TECNOLOGÍA EXPANDER BODY EN BOLIVIA

La implementación de esta herramienta en los suelos sedimentarios del oriente de Bolivia, demostró que es una solución ventajosa en cuanto a los plazos de ejecución, la competitividad en relación a los costos y, sobre todo, al profundo control de calidad sobre el producto final.

 *Por el Ing. Mario Terceros Herrera

La tecnología expander body, cuya traducción sería cuerpo expansible, consiste en un cuerpo cilíndrico de acero, entre uno y tres metros (según el modelo), compuesto por un tubo de lámina de acero plegada. Puede ser instalado por perforación, hinca, vibración, por medio de gatos o aplicado en una perforación previa. En su estado previo al inflado, el cuerpo tiene un diámetro del orden de 13 centímetros y una vez inflado puede llegar a los 80 centímetros de diámetro, según sea el modelo. Éste se coloca en la punta del pilote o anclaje. De esta manera, se le inyecta mortero de cemento y se obtiene un cuerpo sólido, con forma, volumen y a cualquier profundidad en el terreno.

Durante el proceso de inyección se registra la presión y el volumen de inyección con lo que se obtiene un gráfico similar al obtenido durante los ensayos presiométricos. Este mecanismo permite crear una sección mayor a la del fuste del pilote, rodeada de suelo altamente comprimido. Además de proveer capacidades portantes elevadas, cuenta con un sistema de control de calidad muy alto, lo que mejora sustancialmente el diseño de las cimentaciones.
El sistema original de expander bodies fue desarrollado en Suecia. Una de sus cabezas permite un movimiento relativo del cuerpo respecto del aro de sujeción hasta un punto tal que se inicia la fuga de mortero y muestra en el equipo de registro de inyección que se llegó al punto de máxima capacidad. Esto se debe al sistema de plegado del cuerpo que requiere grandes movimientos relativos para poder desarrollarse completamente, lo que induciría esfuerzos muy elevados en el acero próximo a la cabeza en caso de no poder moverse.

 

APLICACIONES 
Dada la pequeña sección transversal del cuerpo antes de su inyección, el sistema puede ser aplicado de diversas formas:
-Por vibración: el expander body se suelda en la punta de una tubería de acero, de 20 centímetros de diámetro, que tendrá la función de fuste del pilote, y se instala en el suelo con el auxilio de un martillo vibratorio. La inyección se realiza usando la tubería misma como tubo de inyección, o dejando una tubería de conexión entre la cabeza del expander body y la superficie del terreno. Esta última es muy eficiente en suelos blandos sobre arenas de mediana y alta densidad ya que el aporte de fricción del fuste es despreciable y toda la capacidad recae en la punta. En casos de fundaciones con fricción negativa, esta forma de instalación presenta grandes ventajas. 
-Por hinca: el sistema se suelda en la punta de una tubería de acero, de 20 centímetros de diámetro, que tendrá también la función de fuste del pilote, y se instala en el suelo con el auxilio de un martillo de baja potencia. La inyección se ejecuta igual que el modo anterior. Esta solución está limitada a suelos de baja resistencia a la penetración ya que el cuerpo del expander body no resiste esfuerzos dinámicos mayores a 15 toneladas durante su instalación. Esta alternativa se utiliza habitualmente en arcillas blandas donde la vibración no es eficiente.
-Por perforación y vaciado in situ: el expander body se coloca en el fondo de la perforación al situar las armaduras de refuerzo. Se conecta a la superficie a través de una tubería doble de acero, la exterior es de 38 milímetros  de diámetro y la interior de 12. Esta aplicación (con o sin camisa) permite atravesar cualquier tipo de suelo, llegar a profundidades mayores respecto de los demás sistemas y trabajar en una mayor diversidad de diámetros. Para esta solución la inyección se realiza preferentemente en las 48 horas posteriores al hormigonado del fuste.
-Por empuje con gato hidráulico: ésta es la solución típica en caso de espacios pequeños en los que se van soldando tramos de tubería de acero a medida que el pilote se introduce en el suelo.
Sin duda, esta tecnología permitió el desarrollo de la ingeniería local para el mejoramiento continuo del sistema.

