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Seite 1 Columnas de grava mediante vibro-sustitución Evolución tecnológica, diseño y casos prácticos E. Carvajal y C. Mora-Rey XXVII Reunión Nacional de Ingeniería Geotécnica, La nueva generación de geotecnistas. Noviembre 20 y 21, 2014. Puerto Vallarta, Jalisco (México) Technical Paper 10-72ES Keller Cimentaciones, S.L.U. c/ Argentina, 15 28806 Alcalá de Henares, Madrid (Spain) Tel. +34 91 298 9600 E-Mail: [email protected] www.keller-cimentaciones.com

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Columnas degrava mediantevibro-sustituciónEvolución tecnológica,diseño y casos prácticos

E. Carvajal y C. Mora-Rey

XXVII Reunión Nacional de Ingeniería Geotécnica,La nueva generación de geotecnistas.

Noviembre 20 y 21, 2014. Puerto Vallarta, Jalisco (México)

Technical Paper 10-72ES

Keller Cimentaciones, S.L.U.c/ Argentina, 15

28806 Alcalá de Henares, Madrid (Spain)

Tel. +34 91 298 9600

E-Mail: [email protected]

www.keller-cimentaciones.com

Columnas de grava mediante vibro-sustitución: evolución tecnológica, diseño

y casos prácticosE. Carvajal1 y C. Mora – Rey1

¹Keller-Cimentaciones, Madrid, España

Resumen

Se presentan los aspectos más relevantes de las técnicas de vibración profunda del terreno.Éstas se realizan con vibradores que se introducen en el suelo mediante perforación pordesplazamiento y sin extracción de material, hasta profundidades que pueden alcanzar los 60 m.Cuando el tratamiento consiste en la compactación de suelos granulares sin la aportación dematerial, el procedimiento se denomina “vibro-compactación o vibro-flotación”; y cuando eltratamiento se efectúa mediante la aportación de grava, el procedimiento se denomina “vibro-sustitución o columnas de grava”, utilizable tanto en suelos granulares como arcillosos. Enambos casos, los movimientos generales del vibrador movilizan el empuje pasivo del suelo, einducen un alto nivel de energía vibratoria. Como resultado se obtiene un suelo mejoradocapaz de soportar todo tipo de cimentaciones someras, debido al aumento de la capacidadportante, reducción y homogeneización de asientos, aceleración de la consolidación ymitigación del riesgo de licuación. Con el propósito de ilustrar la aplicación de las columnas degrava se presentan dos casos prácticos, en una obra portuaria y para la cimentación deaerogeneradores.

keywords: Columnas de Grava, vibrosustitución, compactación

1 Introducción

1.1 Evolución histórica y métodos de ejecución

Las columnas de grava mediante vibro-sustitución tienen sus orígenes en los años 1960s, a partir de lamejora tecnológica de los primeros equipos de vibración profunda desarrollados por la empresaalemana Keller desde los años 1930s (Kirsch y Kirsch, 2010). En principio, la vibro-compactación ovibro-flotación era la única técnica de vibración profunda conocida. Esta consiste en la introducción alterreno de un vibrador ayudado por un caudal de agua, con el objetivo de producir su densificación.Como consecuencia, en la superficie se origina un cráter correspondiente al volumen de huecos que se

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reduce en toda la profundidad tratada. Finalmente el cráter se rellena y compacta mediante rodillosconvencionales. Figuras 1.

Figura 1. Vibro-compactación.

Sin embargo, la vibro-compactación se limita a suelos granulares con menos de 10 a 15% de finos.

Las columnas de grava surgen como extensión y mejoramiento tecnológico de la vibro-compactación ovibro-flotación, con el objetivo de ampliar su ámbito de aplicación a terrenos arcillosos o cohesivos.

Debido a que el procedimiento de ejecución de las columnas de grava conlleva la sustitución de suelonatural por grava compactada, la técnica es también denominada como “vibro-sustitución”.

Así, la aplicabilidad de las columnas de grava comprende los suelos arenosos que ya podían tratarse convibro-compactación, y además, los suelos finos puramente cohesivos. Figura 2.

