Descubre cómo se generó un ahorro de tiempo y costos apoyando silos sobre pilas de grava compactada
By Héctor de la Fuente & José Luis Aguirre & Jesús Ramiro HernándezActualmente el consumo de granos en México como maíz, frijol, trigo, sorgo, garbanzo, etc., se realiza de manera constante durante todos los días del año. Sin embargo, la cosecha de estos granos se da solamente en un corto tiempo y en distintos meses del año, dependiendo del grano y la zona donde se produce. Esta diferencia de tiempos de cosecha y de consumo crea la necesidad de almacenar y conservar el grano de manera óptima para sus diversas aplicaciones.
Debido a que el grano después de cosechado requiere ciertas características específicas, es necesario almacenarlo en un ambiente controlado para su correcta conservación. Es aquí donde surge la necesidad de utilizar silos para almacenar y conservar el grano.
Por lo tanto, en este blog se describen las ventajas de las Columnas o Pilas de Grava Compactada como alternativa costo-efectiva de solución en el apoyo de silos.
Retos de cimentaciones para silos de grano
Los silos son estructuras de grandes dimensiones, las cuales presentaran algunos desafíos para el diseño de la cimentación, por ejemplo:
- Diámetros considerables; generando grandes bulbos de influencia de esfuerzos hasta profundidades considerables.
- Cargas o presiones altas; las presiones del fondo de los silos pueden variar desde 10 t/m2 hasta 20 t/m2. Lo que dificulta el control de asentamiento y las distorsiones angulares permisibles.
- Silos Colindantes; debido a su finalidad, estas estructuras demandan el uso de varios silos en una misma zona resultando en silos bastantes cercanos entre ellos los cuales ocasionan a su ves un traslape en las distribuciones de esfuerzos.
Alternativas de cimentación tradicional
El apoyo de silos requiere de un sistema que proporcione soporte a grandes magnitudes de carga axial, momentos tanto para carga estática como para condiciones accidentales. Además, es importante asegurar un control de asentamientos que se presenten de manera homogénea. Estos tipos de solicitaciones se resuelven normalmente mediante zapatas y losas de cimentación apoyadas en micropilotes, pilas de cimentación o excavación y reemplazo con materiales de buena calidad o con materiales tratados con cementantes. Estas opciones brindan soluciones que cumplen con los estados límites de falla y servicio. Sin embargo, en la mayoría de los casos se convertirse en soluciones robustas poco costo efectivas y con cronogramas de construcción bastante extensos.
Soluciones de Columnas/Pilas de Grava compactadas Geopier
Una solución con mayores ventajas es el uso de columnas de Grava Compactada, el cual es un sistema de mejoramiento donde se utilizan elementos de agregado triturado creados utilizando los métodos de desplazamiento y de apisonado de alta energía para reforzar los suelos blandos o poco competentes, dando como resultado un elemento semi-rígido que densifica al suelo de manera radial, proporcionando una mayor capacidad de carga y una reducción en la compresibilidad.
Las pilas de grava compactada brindar una solución rápida y económica para el apoyo de silos de grano, ofreciendo apoyo para el fondo del silo, el cual transmitirá las cargas del peso del grano y la losa de fondo; apoyo para la zapata anular, la cual trasmitirá la carga del peso del silo y parte del peso del grano transmitido a las paredes del silo debido al efecto de llenado y vaciado; por último, proporcionara apoyo para el túnel inferior central por el cual se extraen los granos almacenados en la estructura. Por lo tanto, el apoyo de la zapata anular, el túnel central y el fondo del silo sobre pilas de grava compactada garantiza la capacidad de carga suficiente para soportar las grandes presiones transmitidas y el control de asentamientos tanto verticales como diferenciales de la estructura.
Ventajas del uso de Pilas de Grava Compactada
El tipo de sistema constructivo y los resultados obtenidos presentan ventajas significativas con respecto a otras soluciones para el apoyo de cimentaciones de silos.
