Estabilización de suelos expansivos La Estabilización Estabilización por Inyección Inyección es un método in situ de tratamiento de arcillas expansivas por inyección de presión de una solución solución acuosa de agua, lechada de cal, o cloruro de potasio. Las profundidades picas de inyección son de a !" pies de profundidad ba#o cimientos de construcción y de hasta $% pies de profundidad o m&s ba#o subsuelos de v'as férreas y rellenos sanitarios. (n sistema de estabilización económico in situ con una historia de $% a)os de tratamiento de suelos cohesivos. Los métodos de inyección var'an de acuerdo con el tipo de material *ue est& siendo inyectado.
Inyección de agua, una técnica pre-infamiento, es un método de introducir agua en la arcilla expansiva con el in de infar la arcilla tanto como sea posible antes de la construcción +e inyecta agua y surfactante agente ac-vo de la supercie/ en la arcilla expansiva para pre0in1ar la arcilla. 2ada 3pase4 de inyección es realizado en centros de 5 pies. +e re*uieren varios pases para pre0in1ar efectivamente un si-o. El pre0in1amiento se usa picamente para grandes construcciones 5%67/ y grandes &reas de pavimento. La inyección de &rea es poco costosa, r&pida y f&cil de usar. usar. +e agrega un surfactante al agua para reducir la tensión del agua e incrementar el 'ndice de absorción del agua por la arcilla. 8 et od olo g'a 9iversas condiciones se combinan para hacer de la inyección de agua una técnica efec-va. : medida *ue se agrega agua a la arcilla por medio del proceso de inyección, esta es absorbida por las parculas de la arcilla debido a la presencia de iones hidratantes localizados en el espaciamiento entre las parculas de arcilla. Eventualmente, la arcilla absorber& una can-dad de agua *ue sa-sfaga la carga de parculas de la arcilla, punto en el *ue el proceso de in1amiento estar& completado. (n plano de esfuerzo cortante se desarrolla en las cubiertas exteriores del sistema de arcilla;agua *ue corresponde a una reducción total en la fuerza de corte de la arcilla.
La Inyección de Cal es la inyección de lechada de cal a altas presiones (! a "!! psi# resultando en una cobertura del patrón de desecación de la arcilla con lechada$ :dicionalmente, la supercie del relleno de construcción ser& cubierta con la lechada de cal como resultado del proceso. Este material es mezclado con el suelo para formar una plataforma de traba#o después de la inyección. La inyección de cal usualmente es seguida por la inyección de agua para pre0in1ar la arcilla y distribuir después la cal en el suelo.
La cal es inyectada para llenar el patrón de desecación de la arcilla expansiva con lechada y estabilizar la superficie del relleno para facilidad de operación. La inyección de cal se usa para rellenos de construcción, as' como para calles, estacionamientos y carreteras. 8 et od olo g'a 2uando el hidróxido de calcio est& en contacto con la supercie de arcilla en el patrón de desecación del suelo, este reacciona con la s'lice y al=mina en la arcilla para formar hidratos de s'lice de calcio y al=minas de s'lice de calcio. Estos compuestos cementosos representan nuevas moléculas
y
no
son
expansivas.
La Inyección de Cloruro de %otasio (CI&# es la me'cla unto con el cloruro de potasio y lignosulonato de amon)aco en una solución acuosa *ue es inyectada para limitar enormemente la elevación utura de un suelo de arcilla expansiva$ : diferencia del pre0in1amiento, la inyección de potasio limita la can-dad de agua *ue absorbe la arcilla.
La Inyección de Cal+Ceni'a &uelta es la me'cla de cal y ceni'a suelta en una lechada y su inyección en suelos de poca uer'a para meorar la capacidad de soporte y transitabilidad$ En suelos menos reac-vos, también se usa >eocem para me#orar la fortaleza del suelo.
>eocem es una mezcla de ?%@ de piedra caliza de base na y "%@ de cl'nAer de cemento
eocem, es posible disminuir el contenido de humedad del suelo y mejorar la densidad seca, lo que contribuirá con la fortaleza de corte.
stabili'ación con cal por método de peroraciones Esta técnica consiste b&sicamente en perforar huecos en la subrasante y llenarlos con una lechada de cal o una mezcla de cal y arena. (na vez se llenan los huecos, la cal emigra o se difunde en el estrato de suelo inici&ndose las reacciones suelo0cal. La experiencia ha demostrado *ue las reacciones se producen en la periferia del hueco y en el fondo del mismo, pero se logra una reducción en el potencial expansivo debido al efecto de pre0humedecimiento y a la liberación de esfuerzos alrededor de la perforación.
