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Soluciones para suelos expansivos
Pre-humectacin del suelo
La teora de pre-humectar el suelo antes de la construccin est
basada en el hecho de que si al suelo se le
permite que se expanda antes de la construccin y si luego la
humedad del suelo es mantenida, no es de
esperar cambios volumtricos y por lo tanto no es esperable daos
sobre la estructura.
La experiencia indica que en las reas cubiertas por una losa,
contrapiso, pavimento, etc., el contenido de
humedad del suelo rara vez decrece. Si uno inunda el suelo, una
vez que el suelo se hinche hasta su
mximo potencial, la migracin del contenido de humedad hacia la
parte de suelo subyacente que se
encuentra menos hmeda induce nuevas expansiones del suelo
diferidas en el tiempo. Este proceso puede
continuar durante cerca de 10 aos.
El tiempo requerido para lograr una adecuada humectacin del
suelo, aunque no sea necesario llegar a la
saturacin, es de al menos uno o dos meses, lo que puede ser
considerado como demasiado largo.
Adems es muy cuestionable el hecho de que se obtenga una
variacin uniforme en el contenido de
humedad del suelo en las reas pre-humectadas.
Los suelos arcillosos, que son los potencialmente expansivos,
son muy difciles de pre-humectar siendo lo
ms factible que el agua penetre a travs de fisuras, etc., no
logrndose una humectacin pareja del suelo.
Este mtodo de inundacin previa puede resultar til para la
cimentacin mediante losas, construccin de
pavimentos, canales, etc., pero no es adecuado para
cimentaciones aisladas (tipo patn).
La razn es que el pre-humectar el suelo conlleva a reducir en
una forma muy significativa los parmetros
resistentes del suelo, lo que lo hace inadecuado para el apoyo
de cimientos aislados.
Control de humedad
El suelo debe ser excavado a la misma profundidad que el peso
del suelo contrarreste el levantamiento del
mismo, se pondr un material plstico sobre toda la superficie de
la excavacin. La humedad alojada a una
profundidad igual al cambio de volumen es controlada por el peso
del material sobre puesto y el peso de la
construccin. La humedad superficial podr controlarse por medio
de una capa de arena graduada de 0.30
a 1 m o tal vez un poco ms gruesa que permita el flujo de agua
en forma capilar, y mantendr una
uniformidad del contenido de agua en la arcilla.
Si bien es relativamente sencillo sacar el agua libre que se ha
introducido en la obra para la construccin de
una fundacin, realizando los drenajes adecuados ya sean
superficiales o subterrneos a tales efectos, pero
sin embargo no es tan sencillo el impedir la migracin de la
humedad desde el exterior de un local hacia el
interior de un rea cubierta.
Para impedir la infiltracin de aguas superficiales se puede
disponer de:
Barreras horizontales contra la humectacin del suelo alrededor
de la construccin a travs de:
membranas, construccin de veredas perimetrales, pavimentos
asflticos, drenaje adecuado.
Barreras verticales alrededor de la construccin para impedir las
variaciones estacionales en el
contenido de humedad del suelo tambin mediante el uso de
membranas, hormign, etc.
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Las barreras verticales usualmente estn unidas a una horizontal
para prevenir la humectacin del suelo
entre la barrera vertical y la construccin, ya que las barreras
verticales deben construirse al menos 70 a
100 cm alejadas del permetro de la construccin.
Si bien las barreras verticales son ms efectivas que las
horizontales, las mismas resultan mucho ms
costosas.
Para evitar la variacin del contenido de humedad por variacin
del nivel de agua subterrnea la alternativa
ms adecuada la constituye la construccin de drenajes
subterrneos.
El proyecto de drenes deber tener presente el tipo de acufero de
que se trate, si es confinado o no, el
caudal de agua que escurre por el mismo, profundidad a la que se
instala el dren, capacidad del sistema de
drenaje, etc.
Sustitucin del suelo expansivo
Una alternativa simple de cimentar una losa o un patn en un
material expansivo es remplazar el material
expansivo por otro que no lo sea.
La experiencia indica que si el suelo natural sobre el que
estamos apoyando nuestro cimiento consiste en
ms de 5 pies (aprox. 1.50 mts) de suelo granular del tipo
(SC-SP), que a su vez se apoya en un suelo
altamente expansivo no existe riesgo de movimiento en la
fundacin cuando apoyamos la misma sobre
este material granular.
El primer requerimiento es, obviamente, que el material no sea
expansivo, eso lo cumplen los suelos cuya
clasificacin vara desde los materiales del tipo GW a los del
tipo SC.
Los materiales granulares que podemos considerarlos limpios, es
decir con escasa cantidad de finos,
aquellos cuya clasificacin de acuerdo al S.U.C.S. vara del tipo
GW a SP, tiene una permeabilidad tal que el
agua podra llegar hasta los materiales subyacentes arcillosos y
expansibles.
Desde el punto de vista antes sealado sera preferible que los
materiales del relleno sean menos
permeables, con cierto contenido de finos (del tipo SM o SC),
aunque estos tiene la contra de que los finos
de estos materiales pueden a su vez presentar cierto grado de
expansin.
