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¿Qué ventajas brindan las Pilas de Grava Compactada para el apoyo de naves industriales?

Descubre las ventajas que tiene el uso de las Columnas de Grava Compactada en el sector industrial

By Héctor de la Fuente & José Luis Aguirre  

La pandemia que se originó debido al COVID-19 aceleró exponencialmente al e-commerce en nuestro país y con ello la necesidad de construir una considerable cantidad de naves industriales para almacenar o producir los bienes a distribuir. Así mismo, la ratificación del Tratado de Libre Comercio y la DESglobalización ha hecho que el sector industrial y de manufactura se consolidara en México, los cuales también requieren de miles de m2 de naves industriales para la producción de las diversas autopartes.

Por lo tanto, este blog se describen las ventajas de las Columnas o Pilas de Grava Compactada como alternativa de solución en el apoyo de naves industriales.

Alternativas de cimentación tradicional

El apoyo de instalaciones industriales requiere de un sistema que proporcione soporte a grandes magnitudes de carga axial, momentos y en algunos casos tensiones debido a las combinaciones de carga sísmica. Estos tipos de solicitaciones se resuelven normalmente mediante zapatas y losas de cimentación apoyadas en micropilotes, pilas de cimentación, 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 ocasiones pueden convertirse en soluciones robustas poco costo efectivas y con cronogramas de construcción bastante extensos.

Soluciones con Columnas de Grava Compactada Geopier

Una solución con mayores ventajas es el uso de Pilas de Grava Compactada, el cual es un sistema de mejoramiento donde se realiza una sustitución parcial del suelo por agregado compactado con equipo de alta energía, 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.

El sistema constructivo se ha utilizado en todo el mundo para el apoyo de instalaciones industriales, algunos casos de éxito son el centro de distribución (CEDIS) de Walmart en Villahermosa, Tabasco; Nave McCormick en Zumpango, Estado de México; Spirit AeroSystems Inc en Carolina del Norte; Tottus en Perú; nave Almer y nave Aldo en Guadalajara Jalisco y Tezopark IV ubicada en Tepotzotlán Estado de México.

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 naves industriales.

A continuación, se resumen estas ventajas:

  • Capacidad de carga mejorada: Las Pilas de Grava Compactada aportan capacidades de carga significativamente mejoradas por lo que permiten reducir significativamente las dimensiones de las zapatas aun considerando los momentos que presentan el tipo de estructura de las instalaciones industriales.
  • Control de asentamientos: El apoyo de Racks requiere de un excelente control en las deformaciones tanto verticales y diferenciales. Los sistemas de mejoramiento a base de Columnas de Grava Compactada brindan un control en los asentamientos con base en los criterios de diseño permisibles.
  • Versatilidad: El sistema constructivo es compatible con cualquier tipo de suelos, ya sean arenas, arcillas, rellenos no controlados e incluso suelos con alto contenido orgánico.
  • Rapidez: los pocos insumos y las esbeltas cuadrillas de trabajo dan resultado a una solución una solución tanto costo-efectiva como rápida al momento de construir.

Caso de éxito: Nave Aldo

  • Descripción del proyecto

El proyecto Aldo está conformado por una nave industrial, construida mediante estructura metálica (columnas y vigas) con cubierta ligera que, con una altura que puede ir de los 12 a los 15 m.

Se encuentra sobre la acera oriente de la carretera La venta-Nextipac, identificada con el No. 3020, próximo al poblado La Venta del astillero, en el municipio de Zapopan, Jal. El Poblado la Venta del Astillero se encuentra al noroeste de la zona metropolitana de Guadalajara.

 

Ilustración 1 Ubicación del sitio de la nave Aldo

  • Condiciones geotécnicas y solución convencional

La exploración geotécnica consistió en 14 sondeos de penetración estándar SPT hasta una profundidad de 10m aproximadamente.

En general, las condiciones estratigráficas encontradas consisten en un estrato de limo arenoso de consistencia media a rígida hasta una profundidad de 1.2m, seguido de una arena limosa suelta hasta 4m de profundidad, subyacente por arena con limo medianamente densa hasta los 10m de profundidad. El nivel freático fue encontrado entre 5 y 7m de profundidad durante las exploraciones.

De acuerdo con los resultados obtenidos en todos los sondeos y en las pruebas de laboratorio, las capas superficiales hasta 1.50m de profundidad predominantemente, y solamente en uno o dos sondeos hasta 2.0 m., no presentaban condiciones adecuadas para recibir directamente una cimentación superficial. La alternativa convencional sugería que se debería de remover la capa superficial has aproximadamente dos metros de profundidad por debajo del nivel de la cimentación y sustituirlo por material de banco compactado al 95% de la prueba Proctor.

Sin embargo, la solución de relleno controlado se debía mediante excavaciones apuntaladas o troquelando para evitar los derrumbes de material suelto, lo que aumentaba los volúmenes de material por retirar. Además, la excavación deberá estar abierto el menor tiempo posible, tratando de evitar el temporal de lluvias, y protegiendo con plástico los taludes para que no se interperizan. Esta solución resulto ser bastante tardada, los tiempos de construcción se extenderían demasiado.

Otra alternativa fue el uso micro pilas o pilas de cimentación desplantadas hasta 4.5m de profundidad, resultando en una solución poco costo-efectiva impactando considerablemente el monto total de la cimentación.

Como solución final, se contemplo el uso de Pilas de Grava Compactada de 76 cm de diámetro hasta 2 m de profundidad por debajo de la huella de la cimentación mediante el sistema constructivo GP3 de Geopier®. Esta solución disminuyo los tiempos de construcción en un 60% en comparación con la alternativa con rellenos compactado y un ahorro en costo directo del 25% en comparación con la solución a base de micropilotes.

 

Figura 2 Comparativa con otras alternativas

  • Proceso constructivo de pilas de grava compactada GP3®: 

  1. Se realiza una perforación (remplazo) de diámetro de 30” (0.76 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.

 

Figura 3 Perforación para la construcción de los elementos de grava compactada GP3®


¿Necesitas reducir el drama?


Conclusiones

El uso del sistema constructivo a base Columnas de Grava Compactada logró ahorrar tiempos de hasta un 60% en la construcción de la nave industrial ALDO, en comparación con la alternativa de rellenos compactados evitando troquelar y apuntalar las excavaciones de mayor profundidad para el mejoramiento del suelo y evitamos riegos como la destabilizacion de taludes al hacer esas excavaciones. Además, se generaron ahorro del 25% en comparación con la alternativa de los micropilotes, donde se proponía desplantarse a una profundidad de 5 metros, generando un mayor costo y un incremento en el tiempo en la fabricación de los micropilotes.

En total se instalaron 775 Pilas de Grava Compactada con el sistema Gp3® de 2 m de largo en un tiempo de ejecución de 15 días, brindando una solución con tanto costo-efectiva como rápida para el apoyo de naves industriales, reduciendo significativamente el drama en la construcción.

Referencias

Wissman, K, FitzPatrick, B, & White. Settlement control for embankments and transportation related structures using geopier soil reinforcement. Technical Bulletin No. 6. Geopier®

Wissman, K, & FitzPatrick, B. Uplift resitence. Technical Bulletin No. 3

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