Lechadas de cal inyectadas a presión 2on el ob#eto de lograr una mayor distribución de la cal en las subrasantes expansivas, se ha desarrollado la técnica de inyecciones a presión. La técnica consiste en inyectar las lechadas con cal a presiones del orden de !$.% 6g;cm"r dependiendo de las condiciones del suelo la tuber'a de inyección se penetra en éste, aproximadamente, C% cms y la lechada se prepara con ! a 5 Ags de cal por gal&n de agua, la inyección se hace hasta *ue el suelo rechace la lechada. La experiencia ha demostrado *ue con este sistema se logran buenos resultados si el suelo expansivo tiene un extenso sistema de suras y grietas a través del cual la lechada pueda ser inyectada ecientemente. El mayor benecio de este tipo de tratamiento se ob-ene también por el pre0humedecimiento producido, la barrera de humedad formada por el suelo cal y a las limitadas can-dades del suelo *ue ha reaccionado produciéndose la estabilización.
stabili'ación con cal por el étodo .eep-plo/ La técnica consiste en remover un espesor aproximado de un pie antes de regar la cal, posteriormente se riega la cal necesaria para la estabilización, se mezcla la cal con el suelo con tres pasadas del ploD hasta una
profundidad de dos pies, se esparce agua sobre la mezcla seca en la v'a, se hace un mezclado nal con un ripper profundo, se efect=a una compactación inicial del espesor de dos pies del material estabilizado en una sola capa, u-lizando un e*uipo de compactación pata de cabra o un rodillo pata de cabra vibratorio, la compactación nal se efect=a u-lizando pasadas con un rodillo de % toneladas de peso. Esta técnica permite estabilizar con cal y compactar en forma adecuada espesores de % a F% cms. Experiencias sobre la u-lización de este método indican *ue se logran densidades superiores al F5@ del ::+GBH0FF y *ue la distribución de la cal es homogénea en los primeros $% cms y menos en los restantes "% cms.
Columnas de grava o arena Vibrosustitución (Vibroflotación por vía húmeda)
Este procedimiento es aplicable en el caso de suelos blando cohesivos en los *ue las paredes laterales del hueco por
el
prac-cado
vibrador no resultar'an
auto0estables, o en el caso de *ue el nivel fre&-co de encuentre alto y sea preciso penetrar ba#o él. El rango habitual de resistencias al corte sin drena#e del terreno para *ue este -po de tratamiento sea aplicable oscila entre
"%
y
5%
A
a
!5
El vibrador penetra en el suelo por efecto de su peso propio y la vibración, ayudando por unas lanzas de agua situada en la punta y en la parte superior del aparato. El
1u#o con-nuo de agua facilita el
mantenimiento de la estabilidad del hueco practicado en el suelo y el arrastre y evacuación del detritus generado. :dicionalmente el agua permite refrigerar el motor, lo *ue puede ser un factor relevante en el caso de motores eléctricos.
Vibrodesplazamiento (Vibrootación por vía seca) 2uando los suelos cohesivos/ a tratar son estables, no sensi-vos, y cuando el nivel fre&tico se encuentra suficientemente ba#o, se puede emplear este método para la formación de columnas de grava compactada. La venta#a fundamental de este procedimiento con respecto al de v'a h=meda deriva de
*ue el empleo de las lanzas de agua para ayudar en la penetración y estabilización del agu#ero prac-cado no es necesario.
ha
de
nivel
encontrarse
sucientemente profundo, por deba#o de
la
m&xima
profundidad
de
tratamiento.
Empleo de vibrootadores especiales 2on el n de paliar los inconvenientes asociados al empleo de grandes can-dades de agua, varias empresas especializadas han desarrollado vibroflotadores especiales con los *ue se pueden e#ecutar columnas por v'a seca o con muy poca adición de agua/ en terrenos muy blandos, no auto0estables, o en zonas de nivel fre&-co elevado. Lo *ue dis-ngue a este tipo de vibroflotadores especiales es el hecho de poder efectuar el ver-do de la grava directamente por la punta del aparato, bien sea a través de un hueco central en el mismo, bien a través de un tubo adicional abosado lateralmente al vibroflotador. El proceso a seguir es an&logo al vibrodesplazamiento. :s', el vibrador penetra en el terreno por su propio peso, ayudando por la vibración y por lanzas de aire comprimido situadas en la punta. El mismo vibrador, *ue no se re-ra, sirve de re vestimiento de la perforación, con lo *ue el hueco practicado se puede mantener estable.
