Losas Combinadas con Pilotes: economizando la cimentacin.
Una de las pocas cosas buenas que tiene la crisis (seamos
positivos) es que nos obliga a esforzarnos a buscar nuevos mtodos y
caminos para hacer las cosas de la mejor manera y, sobre todo, de
la manera mas econmica. Si la labor del ingeniero es hacer lo que
cualquier otro puede hacer pero que adems funcione, sea seguro e
infinitamente mas barato, eso quiere decir que la crisis nos obliga
a ser mejores ingenieros.Es por ello que os presento las Losas
Combinadas con Pilotes LCP (Kombinierte Pfahl-Platten Grndung, KPP
en alemn, Piled Raft Foundation en ingls Losas de Fundacin
Combinadas con Pilotes, LFCP, en Latinoamrica) que es un tipo de
cimentacin que, aunque ya se usan en centro Europa desde los aos
setenta, en Espaa su uso es casi nulo. Es ms, cuando hace 4 aos
tuve la suerte de calcular una en un edificio en Motril (Granada)
no consegu ninguna referencia de ninguna obra anterior en Espaa y
creo que desde entonces solo se ha utilizado para la cimentacin de
un estribo de un pequeo puente en la provincia de Granada (que yo
tenga constancia claro).Imagen 1.En qu consiste una LCP? En
general,es usual ir a losas cuando el terreno tiene una suficiente
consistencia y no es de esperar grandes asientos. En el caso
contrario (grandes asientos esperables), se recurre a encepados de
pilotes. Con el primer sistema (ver imagen 1.a) conferimos la
transmisin de las cargas totalmente a la losa y con el segundo (ver
imagen 1.b) la conferimos totalmente a los pilotes despreciando lo
que pueda contribuir el encepado. Pues bien, una LCP (ver imagen
1.c) es una cimentacin que est en el punto intermedio entre losa y
encepado de pilotes, consiguiendo minorar en gran medida tanto los
asientos esperables si se hubiera elegido una cimentacin losa, como
el coste de hacer un encepado plagado de pilotes. Es decir,
funciona, es seguro y es mucho ms barato Por qu no
usarlo?Bsicamente, con el uso de LCP, se logra que una parte de la
carga de la estructura (y no toda) sea traspasada a mayores
profundidades. Esto hace, por lo tanto, que las LCP sean
particularmente efectivas cuando la calidad del suelo, como es lo
tpico, mejora con la profundidad.Una LCP se caracteriza por el
coeficiente KPP, que representa la relacin entre la carga que toman
los pilotes y la carga total de la cimentacin:
Este coeficiente puede tomar valores entre 0 y 1. En caso de que
KPP = 1, se trata de un encepado con pilotes; para KPP = 0 se trata
de una cimentacin directa (losa en este caso). La experiencia
muestra que para obtener una reduccin efectiva de los asientos el
valor KPP debe ubicarse cerca de 0,6.
El problema con este tipo de cimentaciones radica en la
modelacin de la interaccin entre los elementos portantes losa y
pilotes, lo cual es necesario para el diseo. Si ya con encepados
tenemos que tener en cuenta la interaccin entre pilotes (efecto
grupo) ahora tenemos unas cuantas ms interacciones;
concretamente:Mientras que para el diseo de un encepado de pilotes,
basta con adoptar un modelo de la capacidad de carga de los pilotes
despreciando el encepado del lado de la seguridad, para las LCP se
hace necesario conocer con mucha mayor precisin las caractersticas
de la relacin carga-deformacin de los pilotes, dado que el
comportamiento del conjunto depende fuertemente de stos. Por
ejemplo, pilotes muy rgidos podran producir punzonamiento de la
losa (la losa en este caso es de menor espesor que el encepado para
conferir al sistema de flexibilidad), mientras que pilotes muy poco
rgidos llevaran a asientos diferenciales importantes. El clculo se
dificulta por el hecho que adems de la influencia recproca entre la
losa y los pilotes, existen interacciones de grupo entre los
pilotes, entre pilotes y suelo y adems entre losa y suelo, las
cuales tambin deben ser consideradas en el diseo. Esto hace que el
clculo de las LCP sea un problema complejo, que por lo general slo
puede ser resuelto mediantemtodos numricos bajo la suposicin de una
ley de comportamiento del suelo no-lineal.Esto exige un gran
esfuerzo de proyecto y clculo, as como la ejecucin pruebas de carga
de pilotes, mediciones geotcnicas para la observacin del
comportamiento del edificio y para la verificacin de los clculos
realizadosetc, pero la reduccin del coste de la cimentacin puede
merecer la pena.De maneraaproximada, sin tener que recurrir a
modelos de elementos finitos de comportamiento no-lineal,se puede
obtener un encaje de este tipo de cimentacin de la siguiente
manera:Se puede modelizar la losa de manera tradicional con
resortes lineales segn el coeficiente de balasto del terreno y
dimensiones de la losa (formulaciones de Terzaghi, de Vesic, Vogt)
y modelizar el pilote como un nico resorte individual lineal con
rigidez vertical Kv.Para evaluar la rigidez vertical del pilote
individual podemos usar, por ejemplo, la formulacin propuesta por
la Gua de Cimentaciones en Obras de Carretera del Ministerio de
Fomento:
Pero este modelo lineal propuesto no tiene en cuenta todas las
interacciones que hemos explicado antes ni la no linealidad del
terreno, por lo que le hace falta una cosa: que unos alemanes
simpticos y de nombre casi impronunciable realicen estudios con
modelos no lineales a base de curvas tensin-deformacin de pilotes
reales y nos ofrezcan coeficientes de modificacin del valor Kv para
poder tener en cuenta dichas interacciones y no lienalidades.
Concretamente en Katzenbach, R. et al.: Anlisis del comportamiento
estructural de LCP Pfahlsymposium; Braunschweig 1999 se nos ofrece
un coeficiente con el que modificar Kv de la forma:KvLCP = Kv Y
este viene en funcin de la longitud de los pilotes L, su dimetro D,
la distancian entre ellos e y su posicin relativa dentro de la
losa:Como ya digo, este mtodo aproximadosolo sirve para hacer un
encaje preliminarpero si hacis nmeros os asombrareis de la reduccin
del coste econmico de la cimentacin. Concretamente, en el caso que
tuve la suerte de calcular, obtuvimos una reduccin del 55% sobre el
coste de la cimentacin si la eleccin hubiera sido de encepado de
pilotes y conseguimos reducir los asientos mximos tericos en torno
al 45% de los esperados si hubiramos construido una cimentacin
directa tipo losa.Para el que quiera saber ms sobre el tema,
comentar que existe una Gua para el diseo, anlisis y la construccin
de las losas combinadas con pilotes, Fraunhofer IRB Verlag,
Stuttgart 2000 donde se describe exhaustivamente este tipo de
cimentacin.Desde aqu, mi llamamiento a que aprovechemos esta crisis
para desarrollarnos ms como ingenieros, como por ejemplo, en la
bsqueda de la optimizacin de lo que ya conocemos.FUENTES:-Concepcin
y diseo: Losas de fundacin combinadas con pilotes. Aldo Guzmn G.et
all.-Gua para el diseo, anlisis y la construccin de las losas
combinadas con pilotes, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2000
