inyecciones en la ingeniería

7/15/2019 Inyecciones en la Ingeniera

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Inyecciones en la IngenieraEstabilizacin de Suelos y Rocas

Edisson Abraham Quizhpe Carpio

Jonathan Edn Arvalo Paredes


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Inyecciones en la Ingeniera

Tcnicas de Inyeccin

Metodologa de Inyeccin

Lmites de Inyectabilidad

Materiales Inyectables

Presin de Inyeccin y de Rechazo de un

mortero

Control de Inyecciones


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TcnicasdeInyecci

n

Inyeccin por Impregnacin y RoturaEs suficiente con utilizar morteros muy fluidos y caudales deinyeccin muy pequeos para que la presin en la perforacin

no alcance jams la presin de rotura. Pero este modo deoperar es imposible cuando el terreno es heterogneo, ya queno se conoce nunca suficientemente la heterogeneidad comopara fijar la fluidez del mortero, su tiempo de fraguado y elcaudal de inyeccin.


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Inyeccin por CompactacinEs una inyeccin por desplazamiento del suelo, sinpenetracin en absoluto. Una mezcla muy firme expande

en una cavidad originada por un taladro y a su vezdensifica el suelo circundante. Se aplica a la restauracinde la capacidad de carga en suelos sueltos o compresibles.

El control de la consistencia de la lechada es esencial parael xito de las operaciones.

T

cnicasd

eInyecci

n


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Inyeccin por Fracturacin Hidrulica

La lechada entra en las fisuras naturales del suelo, oproduce una serie de fracturas hidrulicas que serellenan con mortero y rodean a los fragmentos, osimplemente se extienden como venas cementiciasque al fraguar producen un conjunto suelo fracturamuy resistente.

T

cnicasd

eInyecci

n


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Inyeccin por Reemplazo (Jet Grouting)

Consiste en la inyeccin de un material consolidante, a

muy alta velocidad a travs de una o ms boquillas dedimetro muy pequeo, lo cual permite obtener un

tratamiento homogneo y continuo del terreno.

T

cn

icasd

eInyecci

n

1) Fase de perforacin por

rotacin. 2) Fin de la perforacin.

3) Inicio del proceso. 4) Elevacin

y rotacin a velocidad

preestablecida. 5) Terminacin y

repeticin del proceso.


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Diferentes sistemas de Jet Grouting

T

cn

icasd

eInyecci

n


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Permite formar columnas de suelo mejorado coninyeccin, mediante la introduccin a alta velocidadde un material consolidante a travs de unos

pequeos orificios denominados toberas.

El dimetro y la resistencia de las columnasdepende del mtodo de ejecucin y de lascaractersticas del terreno.

Muy adecuado para el recalce de estructuras.

Utilizable para la creacin de muros de contencin yestanqueidad.

Permite mejorar la estanqueidad en pantallasdiscontinuas, de pilotes o micropilotes.

Las columnas pueden armarse mediante barras deacero, mejorando su resistencia a la flexin.

T

cn

icasd

eInyecci

n


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T

cn

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eInyecci

n


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Inyeccin de Productos QumicosEsta tcnica es aplicable a los suelos de pequeo tamaode huecos. Consiste en la incorporacin de soluciones quecomnmente estn basadas en silicato de sodio y en

pirofosfato de sodio, constituyendo los denominados gelesblandos.

Pueden usarse reactivos orgnicos como el acetato deetilo, constituyendo un gel duro.

T

cn

icasd

eInyecci

n


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Tubo Manguito

Luego de haber ejecutado la

perforacin y de realizar elencamisado de la misma, se

introduce en toda su

profundidad un tubo de 50 a 60

mm de dimetro aproximado,perforado a distancias iguales.

Estos agujeros suelen estar

hechos en grupos de tres por

cada metro de longitud. Cada

grupo est recubierto por un

trozo de tubo de caucho que

acta como vlvula y que se

denomina manguito.

MetodologadeIn

yeccin


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Para que la inyeccin pueda realizarse, tiene que rompersela vaina (mezcla cemento arcilla), en la parte quecorresponde a los manguitos. Esta operacin se hace con

una inyeccin de agua o de mortero a presin, localizadaen el tramo de tubo con manguitos determinado por dosobturadores opuestos.

MetodologadeIn

yeccin1) Perforacin y encamisado. 2) Colocacin del tubo manguito. 3)

Colocacin de la vaina entre el tubo manguito y la camisa. 4) Inyeccin

por tramos entre el doble obturador.


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Criterios basados en la Granulometra

Lm

itesd

eInyectab

ilid

ad

. 2) arcilla cemento. 3) arcilla. 5) gel de slice. 6) emulsin de betn resina.