tros procedimientos
+i bien las técnicas espec'cas de ibro1otación hacen uso de vibradores o vibro1otadores especiales, obviamente es posible construir
columnas
de
grava
o
de
arena/
mediante
otros
procedimientos m&s o menos convencionales. Jesulta interesante destacar en cual*uier caso *ue en Kapón se ha desarrollado y empleado con enorme profusión el procedimiento basado en la hinca de una tuber'a mediante un vibrador pesado en cabeza. En este caso el relleno por el interior del tubo se efect=a empleando arena en lugar de grava, *ue se densifica y se imbrica con el terreno natural mediante sucesivos descensos y elevaciones de la tuber'a de revestimiento manteniendo la vibración.
C on ge la ción d e s u el os : la hora de realizar una excavación y conseguir estabilizar el suelo, aun*ue sea de forma provisional, una posibilidad consiste en congelar el suelo, especialmente cuando éstos son blandos y est&n saturados. Ello permite disponer de una pared provisional *ue impide el desmoronamiento del terreno. El estudio de la congelación ar-ficial del suelo precisa conocimientos en relación con las técnicas de congelación existentes,
as'
como
de
las
propiedades
térmicas
y
geotécnicas del terreno. 2omo es f&cil de entender, este procedimiento construc-vo re*uiere la presencia de empresas altamente especializadas.
!undamento teórico La congelación del terreno con el n de conseguir su estabilización temporal es una técnica an-gua empleada ya en miner'a desde mediados del siglo pasado. +e basa en la transformación del agua inters-cial en hielo, *ue en ese estado act=a como elemento aglu-nante de las parculas *ue componen el suelo. +e consiguen as' dos efectos, por una parte un aumento de la resistencia del terreno y por otra una completa impermeabilidad *ue facilita durante un tiempo las condiciones de excavación.
"plicabilidad La congelación es adecuada en una gran variedad de suelos, incluso en casos donde las inyecciones y otros métodos no pueden ser u-lizados. El re*uisito *ue plantea es la necesidad de *ue los suelos estén saturados de agua, ya *ue de lo contrario el método no me#ora las caracter'sticas del terreno.
#istemas de congelación El procedimiento general se aplica instalando en torno al
blo*ue de suelo *ue se *uiera estabilizar, un con#unto de tubos o sondas de congelación por las *ue habr& de circular la sustancia refrigerante, con la disposición y separación entre sondas *ue aconse#en las condiciones de obra profundidad de excavación, planta, etc./ y el terreno. 2omo
sustancias
refrigerantes
pueden
emplearse
salmueras frecuentemente de cloruro c&lcico/, anh'drido carbónico, o nitrógeno l'*uido, todas ellas con el mismo fundamento sicoM la capacidad de absorción de calor de estas sustancias, al pasar de l'*uido a gas.
La instalación es diferente, seg=n el elemento refrigerante sea recuperado circuito cerrado/ o no circuito abierto/. En el primer caso, ha de establecerse un circuito cerrado como el *ue se muestra en la gura. El 1uido en forma l'*uida, pasa por los tubos refrigerantes y al evaporarse a través de ellos absorbe calor'as del terreno. 2onseguido este efecto, la sustancia en forma de gas se hace pasar por un compresor *ue en combinación con un sistema refrigerador lo licua a ba#a temperatura, y después es conducida a un depósito, en el *ue es almacenada en forma l'*uida a alta presión. 9esde este depósito el caudal ser& bombeado de nuevo a las sondas refrigerantes para ser reu-lizado en un nuevo recorrido a través del circuito cerrado de congelación. 2uando la congelación se aplica sin recuperar la sustancia refrigerante, ésta normalmente nitrógeno l'*uido/, es transportada a pie de obra en camiones cisterna y desde ellos es bombeada a ba#a temperatura N 0!F O2/, directamente hacia las sondas o tubos congeladores de la instalaciónM el 1uido, después de pasar a través de las sondas, ya evaporado es dirigido hasta el nal del circuito, en este caso abierto, del cual sale a la atmósfera en forma de gas a unos 0% O2 de temperatura. Este sistema resulta m&s caro *ue el anterior por no recuperarse la sustancia refrigerante, pero los efectos de congelación *ue se consiguen en la pr&ctica son m&s r&pidos.