 

EXPERIENCIA BOLIVIANA
Los suelos de las tierras bajas del oriente de Bolivia son principalmente aluviales cuaternario, de origen hídrico. Los dos grandes sistemas sedimentarios pertenecen a las llanuras Chaco Beniana y a la Amazónica.
Desde hace 40 años, y debido al desarrollo económico de la región, la ingeniería de cimentaciones empezó a tener una gran importancia, tanto por las malas condiciones de los suelos locales como por el incremento de la magnitud de las obras.
Las características generales de los suelos en la zona urbana son arenas limosas de grano fino a medio, arenas medias limpias, arcillas de plasticidad, media y muy eventualmente gravas finas, arenas gruesas o arcillas rígidas. Estos suelos se disponen de forma aleatoria tanto en superficie como en profundidad, formando sedimentos altamente heterogéneos, y en algunos casos presentan diferencias muy marcadas en los terrenos pequeños. El nivel freático se observa en profundidades entre uno y seis metros. Normalmente, los suelos granulares poseen densidades medias a altas a partir de los diez metros bajo tierra.
En el caso de las producciones de Bolivia, forzar una fuga de mortero presenta, por lo general, la desventaja de que la compresión final del expander body contra la superficie pierde resistencia a la fricción por la recuperación elástica del suelo. Si bien durante el período de fraguado del mortero de cemento en el expander body las tensiones circundantes se relajarán, toda la ventaja obtenida durante la inyección, redunda en mayor seguridad para la fundación. No obstante, los producidos en Bolivia bajo el nombre genérico de steel balloon cuentan con un sistema de plegado diferente y a diferencia de los otros son herméticos.
Además, cuenta con un seguimiento de curvas que presentan el diámetro del cuerpo mientras se inyecta. Estas gráficas permiten detener la inyección en etapas previas al volumen máximo, sobre todo cuando se logran presiones de inflado muy elevados, ya que el diámetro máximo se desarrolla en la sección central del steel balloon con volúmenes máximos de inyección. A partir de ese volumen se empieza a desarrollar la forma cilíndrica, y así proporciona mayor superficie friccional del elemento contra el suelo.
La geotecnia de campo consistió en la realización de ocho sondeos con ensayos SPT y dos con DPM. Durante las pruebas SPT se identificaron tres zonas claramente diferenciadas. La primera compuesta por arenas finas limosas y arcillas limosas de baja plasticidad. Esta zona llega hasta los nueve metros de profundidad media. La segunda contaba de arenas limosas y arcillosas con valores de 18 metros de profundidad. Finalmente, se encontraron 30 de arenas medias y gruesas.

 