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Criterios basados en la permeabilidad

Lm

itesd

eInyectab

ilid

ad


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Criterio de Mitchel

Lm

itesd

eInyectab

ilid

ad


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Conclusiones obtenidas en Terzaghi DamEl conocimiento fundamental que se necesita para disearuna cortina de inyecciones de impermeabilizacin, fueadquirido por Terzaghi a travs del resultado de dospruebas de inyeccin a gran escala.

Una de ellas practicada en 1955 en la Presa Serre Poncon, en el valle del Rio Durance en la parte sur deFrancia; y la otra realizada en 1956 en el Rio Nilo, en la

Presa High Aswan. Ambas dejaron las mismasconclusiones generales:

Si el coeficiente de permeabilidad inicial k del aluvines k > 10-2 cm/s, lechadas apropiadas de cemento arcilla pueden llegar a reducir k hasta lograr una

permeabilidad final kg = 10-4 cm/s.Si k < 10-2 cm/s, entonces kg se incrementa cuando k

decrece.

Si k < 10-3 cm/s, entonces el aluvin no puede ser

inyectado con lechadas binarias o terciarias.

Lm

itesd

eInyectab

ilid

ad


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Morteros InestablesMorteros de Cemento

Es el prototipo de lechada inestable. La suspensin de

cemento est constituida por un conjunto de flculos, ms omenos grandes y ms o menos deformables y no por granosaislados. El limite de dilucin del cemento es imposible deprecisar porque depende de la naturaleza del mismo.

Si el cemento considerado tiene un molido fino y un fraguado

rpido, ste detendr la sedimentacin.

Morteros Rebajados

Cuando son grandes las absorciones, puede reducirse el gastocorrespondiente a los productos inyectados, reemplazando elcemento por un polvo inerte de arena fina, por ejemplo. Estasustitucin no modifica prcticamente la inyectabilidad delmortero si la granulometra del nuevo producto escomparable con la del cemento. Se inyectan tan fcilmentecomo los morteros de cemento puro.

M

aterial

esInyec

tables


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Morteros Estables

Mortero cemento - bentonita M

aterial

esInyec

tablesInfluencia del porcentaje de

bentonita en el lmite de resistencia

al corte de morteros.

Influencia del porcentaje de

bentonita en la viscosidad de

morteros.


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Morteros de Cemento Bentonita Silicato

La adicin de bentonita a un mortero de cemento retarda sufraguado y disminuye su resistencia mecnica, pero proporcionaun mortero homogneo. El silicato acelera el fraguado, pero

produce un mortero grumoso. Es pues conveniente combinarestos productos.

Morteros de Cemento Activados

La dispersin por va qumica

La dispersin mecnicaLa defloculacin de suspensiones de arcilla:

Las suspensiones se presentan con partculas de un tamaoextremadamente grande.

Aumenta la viscosidad de la suspensin disminuyendo supenetrabilidad.

Los flocs apresan las partculas ms gruesas, precipitndose elconjunto, hasta que finalmente la

masa fluida gelifica con expulsin de gran cantidad de agua.

M

aterial

esInyec

tables


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Morteros Inyectables

La adicin de arena a un mortero de cemento

estable da como resultado la obtencin de unmortero inyectable.

Morteros de Arcilla Tratada

Estos morteros son suspensiones de arcilla en elagua, adicionadas de productos qumicosconvenientes para permitir una inyeccin

satisfactoria. Estos productos no tienenprcticamente ninguna resistencia mecnica,por lo que no se los puede utilizar paraconsolidacin.

M

aterial

esInyec

tables


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Morteros de Aceite Bentonita

La bentonita seca suspendida en aceite o gas-ol

conserva sus facultades de dilatancia cuando elmortero est en presencia de agua.

Geles de Arcilla

Para que una suspensin de arcilla permita

impermeabilizar correctamente un medio permeable

cualquiera, es necesario que despus de la inyeccin

presente una rigidez suficiente para no ser impulsadapor la presin de las aguas, es necesario que esta

suspensin sea tixtropa.

M

aterial

esInyec

tables


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Mortero de arcilla-cemento

Este tipo de mortero estable, se ha observado que la

adicin de 60% de cemento permitira realizar

suspensiones estables, dotadas de ms o menos

rigidez, con arcillas no muy finas y difciles de poner ensuspensin en estado puro. El cemento proporciona

los coloides necesarios para alcanzar este resultado.

Por otra parte, la adicin de 40% de arcilla aumenta la

viscosidad y el lmite de resistencia al corte de los

morteros con una dosis de agua constante.