Existe la opción de u-lizar un procedimiento mixto, consistente en combinar la capacidad frigor'fica del nitrógeno l'*uido, para efectuar la congelación del terreno de forma r&pida, y la econom'a de la salmuera, para el mantenimiento durante los traba#os de excavación y e#ecución de la estructura.
Condiciones de e$ecución La elección del procedimiento y medios de congelación m&s efectivos, re*uiere el estudio del terreno y de la obra en tres etapasM Estudio de viabilidad Elección del sistema E#ecución y control El ob#eto del estudio de viabilidad es decidir en primer término si la congelación es fac-ble, con o sin medidas correctoras del terreno y en el primer caso denir *ué -po de medidas deben adaptarse. 2omo es lógico, es esencial par-r de un buen conocimiento hidrogeológico del terreno y de todo el entorno al *ue pueda afectar el proceso de congelación. En este estudio tienen especial interés los par&metros térmicos del suelo, y los geotécnicos antes y después de la congelación, y en las situaciones intermedias. Es importante conocer el volumen y las condiciones del agua *ue pueda estar en co ntacto con la masa congelada, por la aportación de calor *ue puede proporcionar y por los efectos producidos por la velocidad de circulaciónM a par-r de velocidades de !,5 P " m;d'a si no es con nitrógeno l'*uido la congelación no es fac-bleQ con velocidades mayores los tratamientos previos de inyección por su ecacia y por su escasa incidencia económica, pueden ser un buen medio corrector. En general los procesos de congelación son m&s viables en suelos saturados pero también son aplicables en suelos con grados muy ba#os !% @/ de saturación. 2on las conclusiones del estudio de viabilidad debe decidirse el sistema de congelación y la forma y disposición de los tubos *ue me#or se adapten a las condiciones del terreno y del espacio disponible. +i la obra lo permite, se suele recurrir a supercies cil'ndricas circulares o el'p-cas/ para *ue los esfuerzos *ue se produzcan sobre el blo*ue congelado sean principalmente de compresión. El an&lisis térmico previo del blo*ue a congelar es esencial para decidirM
La disposición m&s favorable de las sondas
La potencia del e*uipo de congelación y
El -empo de funcionamiento *ue es necesario para conseguir la temperatura de congelación prevista.
En este tratamiento es muy importante el control de temperaturas en el interior del suelo congelado mediante la disposición de sondas termométricas. :s', puede controlarse cómo progresa la formación del muro, adem&s de vigilar su evolución durante la fase de excavación, establecer los periodos de mantenimiento y #ar la potencia frigor'fica necesaria en función de la respuesta térmica del suelo y la transmisión de calor a través del parame nto excavado. La resistencia de un suelo congelado est& denida como en cual*uier otro, por la cohesión y el &ngulo de rozamiento.
Venta$as % limitaciones Las venta#as del tratamiento de congelación del terreno radica en la posibilidad de ahorro de tiempo y de coste frente a problemas de presencia importante de agua en excavaciones ba#o el nivel fre&tico, adem&s de en la amplia variedad de suelos donde puede aplicarse. 2omo limitaciones destacan la alta especialización *ue precisa su aplicación y su elevado coste, por lo *ue no es muy u-lizado en Espa)a. Bambién hay *ue apuntar como inconvenientes *ue, en el caso de gravas, con cierta velocidad del agua sub&lvea, la congelación se hace complicada y necesitar'a alguna inyección complementaria. Bampoco es despreciable el asiento producido tras la descongelación del suelo.
Estabilización de suelos colapsables &'todos de me$oramiento de las propiedades del suelo por compactación Compactación dinmica Este método es adecuado para compactar mantos de suelos colapsables superciales con espesores menores a C,5% metros. El método consiste en de#ar caer en ca'da libre desde una altura de $ a ? metros, pilones de C a ? Bon. sobre la supercie del terreno, a razón de !% a ! impactos en cada lugar :belev y :belev, !FF/. El impacto genera una rotura de la estructura del suelo, un aumento de la presión de poros y una compresión del aire presente en los poros, produciendo un reacomodamiento de las parculas, dando como resultado una estructura m&s compacta. +eg=n 8alyshev et al !F?C/ el contenido de humedad del suelo #uega un papel importante, logr&ndose la m&xima eciencia con un contenido de humedad cercano al L'mite
espesor
compactado, logr&ndose la
m&xima
densificación a !," a !,5 veces el di&metro del pilón. +in
C
embargo, se pueden obtener
cual en la mayor'a de los casos es suficiente para disminuir o anular la suscep-bilidad al colapso del suelo. (na variante a este método es realizar la compactación solamente en los lugares donde act=an las cargas y no en toda el &rea de la construcción.