Uno de los criterios usuales es el planteo de la siguiente
condicin:
Lmite lquido % de Material que pasa el 200
Mayor a 50 15 30
Entre 30 a 50 10 40
Menor a 30 5 - 50
No es tan fcil que un suelo cumple con las condiciones antes
planteadas. En caso de dudas razonables,
para poder determinar realmente el potencial expansivo del suelo
hay que proceder a las metodologas
habituales a tales efectos.
Una alternativa para mejorar el potencial expansivo del suelo
sera el poder mezclar el material granular
con el suelo emplazado en sitio. Si bien dicho mtodo es
tericamente razonable, en la prctica se hace
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muy dificultoso la mezcla de material granular con arcillas de
bajo contenido de humedad. Se necesita
maquinaria especial, sobre todo por la dificultad de disgregar
los terrones de arcilla a tamaos adecuados,
lo que lleva a costos tan caros como otros procedimientos en los
que se obtienen mejores resultados como
la estabilizacin con suelo cal o suelo cemento.
La principal razn por la cual un relleno artificial de un
material seleccionado no es tan efectivo como el
apoyar sobre una masa de suelo granular en estado natural, es
por la extensin del mismo debajo de la
fundacin en uno y otro caso. Cuanto mayor sea el rea en que
efectuamos el reemplazo, ms efectivo
resulta el relleno.
Control de expansin
Permitiendo que el suelo se expanda dentro de las cavidades de
la cimentacin, los movimientos de una
cimentacin pueden ser reducidos a un nivel tolerable. Un tipo de
cimentacin comnmente usado es el
llamado waffle, denominado en el sistema de E.E.U.U., nosotros
lo conocemos como losa de cimentacin
con contratrabes, donde las contratrabes soportan la construccin
y las cavidades permiten la expansin
del suelo.
Modificacin de propiedades expansivas del suelo
La Estabilizacin por Inyeccin es un mtodo in situ de
tratamiento de arcillas expansivas por inyeccin de presin de
una solucin acuosa de agua, lechada de cal, o cloruro de
potasio.
Las profundidades tpicas de inyeccin son de 7 a 12 pies de
profundidad bajo cimientos de construccin y de hasta 40 pies
de profundidad o ms bajo subsuelos de vas frreas y rellenos
sanitarios.
Un sistema de estabilizacin econmico in situ con una historia de
40 aos de tratamiento de suelos
cohesivos. Los mtodos de inyeccin varan de acuerdo con el tipo
de material que est siendo inyectado.
Inyeccin de agua, una tcnica pre-inflamiento, es un mtodo de
introducir agua en la arcilla expansiva
con el fin de inflar la arcilla tanto como sea posible antes de
la construccin
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Se inyecta agua y surfactante (agente activo de la superficie)
en la arcilla expansiva para pre-inflar la arcilla.
Cada pase de inyeccin es realizado en centros de 5 pies. Se
requieren varios pases para pre-inflar
efectivamente un sitio. El pre-inflamiento se usa tpicamente
para grandes construcciones (50K+) y grandes
reas de pavimento. La inyeccin de rea es poco costosa, rpida y
fcil de usar.
Se agrega un surfactante al agua para reducir la tensin del agua
e incrementar el ndice de absorcin del
agua por la arcilla.
Metodologa
Diversas condiciones se combinan para hacer de la inyeccin de
agua una tcnica efectiva.
A medida que se agrega agua a la arcilla por medio del proceso
de inyeccin, esta es absorbida por las
partculas de la arcilla debido a la presencia de iones
hidratantes localizados en el espaciamiento entre las
partculas de arcilla.
Eventualmente, la arcilla absorber una cantidad de agua que
satisfaga la carga de partculas de la arcilla,
punto en el que el proceso de inflamiento estar completado.
Un plano de esfuerzo cortante se desarrolla en las cubiertas
exteriores del sistema de arcilla/agua que
corresponde a una reduccin total en la fuerza de corte de la
arcilla. Por esta razn, las mediciones de
fuerza de corte, como aquellas obtenidas con un penetrmetro de
bolsillo, pueden ser una manera rpida y
efectiva para determinar el xito de la inyeccin.
La Inyeccin de Cal es la inyeccin de lechada de cal a altas
presiones (50 a 200 psi) resultando en una
cobertura del patrn de desecacin de la arcilla con lechada.
Adicionalmente, la superficie del relleno de construccin ser
cubierta con la lechada de cal como resultado
del proceso. Este material es mezclado con el suelo para formar
una plataforma de trabajo despus de la
inyeccin.
La inyeccin de cal usualmente es seguida por la inyeccin de agua
para pre-inflar la arcilla y distribuir
despus la cal en el suelo.
La cal es inyectada para llenar el patrn de desecacin de
la arcilla expansiva con lechada y estabilizar la superficie
del relleno para facilidad de operacin.
La inyeccin de cal se usa para rellenos de construccin,
as como para calles, estacionamientos y carreteras.
Metodologa
Cuando el hidrxido de calcio est en contacto con la
superficie de arcilla en el patrn de desecacin del suelo,
este reacciona con la slice y almina en la arcilla para
formar hidratos de slice de calcio y alminas de slice de
calcio. Estos compuestos cementosos representan nuevas
molculas y no son expansivas.
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La Inyeccin de Cloruro de Potasio (CIS) es la mezcla junto con
el cloruro de potasio y lignosulfonato de
amonaco en una solucin acuosa que es inyectada para limitar
enormemente la elevacin futura de un
suelo de arcilla expansiva.