M

aterial

esInyec

tables


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Dosificaciones de morteros establesM

aterial

esInyec

tables


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Morteros Lquidos a base de productos

qumicos

Geles duros de silicato de sodio y resinas orgnicasLa dimensin de los granos o flculos de la fase slida

en suspensin en los morteros clsicos limita la

penetrabilidad de los mismos. Es por lo tanto la

qumica quien se ocupa de encontrar morterosperfectamente lquidos, capaces de alcanzar todos los

huecos del suelo donde el agua pueda tener acceso.

Geles de silicato de sodio

Resinas Orgnicas

Morteros a base de Polmeros Precondensados

M

aterial

esInyec

tables


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Geles Plsticos a base de Silicato de Sodio y

Bentonita Defloculada.

Los geles plsticos de silicato de sodio se obtienen

por coagulacin retardada de un mortero nico que

conserva su estado lquido en el transcurso de la

inyeccin. Para su fabricacin se utilizan reactivosminerales, mientras que en las mismas condiciones

de fraguado, son necesarios reactivos orgnicos

para obtener geles duros.

Geles a base de Silicato de Sodio

Geles de Bentonita, Arcilla o Cemento

M

aterial

esInyec

tables


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Resurgencias

Cuanto mayor es la presin de rechazo, mejor es la

inyeccin, pero tambin es ms grande el riesgo de

resurgencias de la lechada.

La determinacin depende de varias consideracionestales como deformacin del terreno, resurgencias del

mortero, trabajos de impermeabilizacin o

consolidacin, separacin y dimetro de las

perforaciones, etc.

PresindeI

nyeccinydeR

echazodeunm

ortero


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ContrapresinSe dice que existe contrapresin cuando al detener la

inyeccin el manmetro no se vuelve a cero. Basta

entonces con abrir una vlvula de descarga para que la

perforacin expulse el mortero, simplemente

acumulado en una fisura ensanchada por la inyeccin.

En cuanto sta cesa, el mortero es rechazado al lado

exterior por la elasticidad del terreno o por el peso delmismo.

PresindeI

nyeccinydeR

echazodeunm

ortero


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Medios Locales de Control

Solo consideraremos aqu los medios de control que

nos proporcionen indicaciones sobre la marcha de lostrabajos. Se trata por lo tanto de medios de control no

destructivos.

Estos controles se realizan a partir de los taladros de

inyeccin, del mortero inyectado, de una combinacinde ambos o desde la superficie del medio a tratado.

Velocidad de perforacin de los taladros

Ensayos de aguaResistividad Elctrica

Deformacin del medio

C

ontrold

eInyec

ciones


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Control Global de la calidad del Tratamiento

Solamente aplicando las cargas previstas en un macizorocoso inyectado puede verse si el tratamiento ha

sido satisfactorio.

Existen sin embargo cierta clase de trabajos quesirven para controlar la calidad del tratamiento. Se

realiza antes de las inyecciones una serie de medidas

que definen el estado inicial del suelo. Casi siempre se

toma como trmino de comparacin el mdulo deelasticidad, a pesar de ser muy difcil de definir.

C

ontrold

eInyec

ciones


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Efectividad de los tratamientos de Inyeccin en

Aluviones C

ontrold

eInyec

ciones

P1, P2, P3, P4 = perforaciones para ejecutar los controles piezomtricos.

Dh = prdida de carga despus de la inyeccin medida por P3 y P4

e = espesor de la pantalla

k1 = permeabilidad inicial

k2 = permeabilidad despus de la inyeccin.

W1 y W2 = rea transversal que atraviesa el agua (W1 = W2 )


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C

ontrold

eInyec

ciones

Planteando la ecuacin de continuidad: Q1 = Q2

Antes de la inyeccin: el caudal que atraviesa la futura pantalla

W1 - W2 ser:

1 = 1 1 = 1 1 1Despus de la inyeccin: el caudal que atraviesa la pantalla W1

- W2 ser:

1 = 1 1 = 2 1

Hay una situacin de continuidad en los caudales, es decir nose generan aumentos de caudales:

1 1 = 2 22 2

1 =

2 /

1 = 1

2 = 1 1/

Para calcular la permeabilidad despus de la inyeccin es

necesario tener un valor de permeabilidad inicial.

1 Foundation Engineering Handbook 1991 Captulo: Soil Stabilization and Grouting Ed :


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Bibli

ograf

a

1. Foundation Engineering. Handbook 1991.Captulo: Soil Stabilization and Grouting . Ed.:

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16 TSAO Francisco Mejora del suelo con la tcnica del Jet Grouting Espaa 2008 36 p

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