BUENA OPCIÓN
El uso de los expander body es una solución conveniente ya que al poder conocer las características de resistencia de cada pilote, se tiene una gran ventaja respecto de los sistemas de pilotes perforados bajo bentonita que no proveen ninguna información confiable respecto de la capacidad de carga.
El edificio consiste en dos bloques, uno central de nueve niveles de altura, con luces de hasta ocho metros entre columnas y otro lateral de cinco pisos con luces de hasta seis metros entre las columnas.
Los pilotes se apoyaron, en su mayoría a 15.50 metros de profundidad y debido a la existencia de un sótano más la altura del cabezal, la longitud útil media fue de 10.50 por cada uno. Los pilotes del cabezal de ascensores se apoyaron a 20 metros de profundidad y considerando la altura del cabezal y su cota de apoyo, tuvieron una longitud útil de 12.00.
Si bien los sondeos muestran una cierta homogeneidad, durante la instalación e inyección de los steel ballon se constataron dos zonas diferenciadas desde el punto de vista de la resistencia del suelo. El sector norte del edificio presentó presiones de inyección más elevadas en un 20% (en promedio) respecto de las inyecciones del sur.
El proyecto original contemplaba la ejecución de pilotes de gran diámetro para las columnas principales (1,20 metros de diámetro y 25 de longitud) y pilotes de 60 centímetros de diámetro y 15 metros de longitud para el resto de las columnas. En el rediseño, se optó por estandarizar todos los pilotes a 35 centímetros de diámetro y 10.50 metros de longitud útil, adosándoles steel ballon 612 en aquellas columnas cuyas cargas lo requerían. La distribución típica fue de cabezales con dos, tres y cuatro pilotes comunes y cabezales de tres a seis pilotes con steel ballon. El cambio de proyecto significó una economía del orden del 45% en las fundaciones.
La velocidad de ejecución estuvo dentro del plazo previsto y se instalaron los 855 pilotes en tres meses de construcción. Las tareas de inyección son de alta productividad y en una jornada típica (cuatro horas de trabajo), se inyectaron alrededor de 40 piezas.
Con la finalidad de constatar los efectos de la compresión que se produce en el suelo circundante a los steel ballon, se realizaban un par de ensayos DPM entre dos SB. Una vez instalados los pilotes y antes de la inyección, el segundo se desarrolló, a diez centímetros del primero, el día siguiente de la inyección de los steel ballon.
Cabe destacar que hasta el momento se construyeron en Santa Cruz de la Sierra, 35 proyectos tales como silos, plantas industriales, edificios de apartamentos y puentes, y se instalaron más de 3000 elementos expander body. Entre los proyectos destacados figuran: el Condominio Santa Cruz; la ampliación de la planta industrial PIL Santa Cruz; la construcción del Hospital Obrero Santa Cruz y el condominio Equipterol II.

 

MAYORES VENTAJAS
Otra mejora fundamental introducida al sistema fue la incorporación de un dispositivo que permite la post inyección en el exterior del steel ballon, a través de su punta. Tiene la finalidad de producir un efecto de precarga en la punta además de consolidar el suelo de punta. La post inyección se realiza a través de una tubería que se coloca dentro de la tubería de inyección principal y llega hasta el fondo del steel ballon. En la parte exterior del cuerpo se dispone de una válvula simple que permite la salida de mortero y evita el ingreso de suelo o del hormigón durante el proceso de vaciado del pilote. Esta característica demostró ser eficiente en la reducción de asentamientos.
En diferentes oportunidades se consiguió inyectar, en el suelo de fondo, volúmenes de mortero del orden de los 50 litros a 20 bares, similares a las presiones de inyección del cuerpo. Obtener presiones tan elevadas es una constatación de que el suelo que rodea al steel ballon está altamente comprimido y forma un tapón alrededor del mismo. Esta se llevó a cabo 48 horas después de inyectado el cuerpo, a fin de garantizar que el mortero cuente con una resistencia adecuada. En ensayos recientes se realizó este procedimiento en un elemento hermético que permite confinar el mortero, produce desplazamientos verticales, y crea esfuerzos de precarga que incrementaron la capacidad portante del steel ballon en valores cercanos al 25% para asentamientos iguales. Esta última mejora en el sistema permite, sin mayores costos, aumentar la capacidad de carga de los steel ballon.
Cabe destacar que hasta el momento se construyeron en Santa Cruz de la Sierra, 35 proyectos tales como silos, plantas industriales, edificios de apartamentos y puentes, y se instalaron más de 3000 elementos expander body. Entre los proyectos destacados figuran: el Condominio Santa Cruz; la ampliación de la planta industrial PIL Santa Cruz; la construcción del Hospital Obrero Santa Cruz y el condominio Equipterol II.

 

 *El Ing. Mario Terceros Herrera es gerente general de la empresa Incotec.