A diferencia del pre-inflamiento, la inyeccin de potasio limita
la cantidad de agua que absorbe la arcilla.
Por esta razn, la inyeccin de potasio tambin es un mtodo para
contener la elevacin que ocurre en
estructuras existentes.
Usualmente, la inyeccin de potasio est limitada para usarse en
estructuras existentes, as como en
aquellas que son altamente sensibles al movimiento, tales como
las residencias.
Es mezclado con lignosulfonato de amonaco e inyectado en
arcillas expansivas para tratar qumicamente la
arcilla y reducir dramticamente su afinidad por el agua.
Usualmente es inyectado antes de la construccin de estructuras
altamente sensibles, as como a travs de
los pisos de estructuras existentes para reducir la elevacin en
curso.
Metodologa
Diversas condiciones se combinan para hacer de la inyeccin de
agua una tcnica efectiva.
La cantidad de agua que absorbe la arcilla se dicta por el ion
predominante localizado en el espaciamiento
entre las partculas de arcilla.
Al cambiar el ion predominante, el comportamiento del sistema de
arcilla/agua puede ser alterado.
El potasio y el amonaco son iones que pueden satisfacer la
energa potencial de las partculas de arcilla y
no tienen una hidratacin excesiva.
La Inyeccin de Cal/Ceniza Suelta es la mezcla de cal y ceniza
suelta en una lechada y su inyeccin en
suelos de poca fuerza para mejorar la capacidad de soporte y
transitabilidad.
En suelos menos reactivos, tambin se usa Geocem para mejorar la
fortaleza del suelo.
Geocem es una mezcla de 80% de piedra caliza de base fina y 20%
de clnker de cemento Portland. Estos
dos materiales son inyectados para mejorar las condiciones
debajo de los subsuelos de las vas frreas,
pavimentos y rellenos sanitarios.
Se usa para tratar arcillas y cienos de menor fortaleza para
mejorar la capacidad de soporte disminuyendo
el contenido de humedad e incrementando la densidad seca y la
fortaleza de corte.
Se usa para tratar problemas de subsuelos de vas frreas en
rellenos altos. Tambin se usa para mejorar
las condiciones de subsuelos en estructuras de pavimento tales
como carreteras y puentes.
Metodologa
Cuando la cal/ceniza suelta es inyectada en una arcilla o cieno
de baja fortaleza, esta desplaza el agua que
est atrapada en el suelo.
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Despus, el material reaccionar qumicamente con el suelo,
resultando en mayores incrementos en la
fuerza de corte.
Al inyectar cal/ceniza suelta o Geocem, es posible disminuir el
contenido de humedad del suelo y mejorar la densidad seca, lo que
contribuir con la fortaleza de corte.
Estabilizacin con cal por mtodo de perforaciones
Esta tcnica consiste bsicamente en perforar huecos en la
subrasante y llenarlos con una lechada de cal o
una mezcla de cal y arena. Una vez se llenan los huecos, la cal
emigra o se difunde en el estrato de suelo
inicindose las reacciones suelo-cal.
La experiencia ha demostrado que las reacciones se producen en
la periferia del hueco y en el fondo del
mismo, pero se logra una reduccin en el potencial expansivo
debido al efecto de pre-humedecimiento y a
la liberacin de esfuerzos alrededor de la perforacin.
Lechadas de cal inyectadas a presin
Con el objeto de lograr una mayor distribucin de la cal en
las
subrasantes expansivas, se ha desarrollado la tcnica de
inyecciones a
presin. La tcnica consiste en inyectar las lechadas con cal a
presiones
del orden de 14.0 Kg/cm2r dependiendo de las condiciones del
suelo la
tubera de inyeccin se penetra en ste, aproximadamente, 30 cms y
la
lechada se prepara con 1 a 5 kgs de cal por galn de agua, la
inyeccin
se hace hasta que el suelo rechace la lechada.
La experiencia ha demostrado que con este sistema se logran
buenos resultados si el suelo expansivo tiene
un extenso sistema de fisuras y grietas a travs del cual la
lechada pueda ser inyectada eficientemente. El
mayor beneficio de este tipo de tratamiento se obtiene tambin
por el pre-humedecimiento producido, la
barrera de humedad formada por el suelo cal y a las limitadas
cantidades del suelo que ha reaccionado
producindose la estabilizacin.
Estabilizacin con cal por el Mtodo Deep-plow
La tcnica consiste en remover un espesor aproximado de un pie
antes de regar la cal, posteriormente se
riega la cal necesaria para la estabilizacin, se mezcla la cal
con el suelo con tres pasadas del plow hasta una
profundidad de dos pies, se esparce agua sobre la mezcla seca en
la va, se hace un mezclado final con un
ripper profundo, se efecta una compactacin inicial del espesor
de dos pies del material estabilizado en
una sola capa, utilizando un equipo de compactacin pata de cabra
o un rodillo pata de cabra vibratorio, la
compactacin final se efecta utilizando 6 pasadas con un rodillo
de 70 toneladas de peso.
Esta tcnica permite estabilizar con cal y compactar en forma
adecuada espesores de 60 a 90
cms. Experiencias sobre la utilizacin de este mtodo indican que
se logran densidades superiores al 95%
del AASHTO-99 y que la distribucin de la cal es homognea en los
primeros 40 cms y menos en los
restantes 20 cms.