Figura 2. Ámbito de aplicación de las técnicas de vibración profunda, según la granulometría del suelo.

La mejora se obtiene debido a que la grava compactada en toda la columna origina el saneo y refuerzode suelos sueltos o blandos a profundidades de hasta 60 m, aproximadamente. Además, estas columnasfuncionan como potentes drenes verticales que aceleran la consolidación.

En sus inicios, las columnas de grava se ejecutaban mediante el mismo proceso de perforación utilizadopara la vibro-compactación, con la ayuda del peso propio del vibrador y el tubo alargador, y el uso de un

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chorro de agua en la parte inferior del vibrador; todo ello suspendido de una grúa. Este método deejecución es conocido como “vía húmeda” (top-feed method).

Con el método de ejecución en vía húmeda la grava se introduce al suelo desde la superficie porgravedad, y el fluido y detritus de perforación ascienden hasta la plataforma de trabajo afectándolaconsiderablemente. Figura 3.

Figura 3. Método de ejecución de columnas de grava en vía húmeda (top-feed method): (izq.) proceso de perforación, e introducción dela grava en el suelo desde la superficie; (derecha) estado habitual de la plataforma de trabajo.

Además, éste método conlleva alteraciones en la homogeneidad de las columnas de grava debido a losarrastres y erosiones producidas en el terreno al incorporar agua a presión y al extraer los lodos odetritus compuestos por agua y terreno erosionado. Por otro lado, se necesita un importante aporte deagua y una eficaz retirada de los lodos resultantes.

En 1972 el grupo Keller plc introdujo una nueva generación de equipos, a partir de los cuales es posibleejecutar los tratamientos mediante columnas de grava en “vía seca” (bottom-feed method). Este nuevométodo sustituye el vibrador con chorro de agua usado en la vía húmeda, por un vibrador con airecomprimido que se acopla a un tubo alimentador y este a su vez a la tolva donde se deposita la gravapara que discurra por todo el sistema, hasta su descarga final por el orificio de salida situado en la parteinferior del vibrador. Figura 5b.

De este modo se evita la alimentación de la grava desde la superficie, como se hacía mediante la víahúmeda. Además el método en vía seca sustituye la grúa antes utilizada en la vía húmeda por un equiposobre orugas específico para la ejecución de columnas de grava, denominado vibrocat.

Con el vibrocat, en lugar de contar únicamente con el peso propio del vibrador y el tubo alimentadorcomo fuerza vertical de perforación, se incorpora un sistema de cabrestantes conectado al mástil quesujeta todo el varillaje, alcanzándose un incremento de la fuerza vertical de perforación y una mejora enel control de la verticalidad de todo el sistema.

Así, el procedimiento de ejecución en vía seca comprende una fase de perforación donde se introduce elvarillaje por efecto de la vibración y el empuje vertical del sistema, logrando desplazar y comprimirlateralmente el terreno que se va perforando, y una fase de descarga y compactación continua de lagrava en movimientos ascendentes y descendentes de entre 0,50 y 1,00 m. Figura 4.

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El equipo necesario para el procedimiento en vía seca se compone únicamente por el vibrocat y una palacargadora, lo cual permite incrementar los rendimientos de obra, y ejecutar los tratamientos con unacompleta autonomía.

Figura 4. Método de ejecución de columnas de grava en vía seca (bottom-feed method): (izq.) procesos de perforación e introducción dela grava al suelo por el interior del vibrador; (derecha) estado habitual de la plataforma de trabajo.

Durante la ejecución en vía seca, la plataforma de trabajo se mantiene completamente seca y puede sertransitada sin ningún impedimento, a diferencia de la vía húmeda, en cuyo caso la plataforma seencuentra anegada de principio a fin de los trabajos.

La Figura 5 muestra un vibrocat de primera generación para la ejecución de columnas de grava en víahúmeda, y otro moderno para la ejecución en vía seca con alimentación interna de la grava.

Figura 5. Primera generación de vibrocats en vía húmeda, año 1956 vibrocat moderno en vía seca.

