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Mejoramiento de Suelos

Índice

Introducción Métodos de Mejoramiento de los suelos

o Columnas de Grava

Definición Ventajas Desventajas Método de ejecución

o Micro-Pilotes

Definición Ventajas Desventajas Método de ejecución

o Materiales Geosinteticos Introducción Funciones Tipos Beneficios Características y aplicaciones

o Inyección de suelos Clasificación Criterios de inyección Resistencia al corte

Conclusiones

Introducción.-

Se entiende como mejoramiento de un suelo a todo proceso físico, químico o mecánico que se realiza en este, para mejorar el comportamiento de los materiales que constituyen el apoyo estructural de una obra civil.

La gran mayoría de obras civiles están cimentadas en suelo , pero antes de llegar a dicha cimentación es necesario saber la información necesaria y el tipo de suelos en el que nos encontramos, en la mayoría de los casos no contamos con un suelo optimo para la construcción , es por eso que los ingenieros civil tienen que presentar soluciones eficaces a estos problemas, contemplando aspectos muy influyentes como las características del suelo , obra civil llegada a cabo , tiempo o economía.

Este proyecto se basa en tratar y explicar algunos métodos de mejoramiento de suelos que se pueden llevar a cabo, tomando en cuenta aspectos no tradicionales en nuestro medio , con nuevas tecnologías puestas a disposición a una de las ciencia más antiguas la “Mecánica de suelos”

Mejoramiento de Suelos

Columnas de grava

• Consiste en reemplazar suelo de baja capacidad por columnas de grava que aportan rigidez

• Usadas generalmente en suelos finos y arenas limosas• Las columnas son separadas usualmente entre 6 y 10 ft (1,8 y 3,0 m)•

Funcion• Reducen asentamientos instantáneos• Aumentan estabilidad de taludes• Liberan presión de poros al comportarse como

drenes de grava frente a cargas cíclicas (suelos potencialmente licuables)

• Aumentan resistencia al corte

Ventajas• En caso de napas altas, no producen ondas

dinámicas que dañen estructuras cercanas• Se pueden tratar depósitos de 30 m

normalmente• No es necesario realizar grandes cambios de

suelo • No hay problema con estructuras adyacentes

Desventaja

Asentamiento de largo plazo

Metodos de ejecución

• Vibrosustitución• Pilotes de Grava

1)Vibrosustitución

• Se utiliza un vibrador que penetra por peso y vibración• La vibración horizontal se genera utilizando pesos excéntricos que rotan por

medio de motores• A medida que se forma la columna, ésta se compacta lateralmente contra el

suelo

Los métodos constructivos se subdividen en:

a)Método húmedo con alimentación superior(wet, top-feed method)• Se inyecta agua para remover material blando• La misma agua se utiliza para estabilizar la perforación• Se introduce la grava desde arriba en capas• Cada capa es compactada por vibración y por la caída de la capa siguiente

• Este método tiene la desventaja de que produce una gran cantidad de material de desecho, poco manejable en espacios reducidos y de gran impacto ambiental

b) Método seco con alimentación inferior (dry, bottom-feed method)

• Utiliza el mismo vibrador del procedimiento standard, con un tubo agregado para llevar el relleno de grava a la punta del vibrador

• El vibrador permanece en el suelo durante la construcción• La eliminación del agua reduce los desechos producidos• El método puede utilizarse para profundidades de hasta 80 ft (24 m)• No se ve afectado por la presencia de agua subterránea• Consiste en ejecutar una perforación encamisada• Alcanzado el sello previsto, se rellena la perforación con grava• La camisa es retirada. A medida que esto ocurre, la grava puede ser compactada,

pero no es necesario

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

• Columnas de roca transmiten la mayor parte de las cargas aplicadas• Las cargas de diseño varían de 20 a 50 tonf por columna• Por razones económicas, el largo de las columnas no debe exceder los 9 m

CONCLUSIONES

• Reduce impactos ambientales propios de mover suelo• Alternativa al uso de pilotes estructurales• Reduce el tiempo de consolidación

MICROPILOTES

Introducción

Los micropilotes son elementos estructurales que transmiten la carga de una estructura a estratos de suelos más profundos.