Columnas de grava o arena
Vibrosustitucin (Vibroflotacin por va hmeda)
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Este procedimiento es aplicable en
el caso de suelos blando cohesivos
en los que las paredes laterales del
hueco practicado por el vibrador
no resultaran auto-estables, o en
el caso de que el nivel fretico de
encuentre alto y sea preciso
penetrar bajo l. El rango habitual
de resistencias al corte sin drenaje
del terreno para que este tipo de
tratamiento sea aplicable oscila
entre 20 y 50 kPa, llegando
ocasionalmente a 15 kPa.
El vibrador penetra en el suelo por efecto de su peso propio y
la vibracin, ayudando por unas lanzas de
agua situada en la punta y en la parte superior del aparato. El
flujo continuo de agua facilita el
mantenimiento de la estabilidad del hueco practicado en el suelo
y el arrastre y evacuacin del detritus
generado. Adicionalmente el agua permite refrigerar el motor, lo
que puede ser un factor relevante en el
caso de motores elctricos.
Vibrodesplazamiento (Vibroflotacin por va seca)
Cuando los suelos (cohesivos) a tratar son estables, no
sensitivos, y cuando el nivel fretico se encuentra
suficientemente bajo, se puede emplear este mtodo para la
formacin de columnas de grava compactada.
La ventaja fundamental de este procedimiento con respecto al de
va hmeda deriva de que el empleo de
las lanzas de agua para ayudar en la penetracin y estabilizacin
del agujero practicado no es necesario.
Para ello es preciso lgicamente
que el hueco abierto con el
vibrador sea auto-estable, lo que
a su vez obliga a contar con una
suficiente resistencia al corte sin
drenaje del suelo natural, que ha
de sustituirse al menos entre 30
y 60 kPa. En este mismo sentido,
el nivel fretico ha de
encontrarse suficientemente
profundo, por debajo de la
mxima profundidad de
tratamiento.
Empleo de vibroflotadores especiales
Con el fin de paliar los inconvenientes asociados al empleo de
grandes cantidades de agua, varias empresas
especializadas han desarrollado vibroflotadores especiales con
los que se pueden ejecutar columnas por va
seca (o con muy poca adicin de agua) en terrenos muy blandos, no
auto-estables, o en zonas de nivel
fretico elevado.
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Lo que distingue a este tipo de vibroflotadores especiales es
el
hecho de poder efectuar el vertido de la grava directamente
por
la punta del aparato, bien sea a travs de un hueco central en
el
mismo, bien a travs de un tubo adicional abosado
lateralmente
al vibroflotador.
El proceso a seguir es anlogo al vibrodesplazamiento. As, el
vibrador penetra en el terreno por su propio peso, ayudando
por
la vibracin y por lanzas de aire comprimido situadas en la
punta.
El mismo vibrador, que no se retira, sirve de revestimiento de
la
perforacin, con lo que el hueco practicado se puede mantener
estable.
Otros procedimientos
Si bien las tcnicas especficas de Vibroflotacin hacen uso de
vibradores o vibroflotadores especiales, obviamente es
posible
construir columnas de grava (o de arena) mediante otros
procedimientos ms o menos convencionales.
Resulta interesante destacar en cualquier caso que en Japn se
ha
desarrollado y empleado con enorme profusin el procedimiento
basado en la hinca de una tubera mediante un vibrador pesado
en
cabeza. En este caso el relleno por el interior del tubo se
efecta
empleando arena en lugar de grava, que se densifica y se imbrica
con el
terreno natural mediante sucesivos descensos y elevaciones de
la
tubera de revestimiento manteniendo la vibracin.
Fundaciones superficiales en suelos expansivos
Las cimentaciones superficiales son aquellas que se apoyan en
las capas superficiales o poco profundas del
suelo, por tener ste suficiente capacidad portante o por
tratarse de construcciones de importancia
secundaria y relativamente livianas.
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En resumen las Cimentaciones Superficiales reparten la fuerza
que le transmite la estructura a travs de sus
elementos de apoyo sobre una superficie de terreno bastante
grande que admite esas cargas.
Se considera cimentacin superficial cuando tienen entre 0,50 m.
y 4 m. de profundidad, y cuando las
tensiones admisibles de las diferentes capas del terreno que se
hallan hasta esa cota permiten apoyar el
edificio en forma directa sin provocar asientos excesivos de la
estructura que puedan afectar la
funcionalidad de la estructura; de no ser as, se harn
Cimentaciones Profunda.
Esta clase de fundaciones, ms comnmente denominadas como zapatas
o patines, pueden ser
implementadas con xito sobre subsuelos conformados por
materiales expansivos, siempre que se cumpla
al menos uno de los siguientes requisitos:
- La presin aplicada, debido a las cargas permanentes, resulte
suficiente como para contrarrestar la
presin de expansin.
- La superestructura tenga el grado de rigidez necesario como
para que una expansin diferencial no cause
fisuras o grietas en los elementos resistentes.
- El efecto expansivo pueda ser eliminado o al menos reducido de
manera de evitar o mitigar los
desrdenes (ya sean stos de carcter resistente, funcional o
ambos).
Zapatas corridas
Como se sabe, es la tipologa ms comn de fundacin
superficial para estructuras livianas. Es claro, en
consecuencia, que para prevenir el efecto de la
expansin se vuelve necesario concentrar la presin
aplicada, lo que deriva en minimizar el ancho de la
zapata.