El sistema constructivo se ha utilizado en todo el mundo para el apoyo de silos dentro instalaciones industriales, algunos casos de son éxito los Silos Almer en Tlaquepaque, Jalisco; Silos Grupo vida, Huaxtla, Jalisco; Silo san Joan monterrey. En los cuales, el uso de columnas de grava compactada ha presentado las siguientes ventajas para el apoyo de silos de grano:
- Incremento de la capacidad admisible del suelo hasta tres veces la capacidad Insitu
- Disminución y control de asentamientos verticales y diferenciales a rangos permisibles
- Se elimina el uso de concreto, acero y lodos de perforación para la solución con pilas o pilotes de concreto
- Se evita el tener que excavar y reemplazar un suelo pobre
- Ahorra entre un 20% y 40% en el costo directo con respecto a alterativas convenciones de cimentación
- Reducción en el tiempo de construcción hasta un 50%
- Sistemas amigables con el medio ambiente
Caso de éxito: Silos Grupo Vida
Descripción del proyecto.
El proyecto Silos Grupo Vida esta conformado por 2 Silos de 32.74 m de diámetro y 28.80 de altura ubicados en las intalaciones de Grupo Vida en Huaxtla , Jalisco, México. Las estructuras consistían en un anillo perimetral conformado por una zapata corrida circular y una losa de cimentación circular al centro dividida por un túnel central. Según el análisis estructural se obtuvieron presiones de 15.7 ton/m2 para la losa de cimentación, 24.9 ton/m para la zapata corrida del anillo perimetral.
Condiciones del subsuelo y solución convencional.
Las condiciones generales del suelo debajo de la parte superior de la elevación de perforación consisten en arena limosa suelta a medianamente densa hasta aproximadamente 7.0 m de profundidad, sustentada por arena limosa de densidad media a densa a 13 m de profundidad, y arena limosa muy densa hasta la profundidad máxima de exploración de aproximadamente 15 m. No se encontró agua subterránea durante las exploraciones.
Con base en las condiciones geotécnicas mencionadas, se recomendaba el uso de pilas de cimentación de 1.2 m de diámetro y 15 m de largo, la cual debe acompañarse de una losa de cimentación lo suficientemente robusta para evitar el punzonamiento.
Una solución alternativa fue el mejoramiento con columnas de grava compactada Geopier® con las cuales se triplico la capacidad de carga del suelo existente y controlando las deformaciones a rangos permisibles, brindando una solucion costo-efectiva con la cual se ahorro un 38% de costo directo en comparación con la alternativa de pilas de cimentación.
Proceso constructivo de pilas de grava compactada GP3®:
- Se realiza una perforación (remplazo) de diámetro de 24” (0.61 m).
- Se deposita una primera capa de agregado (grava limpia angular de tamaño medio 5cm aproximadamente) en el fondo de la perforación. Se apisona lo suficiente para formar un bulbo estabilizado en la parte inferior de las pilas, de esta manera se pre-esfuerzan los suelos hasta una profundidad de al menos un diámetro debajo de la profundidad de perforación.
- Tras la primera capa estabilizada en el fondo de la perforación, se compactan capas sucesivas de un espesor aproximado de 0.3 metros hasta llegar a la cota de coronamiento. Cada capa de grava se compacta mediante el uso de un apisonador biselado patentado que aplica una alta energía de compactación con alta frecuencia.
Conclusiones
Se instalaron un total de 487 Pilas de Grava Compactada de 5 a 7 m de longitud mediante el sistema GP3. De acuerdo con el análisis y diseño geotécnico, el arreglo de Columnas de Grava Compactada fue aceptado, ya que cumplió con el criterio de asentamientos permisibles y por la capacidad para controlar los asentamientos diferenciales ahorrando un 38% en comparación con la alternativa de pilas de cimentación. Así mismo, La propuesta de solución mediante Pilas de Grava Compactada fue construida en un tiempo de 15 días; en condiciones favorables de trabajo se obtuvieron rendimientos de hasta 200 ml/día. Reduciendo significativamente el drama en la construcción.
Referencias
Wissman, K, & FitzPatrick, B. Uplift resitence. Technical Bulletin No. 3 Wissman, K, richard L. BearInG CapaCITy oF GeopIer® SUpporTed FoUndaTIon SySTemS, Technical Bulletin No. 2