Compactación por medio de peue*os pilotes piramidales En cierta forma este método es una variante del método anterior. 2onsiste en hincar un pilote piramidal de C a $ metros de longitud, con una sección transversal superior de % x % a % x % cm., y una sección transversal inferior de !% x !% cm. (na vez re-rado el pilote la cavidad se rellena con hormigón. Este -po de metodolog'a da excelentes resultados en &reas en donde existe un espesor de suelos potencialmente colapsables no autocolapsables/ de C,% o $,% m de profundidad, pero *ue colapsar&n si est&n sometidos a los incrementos de carga transmi-dos por las construcciones. (na de las venta#as del método es la completa mecanización de todas las operaciones. (na variante a este método consiste en realizar la hinca sobre una capa de piedra par-da, dando como resultado un bulbo de suelo compactado alrededor de la capa de piedra, me#orando la capacidad de carga por la punta del pilote as' construido.
Compactación por pilotes de suelo Este es uno de los métodos m&s usuales para compactar espesores importantes !? a "% m./ de suelos
loéssicos
suscep-bles
al
colapso.
El
procedimiento consta de dos partesM primero se realiza la perforación y segundo se llena la cavidad con suelo compactado. La perforación se realiza usualmente mediante la hinca de un pilote met&lico con base ensanchada !,5 veces/. En otra metodolog'a de reciente uso, la excavación se hace de la siguiente formaM se perfora hasta la profundidad deseada un hoyo de ? cm. de di&metro dentro del cual se coloca una columna de explosivos, *ue luego de estallar crea una perforación de aproximadamente %,?% m de di&metro. 9espués de efectuada esta perforación din&micaR la cavidad se rellena con suelo local, introducido en tongadas de !%% a "%% 6g, *ue luego son compactadas din&micamente por medio de un =-l especial. 2oncluidas ambas etapas *uedan formadas columnas de suelo compactado con un di&metro aproximado igual a dos veces el de la perforación. El grado de compactación va decreciendo a medida *ue se ale#a del centro de la columna, por tal motivo es importante conocer esta ley de decrecimiento para dise)ar correctamente la cuadr'cula de pilotes de suelo. :l igual *ue en los otros métodos, la eficiencia del sistema aumenta en la medida *ue la humedad del suelo natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite
alcanzadas son del orden de !,% a !,?% t;m , *ue son suficientes para evitar el colapso por peso propio y permiten el use del espesor compactado como manto de fundación.
Compactación por explosiones de gas Esta rela-vamente nueva metodolog'a de compactar espesores de suelos colapsables consiste en introducir, a través de una lanza de agua a presión, una c&mara de compresión *ue contiene una mezcla de gas propano y ox'geno, la cual se va elevando a medida *ue se producen una serie de explosiones de la mezcla. 9e este modo se va generando una columna !,"% !,$% m de suelo compactado 9ensidad de !,5% C
t;cm / 8artemyanov et al, !FF/.
Compactación por humedecimiento (+idrocompactación) En este caso se u-liza la propia suscep-bilidad del suelo a colapsar ba#o peso pro pio. El método m&s frecuente de realizar la humectación o saturación del terreno, es a través de infiltración del agua desde la supercie del terreno, para lo cual se efect=an excavaciones poco profundas %,$% a %,?% m/ o bien se construyen grandes estan*ues. En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso del agua al terreno se construye dentro del estan*ue, drenes de arena convenientemente espaciados. Este sistema ha sido empleado ampliamente en varias partes del mundo, por e#emplo en EE.((. por >ibbs y Sara !F/ y 2levenger !F5/Q en Jumania por Sally et al !F5,!FF/Q en la (J++ por Lomize !F?/ y 8ustafaef !F/Q en 2hina por Lin y Liang !F?"/Q y en :rgen-na por 8oll et al !FF/. : pesar de su amplia u-lización y su ba#o costo, el método presenta una serie de inconvenientesM aparición de grietas de tracción en el contorno del &rea inundadaQ existencia de importantes deformaciones posteriores al colapsoQ necesidad de recompactar los $ ó 5 primeros metros u-lizando otro -po de metodolog'a. La efectividad de este método se me#ora sustancialmente si al mismo se lo combina con otro método de compactación din&mica.