1.2 Mejora en el suelo alrededor de las columnas

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Tanto en el caso de la vibro-compactación como de la vibro-sustitución (o columnas de grava), lostratamientos se realizan por medio de vibradores cilíndricos, capaces de efectuar perforacionesverticales sin extracción de terreno.

En ambos casos, los movimientos generales del vibrador inducen al suelo elevados desplazamientos yfuerzas laterales de entre 150 y 700 kN, así como un alto nivel de energía vibratoria (Figura 6a), que encombinación producen una importante mejora en el suelo alrededor de las columnas. La expansión deldiámetro alcanzado en las columnas es variable dependiendo de la rigidez de las distintas capas de suelo,obteniéndose mayores diámetros en las capas de suelo más blandas.

La mejora en el suelo circundante depende de muchos factores como son las característicasgranulométricas (coeficiente de uniformidad, % finos, forma de las partículas), las condiciones “in situ”(relación de vacíos, compacidad, humedad), el estado de esfuerzos (coeficiente de empuje lateral,presión de confinamiento), posición del nivel freático, permeabilidad, la historia de esfuerzos, entreotros. Por esta razón, en los casos donde se considera la mejora del suelo alrededor de las columnas, eshabitual la ejecución de un campo de pruebas para la comprobación de los niveles de mejora estimados.

En arenas bien graduadas con menos de 15% de finos, la compactación lateral del suelo alcanza nivelesde compacidad relativa superiores al 70%, mientras que en suelos con mayor porcentaje de finos seobtendrían menores niveles de compacidad, aunque con niveles de mejora significativos.

En la Figura 7 se presenta el ábaco empírico desarrollado por Báez (1995) para la estimación delincremento del golpeo SPT en el suelo alrededor de las columnas de grava en función de la relación desustitución (Ar, área de las columnas entre el área del suelo circundante), para arenas limpias.

Una evaluación aproximada sobre la compactabilidad de arenas mediante los métodos de vibraciónprofunda puede realizarse a partir de ensayos “in situ” de penetración estática tipo CPT. La Figura 6bmuestra la relación empírica propuesta por Massarsch (1991) para la evaluación de la compactabilidad,en función de la resistencia por punta y del parámetro FR%. A partir de FR% (friction ratio), es posibleincorporar la influencia del porcentaje de finos en la evaluación de la compactabilidad de arenas,teniendo en cuenta que los valores de FR% superiores a 1,5 corresponden a suelos con más de 20% a25% de finos.

En suelos intermedios con contenidos variables de finos, como son las arenas limosas o arenas arcillosas(SM-SC), la energía vibratoria de los equipos de ejecución puede alcanzar un importante nivel dedensificación mediante la reagrupación de las partículas de suelo en un estado más denso que el inicial.Estos casos estarían en la zona de compactación marginal mostrada en la Figura 6b.

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Figura 6. Características de equipos de vibración profunda; Figura 6b.: compactabilidad de suelos según Massarsch(1991).

Figura 7. SPT antes y después del tratamiento.

Por otro lado, la mejora producida en limos y arcillas alrededor de las columnas ha sido estudiada porvarios autores (Castro y Karstunen 2010; Egan et al. 2008; Kirsch 2006; Carvajal et al. 2013).

Los efectos de la ejecución de columnas de grava en suelos arcillosos saturados provocan su remoldeoen la zona más cercana al vibrador, así como un incremento importante en las presiones de poro.

No obstante, tras un corto tiempo de consolidación, las presiones de poro se disipan, el suelo tiende aincrementar su rigidez y aportando un mayor confinamiento lateral a las columnas de grava. Estosefectos de mejora varían con la distancia radial al eje de las columnas.

Figura 8. Incremento de rigidez del suelo producido por la ejecución de columnas de grava, (Kirsch 2006).

La mejora obtenida en suelos cohesivos alrededor de las columnas de grava puede estimarse mediante lagráfica mostrada en la Figura 8, desarrollada en base a comprobaciones experimentales realizadas porKirsch (2006), y en donde se representa el incremento de los módulos del ensayo presiométrico (E) ensuelos arcillo-limosos y limo-arenosos de acuerdo a la distancia radial al eje de las columnas.

