

Las tecnologías disponibles permiten usar grandes estacas excavadas, que llegan hasta 2,5 m de diámetro y casi 100 m de largo, una novedad a disposición  de la ingeniería nacional. En la evaluación de William Antunes, de Fundesp, las dificultades empiezan a partir del momento de izar y clavar las camisas metálicas. “En el caso de las estacas para el puente sobre el rio Negro, los equipos trabajaron en su límite de operación y tuvimos que reinventar procedimientos y re-estudiar las herramientas de perforaciones para realizar la obra”, dice él.

Para darle abasto a las exigencias de la fundación, él explica que fue necesaria la fabricación de vástagos telescópicos de 100 m. “Estacas excavadas de 2,5 m de diámetro, parcialmente encamisadas con camisa metálica perdida y con el auxilio  de fango estabilizante, fueron ejecutadas a profundidades de hasta 92 m”. Obras de ese porte suelen movilizar grúas con capacidad superior a 250 ton., sobre flotantes, muchas veces con el auxilio de buceadores para el posicionamiento de los tirantes y de los bloques de ancoraje en hormigón pre-moldado.

En esas grúas son posicionados martillos especiales para clavar las estacas, que necesitan recibir tratamiento especial para resistir a la corrosión. Además, todo el transporte de materiales necesita ser realizado por balsa, lo que requiere un planeamiento cuidadoso. “Se trata de una logística compleja, pues en la obra del puente sobre rio Negro, por ejemplo, necesitamos mover armaduras de 30 t y programamos la colocación de hormigón con más de 10 horas de duración, con el consumo de 400 m3, el equivalente a 57 hormigoneras”, completa Antunes.

Los tipos de estacas usadas varían según la necesidad de la obra, pero entre las más difundidas están la estaca-plancha, la estaca-tubo y hélice continua. “En el caso particular de las estacas moldadas in loco, existe la necesidad de recursos adicionales debido a la lámina de agua, como la instalación de tubos normalmente de acero para que los equipos  de perforación sean conducidos por su interior, garantizando un uso adecuado del hormigón”, recuerda Celso Orlando, vice-presidente de la Associação Brasileira de Mecânica de Solos e Engenharia Geotécnica (ABMS).

Diversidad de soluciones
Una obra que ilustra la diversidad de soluciones para las fundaciones en cada punto de un mismo emprendimiento es la implantación del Estaleiro Atlântico Sul, en el Complexo Portuário de Suape (Pernambuco). El proyecto exigió la utilización de una tecnología muy difundida en Brasil – las paredes diafragma en forma de “T” – mezclada con estacas excavadas de grande diámetro y caballetes de estacas-raíz para la contención en el muelle.

En el total, la obra ha consumido más de 5 mil estacas excavadas, que reemplazaron el proyecto inicial, en el cual se contemplaba estaca plancha. Sin embargo, debido a características del terreno, con un perfil geológico irregular, alternando la presencia de material arenoso, silte arenoso, arena siltosa, arena compacta, arcilla blanda ceniza y arenisca, esa solución no sería viable delante del plazo y del costo establecido para el emprendimiento. “El sondaje indicó un terreno muy errático, con la presencia de camadas muy resistentes cerca de la superficie”, apunta Armando Caputo, de Brasfond.

Según Caputo, la implantación del astillero enfrentó varios retos bajo el punto de vista geotécnico, tales como la excavación de una camada de arenisca superior, la presencia de camadas profundas de arcilla blanda y la necesidad de profundización  de las paredes del muelle. “Además, en las construcciones industriales, que demandarían cargas menores, optamos por el uso de estacas hélices continuas.”

El ejecutivo explica que el terreno presentaba manto de agua en nivel muy alto, solamente 2 m abajo del nivel de la superficie, que necesitó ser rebajado para la construcción de un dique seco de 14 m de profundidad. “Sin eso no sería posible llegar al nivel de excavación y ejecutar las estructuras, lajas y otras unidades enterradas”, completa Caputo.

Control del hormigón
Así como los procesos y equipos utilizados determinan la calidad de la obra, el control de los materiales usados también es un capítulo importante. En esa área, la calidad del hormigón ocupa un rol de destaque, siendo definida como una relación que mezcla lo mejor costo con la durabilidad y seguridad estructural previstas en proyecto y la sostenibilidad en su ejecución. “El control tecnológico del hormigón es definido en función de la vida de la obra”, afirma Antonio Figueiredo, profesor del Departamento de Ingeniería y Construcción de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo.

El profesor añade que la relación agua/concreto es que define la porosidad del hormigón y, cuanto mayor es su porosidad, menor será la resistencia. Además, la resistencia y durabilidad son dependientes de la dosis de los materiales que las constituyen, en otras palabras, el trazo. “Piezas voluminosas y con grande consumo de hormigón generan grandes riesgos, por eso especificar un consumo mínimo de hormigón es un mito; lo más usual es especificar la resistencia y, a partir de ahí, buscamos las soluciones tecnológicas.”

Figueiredo subraya también que la especificación del hormigón necesita pautarse en la sostenibilidad, evitando emisiones del CO2. Además, es de fundamental importancia un estudio sensato sobre riesgos y seguridad. La frecuencia de episodios involucrando el colapso de edificios acabados y de estructuras todavía en construcción apunta que es necesario llevar más en serio el control tecnológico de las estructuras de hormigón.

En esa área el estándar NBR 6122, de la Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), determina las condiciones que deben ser observadas en el proyecto de fundaciones de todas las estructuras de la ingeniería civil, reconociendo riesgos inherentes a toda actividad que involucra fenómenos o materiales de la naturaleza. Los criterios y procedimientos del estándar buscan traducir el equilibrio entre condicionantes técnicos, económicos y de seguridad usualmente aceptados.

Análisis de fiabilidad
Para el profesor Figueiredo, la calidad del hormigón nace con su correcta especificación en proyecto. Para la garantía del buen desempeño, es fundamental que las especificaciones sean claras y establezcan el parámetro del material de manera a posibilitar un eficiente control de la calidad del material, y también de la ejecución.

El estándar NBR 6122 considera aun aspectos como la utilización de agregados reactivos, la presencia de álcalis en el hormigón y de humedad. Según Figueiredo, en el momento de especificar el hormigón para las obras de infraestructura y fundación es necesario considerar las clases de agresividad ambiental. “En ambiente húmedo, el grado de agresividad es siempre mayor”, pondera él.

En la opinión del presidente del núcleo de São Paulo de ABMS, Marcos Massao Futai, es importante que, en algún momento, se incorpore el análisis de fiabilidad o probabilidad de falla para definir los riesgos de las obras geotécnicas, ya que el suelo suele presentar grande variabilidad. “Los ingenieros geotécnicos actúan en prácticamente todas las obras de construcción civil e infraestructura, pero las fundaciones y contenciones no quedan aparentes y no se destacan arquitectónicamente como la superestructura. La gente no puede verlas, pero ellas contribuyen con un buen porcentual del consumo de hormigón.”

Para Celso Orlando, vice-presidente del núcleo de São Paulo de ABMS, “las difíciles condiciones de colocación de hormigón de las estacas moldadas in loco, dimensionadas  para grandes capacidades de carga, requieren la normalización de procedimientos adecuados en el proyecto y en el control de ejecución, de manera a garantizar la calidad del hormigón y el buen desempeño de las fundaciones”.

Tradução de Jusmar Gomes