Compactación por humedecimiento previo % por explosiones profundas Este método fue desarrollado en la (nión +ovié-ca por Livinov !F/ en la década de los %. El espesor de suelos a compactar es previamente humedecido a través de un sistema de drenes cuadr'cula de C x C a 5 x 5 m/. Las cargas explosivas 5 a 6g./ son colocadas en el fondo de los mismos drenes o bien en tubos met&licos colocados en perforaciones adicionales. La cuadr'cula con las cargas es aproximadamente de $ x $ m. En este procedimiento no es necesaria la completa saturación del suelo, *ue por e#emplo necesita el método anterior.
m /. La explosión genera una onda de cho*ue *ue hace licuar la estructura del suelo, lo cual permite un reacomodamiento de las parculas y un crecimiento de la densidad del suelo. En ciertos casos es aconse#able la construcción de trincheras alrededor de la zona a compactar a efectos de evitar la propagación de grietas fuera de ella. La explosión produce un importante a inmediato asentamiento de la supercie del terreno. Los asentamientos en general se estabilizan al cabo de C ó $ semanas. Este -po de método es aconse#able cuando se desea compactar grandes vol=menes de suelo, par-cularmente en grandes comple#os industriales o bien en obras hidroeléctricas.
&'todos de estabilización del suelo por modificación de su granulometría En este apartado se incluyen a*uellos métodos de estabilización consistentes en la mezcla y posterior compactación de suelo colapsable con otros materiales arena, gravas/ a efectos de conseguir mayor resistencia y mayor rigidez. Este -po de estabilización es de amplio use en la ingenier'a vial, en la construcción de bases y de sub0bases.
&'todos de estabilización del suelo por la creación de nuevos contactos cohesivos ,n%ecciones de agentes uímicos Las investigaciones y las realizaciones en este -po de estabilizaciones se han desarrollado principalmente en la (nión +oviética. +eg=n 8itchell !F?!/ la razón principal por la cual estos métodos no se han extendido universalmente se debe principalmente a los altos costos, frente a otros -pos de estabilizaciones. +in embargo, Esvtatiev !F??/ da cuenta de la existencia, en la (J++, de m&s de ?%% proyectos en donde se han u-lizado satisfactoriamente p. e#. el método de silicatización/. Esto ha permi-do un con-nuo me#oramiento de la tecnolog'a, una reducción de los costos y una abundante norma-va en la regulación de su uso. El agente *u'mico m&s u-lizado, por su ba#o costo frente a otros agentes *u'micos, es el +ilicato de +odio. El método consiste en inyectar en todo el espesor de suelo a tratar, una solución de silicato de sodio di&metro con perforaciones de C mm protegidas por un manguito de goma. La inyección se realiza a una presión de ",% a $,% 6g;cm" y una descarga de $? litros por minuto Tvyagin et al, !F?/. La silica-zación del suelo es sólo posible en un medio fuertemente alcalino. +eg=n +oAolovic !FC/ se logra una me#or eciencia mediante una pre y post gasificación con carbonato de calcio. Luego de la inyección, tres son los cambios *ue se observan en el sueloM un aumento significativo de la resistencia a la compresión "
superior a "% 6g;cm /, una eliminación de la suscep-bilidad al colapso y una disminución de la permeabilidad. Htro de los tratamientos con agentes *u'micos es la inyección de amon'aco. La me#ora en el suelo es inferior al tratamiento por silica-zación, adem&s presenta la desventa#a de ser un elemento tóxico y su u-lización re*uiere medidas especiales de protección +oAolovic, !FC/. Estas técnicas se proyectan para aplicar cementación y resistencia a los suelos colapsables de tal forma *ue se reduzca el colapso si se presenta un humedecimiento posterior, por supuesto, algo de humedecimiento ocurre en el proceso mismo del inyectado del agente cementante. La extensión a la cual este prehumedecimiento es efec-vo en reducir asentamientos futuros depende de la minuciosidad con *ue se llevó a cabo el humedecimiento y del porcenta#e de esfuerzo total debido a la sobrecarga. La inyección de una solución de silicato de sodio ha sido usada extensivamente en la antes (nión +oviética y en Sulgaria. Esta técnica se usa tanto para suelos colapsables secos, como para suelos h=medos, *ue se espera se compriman ba#o el preso de estructuras *ue se colocar&n sobre ellos. :un*ue parece *ue han sido principalmente los suelos *ue han sido humedecidos, los *ue me#or responden a esta técnica, han sido también usadas como una medida de remedio cuando un humedecimiento parcial ha causado algo de da)o. Esta técnica consta de las siguientes fasesM Inyección de dióxido de carbono para remover parcialmente el contenido de agua presente, y también para lograr una ac-vación parcial del suelo. Inyección de una lechada de silicato de sodio. Inyección de dióxido de carbono para neutralizar el &lcali. +e logra con esto una modificación del e*uilibrio *u'mico y la formación de un gel de s'lice &cido. (n resultado caracter's-co de la reacción, es el r&pido endurecimiento del gel *ue envuelve a las parculas de suelo en la forma de una pel'cula y logra cementarlos, convir-endo as' al suelo en una masa monol'tica
dura *ue -ene una permeabilidad rela-vamente ba#a. La inyección de amonio ha sido también usada en los suelos h=medosQ sin embargo, el efecto de estabilización es mucho menor al efecto causado por el silicato de sodio, adem&s el uso de amonia es peligroso.
