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Mejoramiento del suelo & modification del terreno

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JC Garcia

on 4 December 2015

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Mejoramiento del suelo & modificación del terreno
Juan Carlos García 2011-6670
Ademir Espinosa 2011-5640
Carlos Ángeles 2011-5628

introducción
En el campo de la cimentación, existen algunos casos en los que la solución más adecuada técnica y económicamente consiste en la actuación previa sobre el terreno, mejorando su capacidad portante.
MEJORAMIENTO DEL TERRENO
Todas las mejoras del terreno se definen porque su dimensionamiento tiene como fin la limitación de asientos, frente a otras técnicas de cimentación.
Mejoramiento del terreno
Pueden citarse como ejemplos los siguientes:

Cimientos profundos con pilotes de longitud superior a 25 m; esta solución puede resultar aún más costosa si las cargas a soportar son pequeñas, debido a que se origina un aprovechamiento deficiente de la capacidad portante del pilote, con el consiguiente incremento del coste de la tonelada soportada.
Pueden citarse como ejemplos los siguientes:
Cargas de gran entidad en soleras de grandes almacenes o naves industriales, que exigirían cimentar la solera sobre pilotes, o construir una losa armada en sustitución de aquella, con un aumento considerable del coste.
Construcciones ligeras en las que un cimiento profundo puede alcanzar, en ocasiones, un coste superior al del resto de la construcción.
A diferencia de las cimentaciones profundas que atraviesan las capas de suelos blandos hasta alcanzar un estrato competente al que transmitir las cargas, las técnicas de mejora de suelos se basan en mejorar una cierta profundidad de este sustrato blando de tal forma que una vez actuado sobre él pueda resistir las cargas transmitidas
ELECCIÓN DEL PROCEDIMIENTO


a) Espesor y propiedades del suelo o relleno a mejorar;
b) Presiones intersticiales en los diferentes estratos;
c) Naturaleza, tamaño y posición de la estructura a apoyar en el terreno;
d) Prevención de daños a las estructuras o servicios adyacentes;
e) Mejora provisional o permanente del terreno;
f) En términos de las deformaciones previsibles, relación entre el método de mejora del terreno y la secuencia constructiva;
g) Los efectos en el entorno, incluso la posible contaminación por substancias tóxicas (en el caso en que éstas se introdujeran en el terreno en el proceso de mejora) o las modificaciones en el nivel freático;
h) la degradación de los materiales a largo plazo (por ejemplo en el caso de inyecciones de materiales inestables).
Los siguientes factores, según proceda, deben tomarse en consideración para elegir el proceso más adecuado de mejora o refuerzo del terreno:
Métodos
Sustitución y compactación
Precarga
Compactación dinámica
Sustitución dinámica (”puits ballastes”)
Vibroflotacion y vibrosustitucion
Inyecciones
“Jet grouting”
Otros tratamientos
Sustitución & compactación