Problemas relacionados con la construcción.

Reconstrucción o restauración de edificios antiguos.

Sistemas de refuerzo y contención de suelos para la ejecución de excavaciones contiguas a edificios existentes.

Fases de ejecución del micropilote

1.- Perforación y Limpieza2.- Colocación de la armadura tubular 3.- Tareas de Inyección4.- Soldadura de las armaduras que sobresalen del terreno

Ventajas

Rapidez, economía y mínimas molestias en las obras comparado a otros sistemas.Facilidad de ejecución en ángulos inclinados.Su perforación es muy similar a la de un sondeo. Dada su esbeltez trabaja casi exclusivamente por fuste por lo que la punta se apoye en un estrato más compacto.

Desventajas

La relación entre el coste y la carga admitida es mayor en un micropilote que en un pilote.No tienen un buen comportamiento cuando grandes cantidades de agua se filtran en la excavación.La calidad depende mucho de que el proceso de ejecución sea riguroso.

Aplicaciones de los micropilotes

Se emplean cuando los estratos superficiales del terreno no tienen la capacidad de soporte necesaria para la absorción de cargas transmitidas por la estructura. Cuando las cargas son reducidas y/o el espacio disponible es escaso, es factible ocupar micropilotes.

Conclusiones

• Es un método que no requiere construcción de elementos estructurales adicionales para su ejecución.

• Son versátiles para ser ejecutados en espacios reducidos y en ángulos inclinados, lo cual ayuda a aumentar la capacidad de soporte ante fuerzas horizontales, por ejemplo, fuerzas sísmicas.

• No responden bien a exigencias de control de deformaciones muy estricto, por lo tanto la calidad de la función del micropilote depende mucho de la rigurosidad de su ejecución.

• Permiten un aumento de capacidad al disponerlos en grupos, con un espaciemiento adecuado.

Materiales GeosinteticosIntroducción

Materiales utilizados para mejorar las propiedades del suelo Su uso es novedoso y creciente por su fácil aplicación Poseen propiedades mecánicas e hidráulicas, útiles para ciertos suelos

¿Qué son los Geosintéticos?

Son materiales fabricados a partir de varios tipos de polímeros derivados del petróleo

Mejoran y hacen posible la ejecución de proyectos de ingeniería civil y geotécnica en difíciles condiciones

Protegen los suelos

Funciones de Geosintéticos

Los geosintéticos se utilizan para satisfacer las siguientes funciones:

Separación Drenaje Protección Refuerzo

Beneficios uso Geosintéticos

Reduce los costos en la construcción Sirve como barrera contra la erosión de suelos Funcionan como manto drenante, en reemplazo de estratos de material granular Es inerte frente a la mayoría de agentes químicos Refuerza el suelo, mejorando sus cargas últimas Permite la construcción de taludes de gran inclinación, inclusive de muros

verticales de gran altura

Geotextiles Son materiales flexibles y permeables a los fluidos Son fabricados de fibras sintéticas como el poliéster o polipropileno Son capaces de retener partículas de suelo mayores que el tamaño de sus poros

Geomallas

Son estructuras tridimensionales pero con la característica de ser mono o bi-orientadas

Son fabricadas en polietileno de alta densidad, utilizando un proceso de extrusión

Tienen una mayor adherencia al terreno y una mayor durabilidad en el medio que los geotextiles

Geomembranas

Son láminas poliméricas impermeables fabricados en cloruro de polivinilo (PVC), polietileno de alta o baja densidad (PEAD/PEBD)

Son recubrimientos sintéticos impermeables a fluidos y partículas cuya función es la de revestir canales, lagunas, depósitos de agua, además controlan la erosión

Se instalan en depósitos de hormigón o acero de cualquier dimensión para confinamiento de químicos, residuos sólidos o químicos e industriales y prolongar la duración de los tanques

Geocompuesto

Diseñado específicamente para estabilización de suelos donde se requiere tanto refuerzo como separación de una base granular y un subsuelo muy fino. Uniendo un geotextil no tejido a una geomalla, lo que permite una gran interacción con el suelo reforzado, completa separación de los diferentes tipos de suelo,una efectiva acción de filtración, gran resistencia a la tensión como un alto módulo elástico, gran resistencia a los daños durante la instalación y un excelente comportamiento a los agentes atmosféricos.