Por lo tanto el uso de zapatas corridas debera limitarse
a suelos de bajo grado de expansin, por ejemplo en
general inferior al 1%, medido en el ensayo de
expansin libre.
Sin embargo, el uso de fundaciones alternativas, al caso
pilotes, puede ser antieconmico y por ello en
muchas situaciones se aceptan daos menores (como fisuras en
paredes y techos), cuyos costos de
reparacin resultan inferiores a los de un sistema de fundacin
diferente.
Una variante, cuando no es factible cambiar el sistema de
fundacin, es implantar las zapatas a
profundidades mayores, esto es a salvo de la capa de suelo donde
las variaciones en el contenido de
humedad son mayores (al menos 1,50 a 2,00 m por debajo del nivel
del terreno natural). Esta ubicacin
reduce y limita adems los desplazamientos diferenciales.
En general, se sugiere a las zapatas corridas como una
alternativa en principio vlida cuando:
El subsuelo no es altamente expansivo (bsicamente illita en vez
de montmorillonita)
Es poco probable que se verifique un ascenso del nivel
fretico.
No hay disponibilidad de fundar con pilotes.
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La superestructura est conformada por madera.
Una variante a veces empleada es la fundacin en cajn, esto es
una estructura de hormign
fuertemente armada, cuya altura media es del orden de 2,00 m. Es
notorio que este tipo de fundacin
protege a la estructura de eventuales fisuraciones derivadas de
expansiones diferenciales. En estos casos,
no deben existir discontinuidades a nivel de la superestructura,
que introduzcan puntos dbiles. En
especial, en estructuras complejas, se sugiere agregar juntas
para separarlas en dos o ms mdulos. Cada
mdulo actuar entonces en forma independiente y los
desplazamientos diferenciales podrn absorberse
en las juntas.
Zapatas aisladas
Como es sabido, este sistema consiste en una serie de zapatas
apoyadas sobre las capas superiores del
subsuelo, conectadas entre s por vigas de fundacin. Como en el
caso de las fundaciones indirectas o
profundas, la carga de la estructura es trasmitida al suelo en
forma concentrada en diferentes puntos; la
diferencia es que naturalmente en este caso la descarga se
realiza en las capas superiores del terreno y no
se involucra la resistencia lateral por friccin.
El uso de este sistema puede ser ventajoso cuando:
El techo de roca o el estrato resistente es
profundo y no puede ser econmicamente
alcanzado por pilotes.
Las capas superiores del suelo poseen un
potencial expansivo moderado.
La capacidad portante de las capas superiores es
relativamente alta.
Existe nivel fretico o capas blandas que impiden
el uso de pilotes trabajando por friccin.
En el caso de un suelo expansivo, si la presin aplicada es mayor
que la presin de expansin (para cambio
de volumen nulo) no deberan observarse desplazamientos debidos a
esta causa.
En general puede decirse que la magnitud de la presin aplicada
est limitada por la capacidad portante del
suelo de fundacin y es funcin del coeficiente de seguridad
adoptado (usualmente entre 2 y 3). Por lo
tanto, considerando los valores habituales de tensiones
admisibles para suelos arcillosos de Formacin
Libertad (1,0 a 2.0 kg/cm2), este sistema de fundacin slo podr
aplicarse en suelos con potenciales
expansivos medios (1 a 5% de expansin libre y presin de expansin
en el rango de 1 a 2 kg/cm2).
Para permitir en estos casos la concentracin de tensiones
aplicadas en las zapatas individuales se requiere
descalzar las vigas de fundacin, esto es dejar un espacio vaco
bajo stas.
De todas formas, algunos investigadores como Peck entre otros,
han sealado adems que la expansin del
suelo slo se puede impedir en una zona localizada bajo la zapata
donde se concentran las tensiones
inducidas por la fundacin.
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Congelacin de suelos
A la hora de realizar una excavacin y conseguir estabilizar
el
suelo, aunque sea de forma provisional, una posibilidad
consiste en congelar el suelo, especialmente cuando stos
son blandos y estn saturados. Ello permite disponer de una
pared provisional que impide el desmoronamiento del
terreno.
El estudio de la congelacin artificial del suelo precisa
conocimientos en relacin con las tcnicas de congelacin
existentes, as como de las propiedades trmicas y
geotcnicas del terreno. Como es fcil de entender, este
procedimiento constructivo requiere la presencia
de empresas altamente especializadas.
Fundamento terico
La congelacin del terreno con el fin de conseguir su
estabilizacin temporal es una tcnica antigua
empleada ya en minera desde mediados del siglo pasado. Se basa
en la transformacin del agua intersticial
en hielo, que en ese estado acta como elemento aglutinante de
las partculas que componen el suelo.
Se consiguen as dos efectos, por una parte un aumento de la
resistencia del terreno y por otra una
completa impermeabilidad que facilita durante un tiempo las
condiciones de excavacin. Pero al mismo
tiempo, tambin se alteran otras condiciones geotcnicas que
pueden afectar a estructuras contiguas a la
obra, que en el proyecto previo han de ser estudiadas
cuidadosamente.