stabili'ación térmica Esta técnica comenzó a desarroIlarse en la (J++ en la década de los a)os 5%, y ha sido u-lizada exitosamente en un importante n=mero de emprendimientos. +eg=n Esvtatiev !F??/ la aplicación de este método es técnica y económicamente aconse#able en los siguientes casosM a/ en la estabilización de fundaciones existentes de estructuras altas como chimeneas, tan*ues de aguaQ b/ en la paralización de los asentamientos en construcciones existentes, provocados por el colapso del suelo. Las propiedades de los minerales arcillosos cambian cuando éstos son some-dos a altas temperaturas, lo cual genera un aumento importante de la resistencia y por ende la eliminación de la suscep-bilidad al colapso del suelo. La tecnolog'a ha ido variando y me#orando su eciencia a lo largo de estas décadas. Uo obstante la variedad de métodos, casi todos ellos consisten en la introducción de un *uemador de fuel o gas dentro de un pre "
pozo de %,"% metros de di&metro, con una presión de aire de ",% a C,% 6g;cm . 9e esta forma al cabo de !% a !5 d'as se consigue una columna estabilizada de suelo de ",% a C,% metros y una profundidad de !% a !5 metros Seles y +tanculescu, !F5?/.
stabili'ación mediante me'clado mec0nico con agentes cementantes El ob#etivo de este -po de estabilización es la creación de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y rigidez, *ue permitan la transferencia de las cargas a mantos m&s profundos y estables. arios son los métodos constructivos *ue pueden agruparse dentro de este grupo. Los subdividiremos en los siguientes subgrupos, dependiendo del lugar en donde se realiza la mezcla del suelo con el agente cementante. !. La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en supercie. En este caso la excavación se puede realizar bien u-lizando la técnica constructiva empleada en los pilotes de suelo hinca/, o bien usar técnicas usuales de perforación. La mezcla del suelo con el agente cementante preferentemente 2emento
&'todos de estabilización por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no colapsable Este -po de estabilización se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente colapsables, en los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar asentamientos adicionales ante un incremento de la humedad del suelo. :s', una parte del suelo colapsable superficial, ubicado directamente deba#o de las fundaciones, es excavado, extra'do y reemplazado por otro material m&s competente. Los materiales generalmente u-lizados son los siguientesM el mismo suelo extra'do, compactado y
eventualmente estabilizado granulométricamenteQ arena compactada o suelo cemento compactado. La elección del -po de material est& condicionada generalmente por variables técnico económicas. Los espesores de estos mantos son variables ! a $ m/ dependiendo del -po de cargas y de las caracter'sticas del proyecto.
