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Relleno fluido |
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El
Centro de Tecnología Cemento y Concreto de Cemex desarrolló en 1997 el
Relleno Fluido, un material sustituto de suelo que ha destacado por su
versatilidad de aplicaciones y las facilidades constructivas que ofrece a
los usuarios. Este material ha sido catalogado como un «supersuelo» debido
a las propiedades mecánicas que tiene.
El Relleno Fluido se ha utilizado para rellenar zanjas destinadas a
contener cualquier tipo de tubería, como base para pavimentos de asfalto o
concreto, para relleno de cavernas, como relleno de terrenos en sustitución
de suelo-cemento, para nivelación de azoteas, etc. La
gran aceptación que ha tenido este material se refleja en las ventas, que
se incrementaron en 450 por ciento con relación al año1997.
El Relleno Fluido no es un concreto, es un sustituto de suelo
elaborado con cemento, arena, agua y células estables de aire. Este
material posee ventajas en su desempeño, tanto en estado fresco como en
estado endurecido, en comparación con los materiales tradicionales.
Algunas de estas ventajas se señalan a continuación. En
estado fresco: l
No presenta segregación. En
estado endurecido: l
Presenta mínima contracción por secado, por Debido
a la facilidad y rapidez de colocación cuando el Relleno Fluido se
encuentra en estado fresco, así como a las propiedades mecánicas que
superan a las de los rellenos tradicionales cuando este material se ha
endurecido, es posible modificar la geometría de las secciones donde se
emplee, resultando en secciones de menores dimensiones, menor volumen de
excavación, un material homogéneo con mejores propiedades mecánicas, lo
cual hace que las soluciones con este material sean competitivas en costo y
reduce notoriamente los tiempos de ejecución de obra. Las
siguientes expresiones representan el comportamiento evaluado en los
rellenos fluidos producidos en diferentes ciudades de la república
mexicana. Las expresiones representan generalizaciones de los diferentes
materiales con los que se produce en cada región del país (valores
promedio típicos) que pueden estar sujetas a variaciones. Módulo
de elasticidad En
la figura 1 se muestran resultados típicos de módulo de elasticidad de
Relleno Fluido medidos en cilindros de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. El
módulo de elasticidad del Relleno Fluido se
puede aproximar mediante la siguiente expresión: ERF
= 10235 (f’c)0.5
( 1) Donde: ERF
= Módulo
de Elasticidad del Relleno Fluido (kg/cm2) f’c
= Resistencia a la compresión del Relleno Fluido a la edad de ensaye (kg/cm2) Módulo
de ruptura
En
el caso de la resistencia a la flexión del Relleno Fluido, se han
encontrado valores que muestran que el módulo de ruptura de este material
oscila entre 10 y 20 por ciento de la resistencia a la compresión.
MR = 0.14 (f´c)
(2) Donde: MR
= módulo de ruptura del Relleno Fluido (kg/cm2) f´c
= resistencia a la compresión del Relleno Fluido (kg/cm2) Valor
relativo de soporte (VRS) La
ecuación 3 muestra la correlación entre el valor relativo de soporte y la
resistencia a la compresión del Relleno Fluido:
VRS
= 2.377 f’c
+ 30.25
(3) Donde: VRS
=
valor relativo de soporte (%) fc
= resistencia a la compresión del Relleno Fluido (kg/cm2) La
ecuación 3 se aprecia gráficamente en la figura. 3. Cohesión
© y Ángulo De
acuerdo con las aplicaciones requeridas de este material tales como la
estabilización de taludes, el relleno para soportar el desplante de
edificios, se han ido realizando pruebas al material específicamente para
este tipo de aplicaciones. El CTCC, a través de laboratorios prestigiados,
encargó la realización de pruebas al Relleno Fluido para obtener las
propiedades de cohesión y ángulo de fricción interna.Los resultados
obtenidos son los siguientes: Cohesión©:
2.3 a 5.3 kg/cm2 Ángulo
de fricción interna (f)
34 a 48 °
Siendo un material que no tiene problemas de consolidación,
presentando deformaciones únicamente en el rango elástico de pequeña
magnitud. El
Relleno Fluido en zanjas
Primera
etapa. Elaboración de un modelo de elemento finito para determinar la
rigidez de la unión entre el tubo, el Relleno Fluido y el suelo. Se definen
el tipo y los parámetros de la tubería, las dimensiones de la zanja y el
tipo de suelo circundante (figura 4).
Segunda etapa.
Evaluación de las cargas externas a las que está sometida la tubería.
Para ello se consideraron dos tipos de carga: las cargas de tierra y las
cargas vivas. Las cargas de tierra a las que están sujetas las tuberías
son función del peso específico del material de relleno, del diámetro del
tubo, de la altura de relleno y de las condiciones de enterrado
especificadas (por ejemplo, zanja, terraplén, túnel, etc.). Las cargas
vivas pueden ser de naturaleza estática, dinámica, o una combinación de
ambas. Son originadas por el paso de los vehículos, o bien por el
funcionamiento de maquinaria (figura 5).
Tercera etapa. Se analizan modelos de tubería en zanjas con
Relleno Fluido y en zanjas con relleno tradicional. Se determinan los
esfuerzos producidos en la tubería por las cargas externas.
El suelo circundante se modela mediante resortes lineales. Se
comparan los esfuerzos causados en la tubería para ambos casos.
A continuación se muestra el siguiente ejemplo, en el cual se
estudia el comportamiento de una tubería de fibrocemento A-10 de 200 mm de
diámetro enterrada en una zanja de Relleno Fluido de 40 cm de ancho y 55 cm
de profundidad con 30 cm de relleno sobre la corona del tubo (figura 6).
La carga viva considerada es la de un eje trasero de un camión C3,
igual a 10,750 kg.
Finalmente se determinan los esfuerzos causados en la tubería. Para
el caso de la zanja hecha con Relleno Fluido, los esfuerzos resultan del
orden de 30 por ciento menores que los obtenidos en el modelo donde se empleó
material granular compactado para el relleno de la zanja.
Se concluye que, debido a las propiedades del material Relleno
Fluido, los esfuerzos transmitidos a la tubería por las cargas actuantes
disminuyen considerablemente, por lo que es posible disminuir la profundidad
de las zanjas. Así mismo, se observa un notable incremento en los factores
de seguridad respecto a los obtenidos con los materiales de relleno
tradicionales.
Los aspectos anteriores conllevan ventajas de tipo económico y
constructivo que deben ser aprovechadas.
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Resumen: Presentamos aquí el resultado de estudios realizados por el Centro de Tecnología Cemento y Concreto de Cemex para evaluar el comportamiento del Relleno Fluido, un material de su creación utilizado en obras de infraestructura, y también los resultados de un modelo para comparar el comportamiento en zanjas frente al de un relleno compactado de material granular.
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Instituto Mexicano
del Cemento y del Concreto, A.C. |
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