Aplicabilidad
La congelacin es adecuada en una gran variedad de suelos,
incluso en casos donde las inyecciones y otros
mtodos no pueden ser utilizados. El requisito que plantea es la
necesidad de que los suelos estn
saturados de agua, ya que de lo contrario el mtodo no mejora las
caractersticas del terreno.
Sistemas de congelacin
El procedimiento general se aplica instalando en torno al
bloque de suelo que se quiera estabilizar, un conjunto de
tubos o sondas de congelacin por las que habr de
circular la sustancia refrigerante, con la disposicin y
separacin entre sondas que aconsejen las condiciones
de obra (profundidad de excavacin, planta, etc.) y el
terreno.
Como sustancias refrigerantes pueden emplearse
salmueras (frecuentemente de cloruro clcico), anhdrido
carbnico, o nitrgeno lquido, todas ellas con el mismo
fundamento fsico: la capacidad de absorcin de calor de
estas sustancias, al pasar de lquido a gas.
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La instalacin es diferente, segn el elemento refrigerante sea
recuperado (circuito cerrado) o no (circuito
abierto). En el primer caso, ha de establecerse un circuito
cerrado como el que se muestra en la figura. El
fluido en forma lquida, pasa por los tubos refrigerantes y al
evaporarse a travs de ellos absorbe caloras
del terreno. Conseguido este efecto, la sustancia en forma de
gas se hace pasar por un compresor que en
combinacin con un sistema refrigerador lo licua a baja
temperatura, y despus es conducida a un
depsito, en el que es almacenada en forma lquida a alta presin.
Desde este depsito el caudal ser
bombeado de nuevo a las sondas refrigerantes para ser
reutilizado en un nuevo recorrido a travs del
circuito cerrado de congelacin.
Cuando la congelacin se aplica sin recuperar la sustancia
refrigerante, sta (normalmente nitrgeno
lquido), es transportada a pie de obra en camiones cisterna y
desde ellos es bombeada a baja temperatura
( -196 C), directamente hacia las sondas o tubos congeladores de
la instalacin: el fluido, despus de
pasar a travs de las sondas, ya evaporado es dirigido hasta el
final del circuito, en este caso abierto, del
cual sale a la atmsfera en forma de gas a unos -60 C de
temperatura.
Este sistema resulta ms caro que el anterior por no recuperarse
la sustancia refrigerante, pero los efectos
de congelacin que se consiguen en la prctica son ms rpidos.
Existe la opcin de utilizar un procedimiento mixto, consistente
en combinar la capacidad frigorfica del
nitrgeno lquido, para efectuar la congelacin del terreno de
forma rpida, y la economa de la salmuera,
para el mantenimiento durante los trabajos de excavacin y
ejecucin de la estructura. Para ello, los
circuitos de sondas deben estar separados de forma que se puedan
utilizar ambos procedimientos.
Condiciones de ejecucin
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La eleccin del procedimiento y medios de congelacin ms
efectivos, requiere el estudio del terreno y de
la obra en tres etapas:
Estudio de viabilidad
Eleccin del sistema
Ejecucin y control
El objeto del estudio de viabilidad es decidir en primer trmino
si la congelacin es factible, con o sin
medidas correctoras del terreno y en el primer caso definir qu
tipo de medidas deben adaptarse.
Como es lgico, es esencial partir de un buen conocimiento
hidrogeolgico del terreno y de todo el entorno
al que pueda afectar el proceso de congelacin. En este estudio
tienen especial inters los parmetros
trmicos del suelo, y los geotcnicos antes y despus de la
congelacin, y en las situaciones intermedias.
Es importante conocer el volumen y las condiciones del agua que
pueda estar en contacto con la masa
congelada, por la aportacin de calor que puede proporcionar y
por los efectos producidos por la velocidad
de circulacin: a partir de velocidades de 1,5 2 m/da si no es
con nitrgeno lquido la congelacin no es
factible; con velocidades mayores los tratamientos previos de
inyeccin por su eficacia y por su escasa
incidencia econmica, pueden ser un buen medio corrector. En
general los procesos de congelacin son
ms viables en suelos saturados pero tambin son aplicables en
suelos con grados muy bajos (10 %) de
saturacin.
Con las conclusiones del estudio de viabilidad debe decidirse el
sistema de congelacin y la forma y
disposicin de los tubos que mejor se adapten a las condiciones
del terreno y del espacio disponible. Si la
obra lo permite, se suele recurrir a superficies cilndricas
(circulares o elpticas) para que los esfuerzos que
se produzcan sobre el bloque congelado sean principalmente de
compresin.
El anlisis trmico previo del bloque a congelar es esencial para
decidir:
La disposicin ms favorable de las sondas
La potencia del equipo de congelacin y
El tiempo de funcionamiento que es necesario para conseguir la
temperatura de congelacin
prevista.
En este tratamiento es muy importante el control de temperaturas
en el interior del suelo congelado
mediante la disposicin de sondas termomtricas. As, puede
controlarse cmo progresa la formacin del
muro, adems de vigilar su evolucin durante la fase de excavacin,
establecer los periodos de
mantenimiento y fijar la potencia frigorfica necesaria en funcin
de la respuesta trmica del suelo y la
transmisin de calor a travs del paramento excavado.
La resistencia de un suelo congelado est definida como en
cualquier otro, por la cohesin y el ngulo de
rozamiento. Pero estos parmetros en este caso, varan en funcin
de la temperatura y del tiempo con
leyes diferentes no slo en funcin de la composicin del suelo
sino tambin de la duracin de la carga
aplicada.