Geoceldas

Son sistemas tridimensionales de confinamiento celular fabricadas en paneles de polietileno o polipropileno

Son muy resistentes para el confinamiento de cargas Se utiliza para aumentar la capacidad de carga de suelo, sin generar problemas

de contaminación beneficiando al entorno ecológicoControl de Erosión

Mantos Temporales PROTECCIÓN DE TALUDES

Mantos Permanentes PROTECCIÓN DE TALUDES REVESTIMIENTO DE CANALES RIBERAS

Geoceldas PROTECCIÓN DE TALUDES PROTECCIÓN DE SUELOS ÁRIDOS

Formaletas Flexibles TALUDES OBRAS MARÍTIMAS OBRAS FLUVIALES

Soluciones a Infraestructura

Geomallas MUROS DE CONTENCIÓN TERRAPLENES

Conclusiones Material ideal para fortalecer las propiedades de resistencia del suelo en variadas

formas. Sirve como divisor de suelos Es útil a la hora de permeabilizar suelos Sirven como Controlador de las Erosiones Necesario para la estabilidad de taludes Polímero que amplía la gama de posibles construcciones civiles

Inyección de suelos

Las inyecciones son procedimientos que se aplican al subsuelo, mediante los cuáles se introduce en los poros o fisuras del medio a tratar un producto líquido (mortero o lechada), que se solidifica adquiriendo una resistencia determinada a través del tiempo.

El objetivo principal de este tratamiento es el de impermeabilizar o fortificar los macizos porosos, rocas fisuradas o fundaciones defectuosas, incrementando de este modo las propiedades mecánicas de los mismos.

Debido a la heterogeneidad y comportamiento del terreno, existen diferentes métodos de inyección:

Inyección por reemplazo (Jet Grouting).

Inyección por impregnación y fractura (Fracture Grouting).

Inyección por consolidación (Compaction Grouting).

Inyección de lechadas de cemento-bentonita y/o aditivos plastificantes y aceleradores de fraguado. (Chemical / Cement Grouting).

Cada método se diferencia principalmente en la presión con la que se inyecta el material (métodos de alta o baja presión).

Jet Grouting (Inyección por Reemplazo) Técnica que mejora las características mecánicas y el comportamiento del suelo Permite formar columnas de suelo mejorado con inyección, mediante la

introducción a alta velocidad de un material consolidante (normalmente, lechada de cemento).

Permite obtener un tratamiento homogéneo y continuo del terreno. Se puede utilizar en una amplia gama de terrenos, desde gravas a arcillas. Útil para la creación de muros de contención y para mejorar la estanqueidad de

pilotes o micropilotes.

Sistemas de Jet Grouting Jet 1: Fluido Simple . Se inyecta lechada de cemento sola, a alta presión. Se

produce un verdadero y homogéneo suelo cemento.

Jet 2: Fluido Doble . Se inyecta lechada con aire comprimido, a una presión más baja que en el Jet 1. El aire reduce la fricción, por lo que la lechada de cemento se desplaza más. Se logran columnas de inyección más grandes que con el Jet 1.

Jet 3: Fluido Triple . Se inyecta lechada con aire comprimido y agua a presión. El aire empuja el suelo circundante, generando un vacío en forma de columna alrededor del inyector, el que se llena con la lechada de cemento.

Aplicaciones de Jet Grouting

Consolidaciones de terrenos para excavación de túneles, posos, ejecución de taludes, etc.