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Diferencias con elementos tipo pilas o pilotes

Las columnas de grava por su configuración geométrica y mayor rigidez con respecto a los suelosblandos, habitualmente se comparan con elementos de cimentación totalmente rígidos, tipo pilotes.

Sin embargo, existen varios aspectos que diferencian por completo a las columnas de grava de las pilas ylos pilotes.

En cuanto a su comportamiento frente a las cargas de cimentación, las columnas de grava a diferencia delos pilotes no necesitan empotrarse en suelos competentes, debido a que únicamente es necesariotratar la zona de alcance del bulbo de presiones.

Figura 9. Comparación columnas de grava y pilotes.

Mientras los pilotes requieren una conexión directa con la cimentación transmitiendo toda la carga de laestructura al suelo por fuste y punta, con las columnas de grava no es necesario ninguna conexiónestructural con la cimentación, siendo capaces de recibir la mayor parte de las cargas, y en lugar detransferirlas al terreno por fuste y punta, la absorben gracias a que se comprimen verticalmente y seexpanden lateralmente, comprimiendo a su vez al terreno circundante. El resultado es un sistema suelo-columnas mejorado, que además acelera la consolidación gracias al efecto de drenaje de las columnas.Figura 9.

(a) (b) (c)

Figura 10. Equipos especiales de ejecución para obras marítimas y grandes profundidades de tratamiento, con alimentación interna ydescarga inferior de la grava: (a) sistema alpha hidráulico; (b) sistema alpha mecánico.

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1.3 Resultados obtenidos y aplicaciones

En resumen, con las columnas de grava se obtienen los siguientes efectos de mejora:

(a) reducción y homogeneización de asientos: por la mayor rigidez de las columnas respecto al sueloobjeto de la mejora.

(b) refuerzo del terreno: el ángulo de rozamiento de la grava compactada en las columnas incrementa lacapacidad portante y la estabilidad frente a posibles deslizamientos.

(c) aceleración de la consolidación: las columnas de grava actúan como potentes drenes verticales.

(d) reducción del potencial de licuefacción: debido a la capacidad para disipar sobre-presiones de poros,y aumentar la resistencia al corte sin drenaje.

(e) densificación lateral del suelo: por el método de ejecución con perforación por desplazamiento ycompactación de la grava contra el suelo.

En la mayoría de los casos estos efectos de mejora se producen de forma simultánea, facilitando laaplicación de columnas de grava en todo tipo de cimentaciones someras, para obras de edificacionesresidenciales o industriales, tanques, silos o depósitos; terraplenes, pavimentos y otras obras deinfraestructura vial. Además, las columnas de grava suelen aplicarse para la cimentación deaerogeneradores, y para el tratamiento de refuerzo y consolidación de terrenos ganados al mar parainstalaciones portuarias como muelles, diques, explanadas de contenedores, etc.

1.4 Equipos especiales

El desarrollo tecnológico de equipos especiales para columnas de grava ha permitido el tratamiento degrandes profundidades de suelo blando, tanto en obras marítimas como en tierra.

En la Figura 10a se muestra el “sistema alpha hidráulico”, constituido por un circuito para impulsar lagrava por bombeo, hasta una cámara de descarga conectada al tubo alimentador por donde discurre lagrava hasta su vertido final en el suelo por la parte inferior del vibrador. La Figura 10b muestra el“sistema alpha mecánico”, donde la grava es depositada por una pala cargadora directamente en la tolvadel equipo. Tras rellenar la tolva con grava, ésta se eleva mediante cables de acero hasta la partesuperior del tubo de alimentación, desde donde se vierte hasta salir por la parte inferior del vibrador.

En ambos sistemas alpha (hidráulico y mecánico), todo el varillaje compuesto por la tolva, el tubo dealimentación y el vibrador, suele acoplarse al brazo una grúa, para permitir la ejecución de tratamientosa profundidades de hasta 60 m, aproximadamente.

2 Análisis y Diseño

2.1 Principios teóricos y relaciones básicas

El análisis teórico se basa en el concepto de célula unitaria, a partir del cual se representa la situación deuna malla de columnas de extensión infinita bajo el efecto de una carga distribuida también dedimensiones infinitas (Figura 11).