Ventajas y limitaciones
-
Las ventajas del tratamiento de congelacin del terreno radica en
la posibilidad de ahorro de tiempo y de
coste frente a problemas de presencia importante de agua en
excavaciones bajo el nivel fretico, adems
de en la amplia variedad de suelos donde puede aplicarse. Como
limitaciones destacan la alta
especializacin que precisa su aplicacin y su elevado coste, por
lo que no es muy utilizado en Espaa.
Tambin hay que apuntar como inconvenientes que, en el caso de
gravas, con cierta velocidad del agua
sublvea, la congelacin se hace complicada y necesitara alguna
inyeccin complementaria. Tampoco es
despreciable el asiento producido tras la descongelacin del
suelo.
Soluciones para suelos colapsables
Prehumedecimiento
Significa que el suelo es humedecido antes de que la estructura
sea construida, de tal manera que el
asentamiento debido al colapso sea pequeo o despreciable despus
de que la estructura se construya. El
agua puede introducirse cerca de la superficie por medio de
estancamientos, trincheras o ambos. Los pozos
de infiltracin pueden usarse para la aceleracin de la distancia
del agua hasta cierta profundidad y
controlar la zona con ms presin. Esta tcnica generalmente se
emplea bajo el peso de sobrecarga
solamente, pero una sobrecarga puede ser usada y despus retirada
cuando ya se haya estabilizado la
precarga.
Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por
compactacin
Compactacin dinmica
Este mtodo es adecuado para compactar mantos de suelos
colapsables superficiales con espesores menores a 3,50
metros. El mtodo consiste en dejar caer en cada libre desde
una altura de 4 a 8 metros, pilones de 3 a 8 Ton. sobre la
superficie del terreno, a razn de 10 a 16 impactos en cada
lugar (Abelev y Abelev, 1979). El impacto genera una rotura
de
la estructura del suelo, un aumento de la presin de poros y
una compresin del aire presente en los poros, produciendo
un reacomodamiento de las partculas, dando como resultado una
estructura ms compacta. Segn
Malyshev et al (1983) el contenido de humedad del suelo juega un
papel importante, logrndose la mxima
eficiencia con un contenido de humedad cercano al Lmite Plstico.
Si el contenido de humedad es menor a
ste, es necesario humedecer el espesor de suelo de modo
de alcanzar una mejor eficacia. Varios son los factores que
controlan los resultados del mtodo, as por ejemplo el
espesor compactado es funcin principalmente del peso y del
dimetro del piln. En tanto el grado de compactacin est
controlado por el nmero de impactos y la humedad del
suelo. El grado de compactacin no es uniforme a lo largo de
todo el espesor compactado, logrndose la mxima
densificacin a 1,2 a 1,5 veces el dimetro del piln. Sin
-
embargo, se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a
1,6 t/m3
en espesores de 2,5 a 3,5 m., lo
cual en la mayora de los casos es suficiente para disminuir o
anular la susceptibilidad al colapso del suelo.
Una variante a este mtodo es realizar la compactacin solamente
en los lugares donde actan las cargas y
no en toda el rea de la construccin. Por ejemplo, en casos de
fundaciones de muros de carga o fundacin
de columnas, el mejoramiento del suelo se logra densificando la
zona de influencia del bulbo de presiones,
o sea la zona donde los incrementos de presin pueden hacer
colapsar el suelo.
Compactacin por medio de pequeos pilotes piramidales
En cierta forma este mtodo es una variante del mtodo anterior.
Consiste en hincar un pilote piramidal de
3 a 4 metros de longitud, con una seccin transversal superior de
60 x 60 a 70 x 70 cm., y una seccin
transversal inferior de 10 x 10 cm. Una vez retirado el pilote
la cavidad se rellena con hormign. Este tipo
de metodologa da excelentes resultados en reas en donde existe
un espesor de suelos potencialmente
colapsables (no autocolapsables) de 3,0 o 4,0 m de profundidad,
pero que colapsarn si estn sometidos a
los incrementos de carga transmitidos por las construcciones.
Una de las ventajas del mtodo es la
completa mecanizacin de todas las operaciones. Una variante a
este mtodo consiste en realizar la hinca
sobre una capa de piedra partida, dando como resultado un bulbo
de suelo compactado alrededor de la
capa de piedra, mejorando la capacidad de carga por la punta del
pilote as construido.
Compactacin por pilotes de suelo
Este es uno de los mtodos ms usuales para
compactar espesores importantes (18 a 20 m.) de
suelos lossicos susceptibles al colapso. El
procedimiento consta de dos partes: primero se realiza
la perforacin y segundo se llena la cavidad con suelo
compactado. La perforacin se realiza usualmente
mediante la hinca de un pilote metlico con base
ensanchada (1,5 veces). En otra metodologa de
reciente uso, la excavacin se hace de la siguiente
forma: se perfora hasta la profundidad deseada un
hoyo de 8 cm. de dimetro dentro del cual se coloca
una columna de explosivos, que luego de estallar crea
una perforacin de aproximadamente 0,80 m de
dimetro. Despus de efectuada esta perforacin
dinmica" la cavidad se rellena con suelo local, introducido en
tongadas de 100 a 200 Kg, que luego son
compactadas dinmicamente por medio de un til especial.