&edidas conducentes a evitar la iniciación del colapso :rriba, se se)alaron los tipos de humedecimientos, *ue seg=n >oldstein !FF/, pueden presentarse en una masa de sueloM a/ humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidr&ulicas o infiltraciones de aguas de lluviaQ b/ humedecimiento extenso causado por roturas de canales o e1uentes industrialesQ c/ ascenso del nivel fre&-coQ d/ aumento gradual y lento del contenido de humedad, por condensación del vapor de agua, provocados por condiciones ambientales. 8uchos de estos -pos de humedecimientos pueden ser prevenidos, principalmente los primeros, pues en general éstos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la misma construcción. En cambio los otros -pos de humedecimientos est&n condicionados por factores externos al proyecto, como por e#emplo puede ser el ascenso del nivel fre&tico o la rotura de un canal cercano y a#eno al proyecto. La acción del proyec-sta debe estar encaminada principalmente a impedir, dentro de los l'mites del proyecto, la generación de estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construcción. Jobinson y UarAieDicz !F?"/ sugieren las siguientes medidas de protección contra el humedecimiento de ediciosM a/
Las medidas de protección, en otros -pos de obras civiles canales o caminos/, tienen la misma losoa, es decir, elementos de protección *ue impidan o dificulten la entrada del agua en el terreno de fundación. :s' por e#emplo, en las obras lineales se debe prestar una especial atención al dise)o del sistema de alcantarillado y de desagVes. En algunos casos, estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel del terreno, convir-éndose en verdaderas presas *ue impiden el natural escurrimiento de las aguas, provocando la acumulación de agua en su entorno, lo *ue genera un humedecimiento generalizado del terreno de fundación con los consecuentes da)os en la obra. Es frecuente *ue en ciertos -pos de obras, como viviendas unifamiliares de una planta o incluso caminos y canales, las =nicas medidas a adoptar sean las presentadas en este apartado, ya *ue la u-lización de técnicas de me#oramiento o fundaciones profundas resultan prohibi-vas. En realidad la mayor'a de las obras aludidas se construyen admi-endo el riesgo de un posible colapso del terreno. El buen comportamiento *ue han tenido la mayor'a de ellas se debe fundamentalmente a *ue no se ha producido ning=n -po de humedecimiento. En contraste, los da)os son serios en a*uellas obras *ue los han sufrido.
Estructuras %-o fundaciones ue admiten % resisten los fenómenos provocados por el colapso El an&lisis de este apartado se centrar& principalmente en el estudio de las fundaciones superciales en suelos potencialmente colapsables, ya *ue el otro gran grupo de solucionesM fundaciones profundas mediante pilotes, ser& ob#eto de un examen detallado en los apartados siguientes. La lista de estructuras *ue se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente colapsables es amplia, entre ellas pueden se)alarseM viviendas unifamiliares, construcciones transitorias, galpones, ductos enterrados, canales, caminos, etc. Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos gruposM a/ Wundaciones r'gidas, u-lizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas puntuales, por e#emplo, torres de l'neas de alta tensión, columnas de naves industriales o depósitos. En general, este -po de estructuras -enen algunos rasgos comunes, como son por e#em ploM cargas ver-cales ba#as, cargas horizontales importantes, y en general suelen aceptar asentamientos admisibles mayores. b/ Wundaciones de ba#a rigidez longitudinal, en este caso se trata de estructuras con cargas lineales muros de carga, canales, etc./ con ba#a rigidez en el sen-do de las cargas. Este -po de estructuras son sensibles a humedecimientos localizados del terreno *ue generan asientos diferenciales importantes. En general, las medidas *ue suelen tomarse para disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientesM dise)o de elementos *ue rigidicen la estructura 2lemence X Winbarr, !F?!/, y el dise)o de elementos construc-vos *ue eviten la introducción del agua en el terreno, se)alados anteriormente.
Vibrootación El uso de ibro1otación para suelos colapsables es esencialmente el mismo *ue se emplea para suelos arenosos sueltos, una sonda vibratoria es hincada a chorros en el lugar y después se introduce grava o
arena a lo largo del si-o. +e logra a través de prehumedecimiento, as' como el reforzamiento y rigidez debido a las columnas de roca *ue se forman.
Voladuras profundas combinadas con prehumedecimiento El suelo colapsable es prehumedecido a un grado de saturación del orden del ?%@ o m&s, luego una voladura profunda sencilla se emplea para romper la estructura del suelo, de tal manera *ue se densifi*ue completamente ba#o su propio peso. Htra forma difiere en *ue la perforación se usa para formar una zona compactada alrededor de la perforación/ por medio de la acción de un con#unto de cargas de voladuras simult&neas, las cavidades formadas son primeramente rellenadas con agua, después arena y grava.
+umedecimiento controlado 9ifiere a la de prehumedecimiento en *ue es e#ecutada con la estructura en el lugar. El humedecimiento 9ebe ser cuidadosa y progresivamente con un monitoreo concurrente de la posición de la estructura para asegurar *ue los movimientos diferenciales permanezcan dentro de los l'mites tolerables, als can-dades de agua deben ser aproximadamente medidas y agregadas en incrementos. El humedecimiento deber& ser hecho antes de *ue las conexiones estructurales sensi-vas fueran instaladas y también antes de *ue los componentes, tales como vidrios de ventana, mosaicos y azule#os sean colocados. Idealmente la primera etapa del humedecimiento ser'a completada antes de *ue la estructura fuera construida, esta técnica podr'a también ser usada como una medida de remedio o arreglo para renivelar la estructura *ue ha experimentado humedecimiento diferencial y su co nsecuente asentamiento diferencial.
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