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Debido a la simetría de carga, el contorno de la célula unitaria se considera sin deformaciones lateralesni esfuerzos cortantes, quedando su interior en condiciones edométricas, y con una concentración decarga en la columna.

Por otra parte, la columna de grava en el interior de la célula queda en condiciones triaxiales, sujeta adeformaciones laterales y verticales. Siguiendo estas hipótesis, puede considerarse que en toda laprofundidad se cumple el equilibrio de esfuerzos según la ecuación (1), y que existe compatibilidad deasientos en la columna y el suelo (Scol = Ss).

La mejora introducida por la concentración de esfuerzos en las columnas supone una reducción deasientos y un aumento de la capacidad de carga, comparado con la situación sin mejora.

)a1(a scolss PPP (1)

donde: P = carga cimentación; Ps = carga en el suelo; Pcol = carga en la columna; as = relación desustitución Acol/A; A = área total de la célula unitaria; As y Acol = área ocupada por el suelo y la columna.

2.2 Mecanismo de rotura

Las columnas de grava transmiten la carga concentrada mediante la expansión de su diámetro,provocando empujes laterales sobre el suelo.

Figura 11. Hipótesis de la célula unitaria.

Figura 12. Capacidad de carga de las columnas.

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Figura 13. Factor de mejora n, según Priebe (1995).

Bajo este estado de carga, las columnas tienden a fallar por su ensanchamiento y la falta de soportelateral del suelo circundante. Así, la capacidad de las columnas para soportar cargas verticales dependefundamentalmente del soporte lateral proporcionado por el suelo (Figura 12). La transferencia de cargasen la interfaz suelo - columna supone un empuje lateral activo en las columnas mientras el sueloresponde con su empuje lateral pasivo (Figura 11).

2.3 Métodos de cálculo

Los métodos de cálculo y diseño más relevantes se centran en la consideración del factor de mejora (n),definido como el cociente entre los asientos estimados con mejora y los asientos estimados sin mejora(Goughnour and Bayuk 1979, Balaam and Booker 1981, Priebe 1995).

El factor de mejora (n) está relacionado al nivel de concentración de cargas en las columnas, y sueleestimarse a partir de la relación de sustitución (Acol/A). El método desarrollado por Priebe (1995) es elmás utilizado y comprobado a partir de mediciones en obras reales. El método se basa en la solución dela ecuación de expansión cilíndrica, para obtener el factor de mejora (n).

Para facilitar el diseño, Priebe (1995) desarrolló el ábaco mostrado en la Figura 13, donde se representael factor de mejora (n) en función de la relación de sustitución (Acol/A) y el ángulo de rozamiento de lagrava compactada (col).

Además, el método introduce una serie de simplificaciones teóricas y calibraciones experimentales paraincorporar la influencia de: (a) la compresibilidad de las columnas, (b) el incremento de la presión deconfinamiento con la profundidad, y (c) corregir la hipótesis de una malla de columnas de extensióninfinita para estimar el comportamiento de grupos pequeños de columnas bajo zapatas aisladas ycorridas. Tras considerar estas correcciones adicionales, el factor de mejora básico (n) se transforma enel factor de mejora corregido (n2).

La mejora de la resistencia al corte del conjunto suelo – columnas se estima a partir del parámetro m’,que representa la concentración de carga en las columnas y que depende del factor de mejora corregido(n2); según la expresión: m’ = (n2-1)/n2.

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Figura 11. Sistemas de control M4 y M5 en los equipos.

Los parámetros resistentes equivalentes del suelo mejorado (eq, ceq) se estiman mediante laponderación entre los parámetros del suelo y las columnas, según las ecuaciones (2) y (3).

`)1(tantan`tan mm scoleq (2)

)m`1( seq cc (3)

De acuerdo a la experiencia en obras reales, y según los estudios realizados por Herle et al. (2007), elángulo de rozamiento en las columnas ejecutadas en vía seca alcanza valores de entre 40 y 55 grados.