Recimentación de edificios y estructuras en general. Muros de contención. Pantallas impermeables. Tapones de fondo en recintos estancos.

Inyección por Fracturación Hidráulica.

Consiste en la inyección del terreno mediante su fracturación por lechada, con una presión por encima de su resistencia a tracción y de su presión de confinamiento.

Esta técnica puede aplicarse a cualquier tipo de suelo y roca blanda (desde suelos granulares gruesos a arcillas de alta plasticidad y desde rocas ígneas descompuestas hasta margas arcillosas).

Asegura movimientos no superiores a 2 o 3 [mm] en construcciones o servicios existentes en el entorno de la inyección.

Procedimiento y Mejoramiento en la resistencia

Se inyecta lechada en las fisuras naturales del suelo, o produce una serie de fracturas hidráulicas que se rellenan con mortero y rodean a los fragmentos (clastos); o simplemente se extienden como venas cementicias que al fraguar producen un conjunto suelo-fractura muy resistente.

Puede utilizarse la teoría de Estado Crítico para estimar las mejoras que experimentan la cohesión aparente c’ del terreno y su resistencia al esfuerzo cortante sin drenaje.

Criterios de Inyectabilidad Para precisar el tipo de lechada a inyectar, es necesario determinar la relación

existente entre las dimensiones de los granos del mortero de inyección y del esqueleto del suelo. Esto queda definido por parámetros geotécnicos del suelo tales como:

Permeabilidad. Estratigrafía del suelo. Existencia de napa freática. Porosidad del suelo. Granulometría.

Criterio Granulométrico: Mediante ensayos de penetración de morteros en suelos con diferentes granulometrías se han obtenido los siguientes resultados:

Criterio de Permeabilidad: Consiste en comparar las permeabilidades del mortero de inyección y del esqueleto de suelo.

Resistencia al Corte

Todos los tipos de grout mostrados anteriormente presentan baja resistencia al corte por sí solos.

Sin embargo, al combinarlos con los granos de suelo es posible incrementar la resistencia al corte de un suelo estabilizado.

Esto se debe a que una vez que el grout comienza a solidificarse se generan fuerzas capilares a nivel de los granos, densificando el suelo y disminuyendo la cantidad de vacíos.

Es por este motivo que suelos bien graduados tienen mayor resistencia al corte que los suelos pobremente graduados.

Es por este motivo que las inyecciones se utilizan principalmente en suelos granulares, ya que el material de relleno agrega cohesión al suelo. Esto hace que la resistencia al corte de un suelo estabilizado aumente y a la vez se gane impermeabilidad.

Conclusiones

El cambio en la resistencia al corte debido a la inyección puede provocar pérdida en el ángulo de fricción de las partículas.

Lo anterior no es tan apreciable para pequeñas cargas, sin embargo, la aplicación de grandes cargas puede llevar a que una inyección no represente una mejora significativa del suelo.

Realizar ensayos triaxiales para comprobar la mejora obtenida en un suelo. Utilizar criterios económicos antes de decidir inyectar un suelo ya que un galón

de grout puede alcanzar los 40 dólares. Evaluar otras alternativas antes de inyectar un suelo.

Conclusiones.-

Al termino de este proyecto se pudo ver de cerca y con detenimiento algunas de las técnicas que nos brinda la tecnología para el de mejoramiento de suelos, dichas técnicas ofrecen al ingeniero alternativas de diseño para la construcción de una obra civil.

Los diversos métodos que podemos encontrar son solo un abanico de opciones para el ingeniero ,pero estas alternativas son opcionales y no definitivas ya que la naturaleza nos presenta diferentes escenarios cada uno excluyente y diferente en todos los casos, es aquí donde se puede ver la eficacia y destreza del ingeniero presentando soluciones bien pensadas y analizadas, planificando y tomando en cuentas todos los aspectos que se puedan presentar antes , durante y después de la construcción y sugiriendo alternativas sobre cómo llegar a un suelo optimo para la construcción ya que la elección será muy diferente en todos los casos.