Sobre el lavado del hormigón en pilotes y pantallas.

El otro día me volvieron a preguntar sobre el riesgo de lavado del hormigón cuando un pilote “in situ” se realiza parcialmente bajo el nivel freático con agua en movimiento. El planteamiento suele ser siempre el mismo:

Cuando realizo el pilote “in situ”, antes que el hormigón haya fraguado, ya que someto éste a una corriente de agua con los consiguientes esfuerzos de filtración, pueden éstos provocar un arrastre de finos que haga que las partículas más finas del hormigón, es decir el cemento, sean arrastradas con la corriente, con el consiguiente lavado del hormigón????

Mi respuesta suele ser:

 

Con un hormigón razonablemente dosificado, no, salvo que el terreno donde estés ejecutando el pilote sea una grava gruesa limpia, y la circulación de agua sea importante. A modo de ejemplo suelo poner como ejemplo los torrentes de alta montaña del Pirineo.

Cuando digo grava gruesa estoy hablando de elementos de como mínimo de 3-4 cm de diámetro (ver foto siguiente) y cuando digo circulación importante estoy hablando de una clara y explícita circulación de agua.

En lo que sigue intentaré argumentar mi respuesta.

Para ello me remito a los criterios de diseño de capas filtro, estos criterios buscan garantizar que cuando hay circulación de agua a través de varios materiales granulares, las fuerzas de infiltración no provocan que las partículas finas de un material se movilicen y atraviesen el otro material.

Terzaghi en sus análisis relacionados con las condiciones de filtro estableció que la condición para que no haya arrastre finos de un material granular a proteger a través de otro  material granular a modo de filtro, es necesario que se cumpla la condición:

Donde

q   D15(F) representa la apertura que tendría un tamiz tal que cuando se tamizara el material filtro, el tamiz únicamente dejara pasar el 15% del material granular que forma el filtro. Otra forma de verlo es que sería el diámetro mayor del 15% más fino del material granular que forma el filtro.

q   D85(B) representa la apertura que tendría un tamiz tal que cuando se tamizara el material a proteger, el tamiz dejara pasar el 85% del material granular que forma el terreno. Otra forma de verlo es que sería el diámetro menor del 15% más grueso del material granular que forma el terreno.

En nuestro caso el hormigón que forma el pilote haría las funciones de material granular a proteger (B), mientras que el terreno que está en contacto con el pilote, haría las funciones de filtro (F).

Analicemos una granulometría de un hormigón y veamos que valor tiene ese D85(B).

Si consideramos la utilización de un hormigón típico en pilotes con tamaño máximo de árido 12 mm sabemos que por normativa, como mínimo el 90% del material pasaría por un tamiz de 12 mm. Debo decir que lo habitual en pilotes “in situ” es la utilización de tamaño máximo 20 mm, por lo que estamos del lado de la seguridad.

Por mi experiencia y sabiendo que es más habitual poner árido algo más grueso que más fino (sale más barato), creo que un valor razonablemente seguro para el D85(B) de un hormigón con tamaño máximo de árido 12 mm sería 10 mm.

Luego ya tenemos el valor de D85(B), es 10mm.

Aplicando la formulación de arriba llegamos a la conclusión que para que hubiera arrastre de finos sería necesario que el D15(F) fuera mayor que 50 mm (10 mm* 5). Es decir, que si una muestra del terreno que rodea el pilote lo pasáramos por un tamiz con apertura de rejilla de 50 mm, pasaría menos del 15% de la muestra, vamos, lo que viene a ser una grava bastante gruesa y limpia (volver a ver la foto de arriba).

En mi razonamiento he considerado el hormigón como un todo, pero cabe otra posibilidad y es que el cemento que forma el hormigón, empujado por las fuerzas de infiltración, atraviese la estructura granular del propio hormigón y se infiltre en el terreno que rodea el pilote con el consiguiente lavado.

Para garantizar que el anterior escenario no se da es para lo que debemos estar seguros que la granulometría del hormigón es adecuada.

Qué significa granulometría adecuada, en este caso????

Fundamentalmente es necesario una granulometría continua, es decir que desde el diámetro de las partículas de cemento, del orden de 0,05 mm, al diámetro máximo considerado, por ejemplo 12 mm, exista una adecuada proporción de cada uno de los diámetros.

Para ser un poco más concretos, si tomamos como referencia los dominios granulométricos considerados en el Código Modelo CEB-FIP, una granulometría buena sería la que se ajusta a la curva B aunque más bien entrando en la zona 4, abajo os pongo las gráficas para dos tamaños máximos de árido.

Si os fijáis, la granulometría reflejada implica contenidos de arena importantes, de hecho marca que las partículas con diámetro inferior a 2 mm serán del orden del 50% de la granulometría.

Con la anterior granulometría conseguimos que no se movilicen las partículas dentro del compuesto cuando éstas sean sometidas a esfuerzos de infiltración.

No puedo evitar recordar que una lechada de cemento difícilmente inyecta una arena media, por mucha presión que pongas, de hecho, si aumentas la presión de inyección, al final lo único que consigues es una inyección por fracturación abriéndote paso a través de “fracturas” que provoca la misma inyección, eso sí con presiones mucho mayores que las asociadas a los esfuerzos de infiltración.

Aquí lo dejo, estaría encantado si recibiera comentarios, mínimamente razonados de profesionales que no estén de acuerdo con lo aquí planteado, es uno de esos temas que vale la pena analizar y no quedarse únicamente con la receta.

Os dejo dos artículos de GEOJUANJO, en cierto modo relacionados con éste ya que tratan sobre cimentaciones y su interacción, en fase constructiva, con el agua, el primer artículo plantea el fenómeno y el segundo cuenta una historia.

• Cimentaciones profundas yuyu
• Crónica de un sifonamiento anunciado

Gracias por vuestro tiempo

juanjo