Por otra parte, para evaluar la medida en que las columnas aceleran del tiempo de consolidación puedeemplearse el método de Balaam y Booker (1981), basado en la teoría de drenes verticales clásica,teniendo en cuenta la mayor rigidez de las columnas con respecto al suelo, a partir de la relación demódulos Ecol/Es.

2.4 Mitigación del riesgo de licuación

Las columnas de grava son consideradas como uno de los tratamientos más eficaces para mitigar elriesgo de licuefacción provocado por los sismos.

La licuación se produce debido a un aumento brusco de las presiones intersticiales, las cuales, porencima de un determinado valor, causan la anulación de las presiones efectivas y por consiguiente laeliminación de la resistencia al corte del suelo.

Las columnas de grava mitigan la licuación por la acción conjunta de varios efectos que tienden a reducirla acción sísmica (Cyclic Stress Ratio, CSR) y aumentar la resistencia al corte frente a cargas cíclicas(Cyclic Resistance Ratio, CRR), como son:

(a) capacidad de drenaje para disipar rápidamente los incrementos de presiones de poros.

(b) efecto de refuerzo debido a la elevada rigidez y ángulo de rozamiento de las columnas.

(c) mejora en el suelo alrededor de las columnas.

(d) efecto de precarga dinámica, debido a que durante la ejecución se aplica un movimiento vibratorioque induce aceleraciones en el suelo mayores que las producidas por los sismos.

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El efecto de refuerzo para mitigar la licuación con columnas de grava puede evaluarse mediante losmétodos de Priebe (1995) o Báez y Martin (1993), mientras que el efecto de drenaje puede analizarsecon el método de Seed y Booker (1976). Estos métodos salen del alcance de este artículo.

3 Control de ejecución

Los equipos de ejecución cuentan con los sistemas M4 y M5 para la adquisición y procesamiento dedatos de cada columna, registrando en tiempo real el tiempo de ejecución, la profundidad, el consumode grava y la intensidad de corriente consumida para el control de compactación de la grava y la fase deperforación, entre otros parámetros. Asimismo, pueden realizarse ensayos de carga “in situ” paracomplementar las actividades de control. Figura 11.

4 Casos prácticos

4.1 Aerogeneradores en Oaxaca, México

Como parte del desarrollo de energías renovables impulsado en México, entre los años 2012 y 2013 serealizaron los parques eólicos Piedra Larga I, Eoliatec del Istmo y Santo Domingo, en el estado deOaxaca. Debido a la presencia de limos y arenas limosas de baja compacidad y potencialmente licuables,en el proyecto de cimentación se adoptó un tratamiento de mejora mediante columnas de grava en víaseca. La mejora del terreno se efectuó para un total de 15 aerogeneradores modelos MG80, con torresde alturas entre 67 m y 78 m, y capacidad para generar 2 MW cada uno.

Las columnas de grava se ejecutaron hasta profundidades de entre 10 y 21 m, mediante el uso deequipos alpha y vibrocats, con el objetivo fundamental de mitigar el riesgo de licuación, gracias a lacombinación de efectos de mejora por drenaje, densificación y refuerzo del suelo. Asimismo, la mejoradel suelo permitió alcanzar niveles admisibles de capacidad portante y asientos absolutos y diferenciales.Los trabajos contaron con la ejecución de más de 50000 m de columnas de grava con diámetros deentre 0,70 y 1,10 m. Figura 12

Figura 12. Columnas de grava para cimentación de aerogeneradores. P.E. Piedra Larga I y Eoliatec.

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Figura 13. Reconstrucción del puerto ASMAR, Chile.

4.2 Puerto ASMAR en Talcahuano, Chile

El puerto y astillero ASMAR es uno de los más importantes en Chile y toda Suramérica, localizado en labahía de Concepción, comunidad Talcahuano.

Tras el terremoto y tsunami del 27 de febrero de 2010, de magnitud 8,8 en la escala de Richter, lasinstalaciones el Puerto se afectaron seriamente, con algunas zonas completamente destruidas, debido ala licuación de suelos, hundimientos de estructuras y muelles, deslizamientos, asientos, etc.