Elección del suelo de préstamo adecuado. → Selección cuidadosa.
Vertido del suelo en capas de pocos centímetros
Modificación de la humedad del suelo colocado.
Compactación con la humedad modificada. → Ensayo Proctor.
Sustitución & compactación
Métodos
Sustitución & compactación
Maquinaria
Precarga
Consiste en someter al terreno a una presión aplicada en la superficie antes de colocar la carga estructural, con la finalidad de aumentar la densidad del mismo, disminuir los asientos y, en consecuencia, aumentar la capacidad portante.
Estos sistemas se suelen utilizar para acelerar la consolidación de terrenos cohesivos blandos, aunque también se aplican para la mejora de rellenos, limos orgánicos e inorgánicos, turbas, etc.
Para ejecutar este método de compactación, se extiende sobre el terreno que se desea compactar una carga con un peso que tiene un valor de 1 ó 2 veces el de las cargas que transmitirá al terreno.
Precarga
Precarga
Precarga
Precarga
Desventajas
Excesivo plazo de ejecución, ya que el tiempo de consolidación puede ser de varios meses (en ocasiones más de un año) y hay que prever la disposición de la carga para conseguir el efecto previsto. Este tiempo se reduce mediante la instalación de drenes, pero esta solución aumenta el coste del tratamiento.
Desventajas
Costo elevado respecto a otras soluciones.
Necesidad de utilizar instrumentos y ensayos de control para proyectar correctamente la precarga y prever el tiempo de aplicación.
Es necesario instalar una gran cantidad de piezómetros y se hace preciso un reconocimiento muy completo del terreno.
Precarga
Desventajas
El tratamiento afecta a instalaciones y estructuras próximas, pudiendo originar asientos inadmisibles en sus cimientos. En el caso de pilotes origina esfuerzos laterales y/o rozamiento negativo.
Precarga
Drenes de arena
Para la ejecución de esta técnica, se realizan perforaciones verticales de 20 a 40 cm de diámetro, rellenas de material granular o grava.
Su profundidad debe ser superior a la del estrato compresible o, al menos, abarcar el espesor en el que se prevé vaya a producirse la mayor parte del asentamiento.
Precarga
Drenes de arena
Precarga
Drenes de papel y plastico
En las perforaciones del terreno se introducen verticalmente tiras de plástico y papel o cartón que provocan el filtrado del agua.
Con el equipo de hinca utilizado se pueden alcanzar profundidades máximas de hasta 12 m.
Para hincar el dren se suele utilizar una funda de acero que lo protege y que se retira al alcanzar la profundidad prevista.
Este método de mejora del terreno se realiza por la aplicación repetida de impactos de gran energía producidos por la caída libre de un peso sobre la superficie del terreno en puntos concretos de una malla diseñada en función del tipo de material y del grado de consolidación que se desee.
Se deja caer Masa de 10 KN en caída libre desde 20 m de altura.
Compactación dinámica
Compactación dinámica
Esquemas
Con este tratamiento se produce la disminución del volumen de huecos del terreno, el aumento de la densidad y por consiguiente el incremento de la capacidad portante.
Compactación dinámica
Se consideran adecuados los siguientes tipos de terreno:
Escolleras.
Bolos.
Gravas.
Zahorras (material formado por áridos no triturados, suelos granulares, o una mezcla de ambo).
Arenas con menos de un 15% de limos arcillosos.
Sustitución dinámica
Sustitución dinámica
A partir de la técnica de compactación dinámica, se ha desarrollado recientemente un nuevo método denominado “sustitución dinámica” que consiste en el Punzonamiento del terreno con una maza pequeña y pesada, que se deja caer desde gran altura. El cráter se rellena con grava y se golpea nuevamente para desplazar el terreno y hacer penetrar la grava.
Este procedimiento es adecuado para terrenos tales como arcillas y limos blandos o muy blandos, de los que se necesitan varios metros de espesor sobre un estrato de terreno con capacidad portante suficiente.
Sustitución dinámica
Sustitución dinámica
A este respecto, según Menard, se verifica:

D^2 ≤ 10M·h

Siendo
D: Espesor a compactar (m)
M: Peso de la maza (kN)
h: Altura de caída de la maza (m)

La máxima profundidad afectada se deduce de la fórmula:
D= 0,44 × √(10 × M × h)
Vibroflotacion & vibrosustitucion
Estos métodos consisten en la densificación de terrenos flojos mediante vibración para conseguir:
Aumentar la capacidad portante de las zonas débiles del terreno.
Reducir los asientos producidos por cargas verticales.
El vibrador es un elemento tubular de entre 30 y 50 cm de diámetro, con un peso de 20 a 40 kN y elementos de prolongación.
Vibroflotacion & vibrosustitucion
Vibroflotacion & vibrosustitucion
Aplicación
Los tipos de terrenos adecuados para el tratamiento por vibroflotación deben presentar un contenido de finos no superior al 15% en peso. (Se entiende por fino la fracción de terreno que pasa por el Tamiz de 0,063 mm, ó bien Tamiz 200 A.S.T.M. de abertura 0,074 mm).
Vibroflotacion & vibrosustitucion
Aplicación
Vibroflotacion & vibrosustitucion
Aplicación
La fórmula empírica de Brown define el campo de aplicación de ambos métodos en función de un parámetro S, cuyo valor se calcula del siguiente modo:
S: Parámetro de Brown.
D50: Diámetro en mm del tamiz que deja pasar el 50% de la muestra.
Los límites de aplicación del método de vibroflotación se sitúan en valores de S comprendidos entre 5 y 40. Para valores mayores de S se recomienda el uso de columnas de grava (vibrosustitución).
Vibroflotacion
La vibroflotación es de aplicación en suelos de naturaleza granular, en los cuales se compensa la pérdida de volumen mediante la aportación de material externo, que en muchas ocasiones puede ser el mismo que constituye el terreno que debe ser mejorado. Además de aumentar la capacidad portante del terreno aumenta la resistencia del mismo a la licuefacció
Vibroflotacion
Vibroflotacion
Fases:
Introducción del vibrador en el terreno, gracias a su peso propio y a la ayuda de la inyección de agua por la punta.
Una vez alcanzada la profundidad deseada, se corta la inyección de agua en punta y se inicia la compactación o consolidación forzada del suelo lateral por aplicación de la vibración.
Conforme se consigue la consolidación del terreno, se va elevando el vibrador, repitiendo el proceso de compactación por tongadas de 30 a 60 cm de espesor. Así hasta alcanzar la superficie del terreno.
consiguiendo una efectividad, en términos de densidad relativa, entre un 70 y un 80%.
Vibroflotacion
Columnas de grava
Vibroflotacion
Columnas de grava
El diámetro de la columna de grava compactada varía entre 0,6 y 0,8 m.
En los suelos de naturaleza cohesiva se consigue un aumento de resistencia mediante la aplicación de vibradores con un procedimiento similar al de la vibroflotación, introduciendo el vibrador en el terreno con el aporte simultáneo de grava que es mezclada con el terreno tratado.
Inyecciones
Los sistemas de inyección consisten en la modificación de las características de un terreno mediante la introducción de materiales diversos a altas presiones dentro del mismo con objeto de conseguir determinadas mejoras. Con la inyección se consigue reducir la permeabilidad y aumentar la compacidad y por tanto la capacidad portante.
Inyecciones
Los materiales inyectables pueden ser:
• Morteros en estado líquido.
• Morteros o suspensiones inestables.
• Morteros o suspensiones estables.
Inyecciones
Métodos de inyección
Existen tres procedimientos para realizar la inyección del material en el terreno:
1. De abajo hacia arriba.
2. Mediante tubos con manguito.
3. De arriba hacia abajo, simultáneamente a la ejecución del taladro.
El procedimiento más habitual es el primero.

