Reubicación de chancadores: Reforzamiento necesario

Gentileza Pilotes Terratest
Gentileza Pilotes Terratest

Pilotes Terratest realizó el diseño y la ejecución de un sistema de fundación de chancadores primarios, instalando un total de 36 pilotes de 1.500 mm de diámetro y 30 metros de largo.

Por requerimientos del diseño los chancadores fueron fundados sobre una platea-cabezal de hormigón armado de 2 y 3 metros de altura, apoyada en pilotes.

El principal objetivo de fundar las instalaciones mediante una losa combinada con pilotes de gran diámetro, fue controlar los asentamientos totales y diferenciales de las estructuras durante la construcción y vida útil de los chancadores.

Patricia Avaria R.
Periodista Construcción Minera

En 2010, una importante faena minera del Norte de Chile decidió incorporar nuevos métodos constructivos para la ampliación y reubicación de sus áreas de operación. Para ello, ejecutó un proyecto que consistió en la reinstalación de los equipos existentes de las plantas de chancado primario número 2 y 3  y los sistemas de transporte de mineral desde el rajo

La empresa Pilotes Terratest fue contratada para realizar el diseño y la ejecución del sistema de fundación de los chancadores primarios, instalándose un total de 36 pilotes de 1.500 mm de diámetro y 30 metros de largo, incluyendo los dos pilotes de prueba.

Por requerimientos del diseño de la planta de producción, los chancadores fueron fundados sobre una platea-cabezal de hormigón armado de 2 y 3 metros de altura apoyada en pilotes.

Macarena Ayarza, gerente desarrollo de negocios de Pilotes Terratest cuenta que la  ejecución de las fundaciones mediante pilotes de gran diámetro, consiste en transferir la carga de las estructuras, en este caso chancadores (el peso propio, las sobrecargas de operación, sismo, entre otras), al terreno bajo la fundación mediante el fuste (manto) y punta de los pilotes profundos.

Diseño

Para el diseño del proyecto se realizó un análisis de elementos finitos (FEM) 3D de las fundaciones mediante Plaxis 3D, 2D y Lusas, simulando los resultados de las pruebas de carga y modelando todas las etapas constructivas y19 combinaciones de carga.

El diseño de las fundaciones, losa y pilotes, consideró una revisión acuciosa de la información técnica y lineamientos presentados por el mandante y un análisis en detalle de los modelos de cálculo para cubicar y proyectar el producto final. De acuerdo a lo anterior, se generó la caracterización geotécnica; es decir, revisar la información disponible, ensayos y conclusiones, para estimar parámetros geotécnicos de los diferentes estratos y contrastarlos con los estimados por el mecánico de suelos. Luego, se definieron lineamientos de procedimiento constructivo y un primer esquema estructural (primera iteración). También se realizaron análisis de estados, combinaciones de carga y un modelo estructural de distribución de las solicitaciones en los pilotes.

Ayarza cuenta que el diseño incorporó un estudio del comportamiento de un pilote aislado, con el objetivo de modelar realmente la capacidad de carga y respuesta de deformación de un pilote, para lo cual se simuló la fase de carga y descarga. Asimismo, se indagó el comportamiento del grupo de pilotes y su respuesta a acciones dinámicas y cíclicas y su efecto en el tiempo. “En caso de que no se obtengan solicitaciones o deformaciones dentro de los límites establecidos como dato de entrada, se realiza un nuevo esquema estructural y se repiten los pasos posteriores”, explica la ejecutiva.

En tanto en el diseño estructural, se estimó que “las cargas que controlan el servicio de los chancadores fueron del orden de 980 toneladas a compresión y 33 toneladas a tracción. Dado que el peso propio de cada pilote es de 127 toneladas y se supera por más de dos veces la solicitación máxima de tracción de los pilotes, no fue necesario realizar ensayos a tracción. Sí se ejecutaron dos ensayos a compresión”, afirma.

Ensayos de carga

En este caso se realizaron dos ensayos a compresión en pilotes de 1,5 m de diámetro y 30 m de longitud, que fueron ejecutados especialmente para ese fin. Los ensayos se efectuaron empleando la celda de Osterberg (O-Cell), que permitió verificar la capacidad de punta y de fuste de los pilotes para la condición de diseño establecida en el proyecto y además definió el comportamiento carga-deformación de los mismos.

Las mediciones obtenidas son: presión, de la cual se pueden obtener movimientos ascendentes y descendentes, la expansión de la O-Cell y el desplazamiento en los distintos niveles de gages. La ventaja de la celda es poder obtener automáticamente el comportamiento del fuste y punta del pilote.

La gerente desarrollo de negocios de Pilotes Terratest afirma que para los ensayos es importante controlar el valor límite por la punta (valor límite estimado en la etapa de diseño), la capacidad máxima de deformación de la O-Cell (200 mm) y la máxima resistencia de la estructura (corona) de reacción.