La rehabilitación incluyó un nuevo muelle pilotado de 750 m de longitud y el aumento de la profundidadde calado a más de 10 m, para permitir el atraque de modernos buques de hasta 240 m de eslora. Bajoel nuevo muelle se realizó el dragado y re-perfilado del fondo marino, y la posterior colocación de unrelleno hidráulico y manto de escollera para proteger y estabilizar los taludes. La solución mediantecolumnas de grava permitió mejorar los limos y arenas limosas sueltas a muy sueltas, localizadas hasta 35m de profundidad bajo el fondo marino, a fin de garantizar su estabilidad frente a deslizamientos,aumentar la capacidad portante, reducir asientos y mitigar el riesgo de licuación.

Otro objetivo esencial consistió en garantizar la estabilidad de los pilotes para la cimentación del nuevomuelle, evitando la pérdida de la capacidad de carga de éstos debido a la licuación del terreno. Lascolumnas de grava se realizaron mediante el sistema alpha hidráulico, en vía seca, tanto desde el ladomar (off-shore) como desde el lado tierra (on-shore). En total se ejecutaron más de 95000 m decolumnas de grava, con longitudes de entre 7 y 35 m, y diámetros de entre 0,70 y 1,20 m. Figura 13.

5 Conclusiones

Con las columnas de grava pueden mejorarse suelos muy blandos o sueltos, cohesivos y/o granulares,hasta 60 m de profundidad, permitiendo todo tipo de cimentaciones someras, como zapatas aisladas ocorridas, losas, cajones, terraplenes, pavimentos, depósitos, etc. Las mejoras obtenidas se deben a losefectos de drenaje, densificación alrededor de las columnas, refuerzo y mitigación del riesgo delicuación. Entre las aplicaciones más frecuentes y con mejores resultados, se encuentran la ejecución decolumnas de grava para infraestructuras de obras portuarias y cimentación de aerogeneradores.

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Referencias

Balaam N. P. y Booker J.R. (1981). “Analysis of rigid rafts supported by granular piles”. Int. J. forNumerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 5.

Báez J. I. y Martin G.R. (1993). “Advances in the design of vibro systems for the improvement ofliquefaction resistance”. Proc. Symp. on Ground Improvement. Vancouver GeotechnicalSociety.

Báez J. (1995). “A design model for the reduction of soil liquefaction by vibro stone columns”.PhD Thesis, University of Southern California, USA.

Castro J. y Karstunen M. (2010). “Numerical simulations of stone column installation”.Canadian Geotechnical Journal 47 (19):1127-1138.

Carvajal E., Vukotić G., Castro J. y Wehr W. (2013). “Comparison between theoreticalprocedures and field test results for the evaluation of installation effects of vibro-stonecolumns”. Proc. International Conference on Installation Effects in Geotechnical Engineering.Rotterdam. GEO-INSTALL.

Egan D., Scott W. y McCabe B. (2008). “Installation effects of vibro replacement stone columnsin soft clay”. In Geotechnics of Soft Soils – Focus on Ground Improvement. Glasgow, 3-5 Sept.2008.

Goughnour R. P. y Bayuk A.A. (1979). “Analysis of stone column-soil matrix interaction undervertical load”. Coll. Int. sur le Renforcement des Sols.

Herle I., Wehr J. y Arnold M. (2007). “Influence of pressure level and relative density on frictionangle of gravel in vibrated stone columns”. Pfahl Symposium 2007. TU Braunschweig, 84.

Kirsch F. (2006). “Vibro stone column installation and its effect on ground improvement”. InProceedings of Numerical Modelling of Construction Processes in Geotechnical Engineering forUrban Environment, Bochum, Germany, 23-24 March 2006. Taylor and Francis, London: 115-124.

Kirsch K. y Kirsch F. (2010). “Ground Improvement by Deep Vibratory Methods.” Spon Press.

Massarsch K. (1991). “Deep Soil compaction Using Vibratory Probes in Deep FoundationImprovement”. STP1089 ASTM.

Priebe H. (1995). “Design of vibro replacement”. Ground Engineering 28(10): 31-31.

Seed H.B. y Booker J.R. (1976). “Stabilization of potentially liquefiable sand deposits using graveldrain systems”. Berkeley, California: Report No. EERC 76-10. University of California.