El volumen inyectado en función del volumen de huecos del terreno inyectado, es muy variable, pudiendo oscilar entre:

40% del volumen tratado en el caso de gravas sueltas o rellenos flojos mal compactados.
20% para terrenos arenosos relativamente compactos
Inyecciones
Métodos de inyección
Inyecciones
Aplicaciones
• Mejoras de terrenos para cimientos.
• Consolidaciones de terrenos bajo edificios existentes para soporte de nuevas cargas.
• Solidarización de cimientos antiguos, creando auténticas losas cementadas.
• Impermeabilización de terrenos.
• Construcción de pantallas o elementos rígidos en el contorno de un edificio para evitar posibles desplazamientos horizontales causados por excavaciones próximas.
Inyecciones
Vibroflotacion
&
vibrosustitucion
Compactación dinámica
Jet Grouting
Jet Grouting
El “jet grouting” o “inyección a alta presión” es una técnica que consiste en la inyección de lechada de cemento a alta presión que tritura el terreno y se mezcla con él, creando columnas de terreno cemento. Se utiliza en recalce de cimientos, ejecución de cimientos profundos, mejoras de terrenos, impermeabilización, ejecución de pantallas, etc.
Jet Grouting
Jet Grouting
Ventajas del Jet Grouting
• Con respecto a los sistemas de vibroflotación o vibrosustitución, el “jet grouting” presenta la ventaja que es la posibilidad de aplicación no sólo a terrenos de naturaleza granular (arenas y gravas) sino también cohesiva (limos y arcillas).
• Otra ventaja, de carácter ecológico, es que permite la inyección del terreno con el empleo exclusivo de mezclas de cementos, sin introducción de aditivos o composiciones químicas que puedan afectar al medio ambiente.

Jet Grouting
Ventajas del Jet Grouting
• Se diseña su resistencia y permeabilidad.
• Tratamiento de estratos específicos.
• Sólo componentes inertes (Sin Vibraciones).
• Puede ser ejecutado en espacios de trabajos limitados.
• Libre de mantenimiento.
• Es el método más seguro y directo.
• Habilidad para trabajar alrededor de instalaciones enterradas en servicio.
• Más veliz que métodos alternativos.

Jet Grouting
Efectos sobre el terreno
1) Se produce una mejora del terreno natural entre columnas, debido a la compactación provocada por la expansión del terreno en los alrededores del taladro como consecuencia de la inyección de mezcla a alta presión.
2) No Afecta a las condiciones de estabilidad de las estructuras existentes.

Jet Grouting
Efectos sobre el terreno
3) Tiene una gran versatilidad, lo que permite soluciones de pilotaje, muro-pantalla o anclajes de arriostramiento, sin dañar a estructuras próximas. Puede llevarse a cabo prácticamente en cualquier tipo de terreno y a través de obstáculos artificiales.
4) La capacidad portante del terreno tratado debe considerarse como una suma de las columnas tratadas y del terreno natural mejorado situado entre ellas.

Estabilización con Cal
Estabilización con Cemento
Estabilización con Cenizas Volantes
Estabilización
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