Asimismo, se realizó un ensayo de Integridad Sónica (CSL) considerado como una técnica precisa para medir la integridad y homogeneidad del hormigón en fundaciones profundas. Normalmente este método se utiliza como control de calidad en proyectos de pilotajes y muros pantallas.

Esta técnica se basa en registrar el tiempo que tarda una onda ultrasónica en propagarse desde un emisor a un receptor que se desplazan simultáneamente por dos tubos paralelos sujetos a la armadura del pilote. Si la distancia entre el emisor y el receptor es conocida, entonces el tiempo de propagación de la onda es función de las propiedades del material. En este caso, la velocidad de propagación de las ondas del hormigón varió entre 3.600 y 4.400 m/segundo.

Nacional 1

Ejecución del proyecto

El contexto geotécnico de la obra es único en su tipo debido a que el suelo de fundación corresponde a un relleno de botadero de mina de aproximadamente 70 metros de espesor, por lo que la fundación fue diseñada como tipo “flotante”.

Uno de los condicionantes principales del proyecto fue la restricción a los asentamientos diferenciales de la fundación, debido a que se establecieron límites al giro máximo permitido para la estructura de cada chancador.

En el nuevo emplazamiento de los chancadores 2 y 3 se presentó una estratigrafía definida de manera general como un relleno artificial sobre la base del material de botadero de una profundidad aproximada de 50 a 70 metros medidos desde la boca de los sondajes. Este material está compuesto mayoritariamente por grava y bolones con matriz areno limosa, con diferentes porcentajes de finos y compacidad, dependiendo de la profundidad. Subyace una capa de arcilla limosa compactada y finalmente, se encontró suelo natural compuesto de arenas con grava. La baja calidad del suelo de apoyo proveía problemas en las estructuras con capacidad portante del suelo y asentamientos, totales y diferenciales, mayores a los admisibles.

El principal objetivo de fundar los chancadores mediante una losa combinada con pilotes de gran diámetro fue controlar los asentamientos totales y diferenciales de las estructuras durante la construcción y vida útil, y aliviar el suelo de apoyo de solicitaciones mayores a las admisibles, con la consiguiente falla del mismo. Además, “el proyecto de fundaciones profundas se presentó al mandante como una alternativa a la ejecución de una excavación y reemplazo masivo del suelo bajo las fundaciones de los chancadores, que fue elegida por temas de reducción de plazos, disminución de costos e información técnica”, indica la ejecutiva.

En tanto, el procedimiento constructivo de los pilotes consistió en la estabilización de las paredes de la excavación con camisa metálica recuperable, en la progresiva excavación del terreno con hélice o balde en seco y posteriormente colocar la armadura en el interior de la perforación encamisada. Terminado lo anterior, se realizó el hormigonado (calidad H30) del pilote mediante tubería tremie y retirando progresivamente de la camisa.

Otro condicionante especial, fue la secuencia constructiva que consideró la ejecución de un muro de contención TEM contiguo a las fundaciones e instalado con posterioridad a la ejecución de los pilotes de fundación y al hormigonado de la platea o losa de cabezal. “Esto obligó a modelar la influencia del muro sobre los pilotes, calculando las deformaciones horizontales y verticales impuestas durante el relleno del muro”, explica la ejecutiva. Es por esto que se debió incluir en el análisis FEM (método de elementos finitos), la secuencia constructiva considerando que al tener el 40% de la altura del muro, se puede montar la losa, sin ocasionar problemas estructurales.

Para la reubicación de los chancadores número 2 y 3, durante la ejecución de los pilotes se utilizaron diversas maquinarias tales como la  pilotera Bauer BG 28 montada sobre carro de orugas que permite perforar un diámetro mínimo de 620 mm y un diámetro máximo entubado de 1.800 milímetros (torque máximo teórico = 275 kN-m). También, se ocupó la pilotera Bauer BG 24 montada sobre carro de orugas que permite perforar hasta un diámetro 1.700 mm sin encamisar y un diámetro máximo entubado de 1.400 mm (montado un adaptador especial llega a 1.500 milímetros). Y finalmente, una grúa Link Belt 108 como grúa de servicio para múltiples aplicaciones (por ejemplo izaje de armaduras para pilotes).

En cuanto a los desafíos, uno de los más importantes fue la logística y procedimientos de la obra, dado que en general, consideraban construcción de estructuras con procedimientos y equipos que tienen más rodaje dentro del rubro. A esto, la ejecutiva agrega que con una buena coordinación y comunicación entre las partes, ya sea con el mandante, inspector técnico y el subcontratista, se pueden generar instancias de discusiones técnicas beneficiosas para todos.

Post Author: Fabiola Garcia Sanders