Concluidas ambas etapas quedan formadas
columnas de suelo compactado con un dimetro aproximado igual a
dos veces el de la perforacin. El grado
de compactacin va decreciendo a medida que se aleja del centro
de la columna, por tal motivo es
importante conocer esta ley de decrecimiento para disear
correctamente la cuadrcula de pilotes de suelo.
Al igual que en los otros mtodos, la eficiencia del sistema
aumenta en la medida que la humedad del suelo
natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al
Limite Plstico. Por tal motivo es usual que
previo a la perforacin se realice una humectacin del espesor de
suelos a compactar. Las densidades
alcanzadas son del orden de 1,70 a 1,80 t/m3
, que son suficientes para evitar el colapso por peso propio
y
permiten el use del espesor compactado como manto de
fundacin.
-
Compactacin por explosiones de gas
Esta relativamente nueva metodologa de compactar espesores de
suelos colapsables consiste en
introducir, a travs de una lanza de agua a presin, una cmara de
compresin que contiene una mezcla de
gas propano y oxgeno, la cual se va elevando a medida que se
producen una serie de explosiones de la
mezcla. De este modo se va generando una columna 1,20 1,40 m de
suelo compactado (Densidad de 1,50
t/cm3
) (Martemyanov et al, 1979).
Compactacin por humedecimiento (Hidrocompactacin)
En este caso se utiliza la propia susceptibilidad del suelo a
colapsar bajo peso propio. El mtodo ms
frecuente de realizar la humectacin o saturacin del terreno, es
a travs de infiltracin del agua desde la
superficie del terreno, para lo cual se efectan excavaciones
poco profundas (0,40 a 0,80 m) o bien se
construyen grandes estanques. En muchos casos a efectos de
acelerar el ingreso del agua al terreno se
construye dentro del estanque, drenes de arena convenientemente
espaciados. Este sistema ha sido
empleado ampliamente en varias partes del mundo, por ejemplo en
EE.UU. por Gibbs y Bara (1967) y
Clevenger (1956); en Rumania por Bally et al (1965,1969); en la
URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967);
en China por Lin y Liang (1982); y en Argentina por Moll et al
(1979). A pesar de su amplia utilizacin y su
bajo costo, el mtodo presenta una serie de inconvenientes:
aparicin de grietas de traccin en el contorno
del rea inundada; existencia de importantes deformaciones
posteriores al colapso; necesidad de
recompactar los 4 5 primeros metros utilizando otro tipo de
metodologa. La efectividad de este mtodo
se mejora sustancialmente si al mismo se lo combina con otro
mtodo de compactacin dinmica.
Compactacin por humedecimiento previo y por explosiones
profundas
Este mtodo fue desarrollado en la Unin Sovitica por Livinov
(1976) en la dcada de los 60. El espesor de
suelos a compactar es previamente humedecido a travs de un
sistema de drenes (cuadrcula de 3 x 3 a 5 x
5 m). Las cargas explosivas (5 a 7 Kg.) son colocadas en el
fondo de los mismos drenes o bien en tubos
metlicos colocados en perforaciones adicionales. La cuadrcula
con las cargas es aproximadamente de 4 x
4 m. En este procedimiento no es necesaria la completa saturacin
del suelo, que por ejemplo necesita el
mtodo anterior. Posterior al humedecimiento se hacen estallar
las cargas de toda un rea (2.000 a 50.000
m2
). La explosin genera una onda de choque que hace licuar la
estructura del suelo, lo cual permite un
reacomodamiento de las partculas y un crecimiento de la densidad
del suelo. En ciertos casos es
aconsejable la construccin de trincheras alrededor de la zona a
compactar a efectos de evitar la
propagacin de grietas fuera de ella. La explosin produce un
importante a inmediato asentamiento de la
superficie del terreno. Los asentamientos en general se
estabilizan al cabo de 3 4 semanas. Este tipo de
mtodo es aconsejable cuando se desea compactar grandes volmenes
de suelo, particularmente en
grandes complejos industriales o bien en obras
hidroelctricas.
Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por
modificacin de su granulometra
En este apartado se incluyen aquellos mtodos de estabilizacin
consistentes en la mezcla y posterior
compactacin de suelo colapsable con otros materiales (arena,
gravas) a efectos de conseguir mayor
resistencia y mayor rigidez. Este tipo de estabilizacin es de
amplio use en la ingeniera vial, en la
construccin de bases y de sub-bases.
-
Mtodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la
creacin de nuevos contactos
cohesivos
Inyecciones de agentes qumicos
Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de
estabilizaciones se han desarrollado principalmente
en la Unin Sovitica. Segn Mitchell (1981) la razn principal por
la cual estos mtodos no se han
extendido universalmente se debe principalmente a los altos
costos, frente a otros tipos de
estabilizaciones. Sin embargo, Esvtatiev (1988) da cuenta de la
existencia, en la URSS, de ms de 800
proyectos en donde se han utilizado satisfactoriamente p. ej. el
mtodo de silicatizacin). Esto ha permitido
un continuo mejoramiento de la tecnologa, una reduccin de los
costos y una abundante normativa en la
regulacin de su uso. El agente qumico ms utilizado, por su bajo
costo frente a otros agentes qumicos, es
el Silicato de Sodio. El mtodo consiste en inyectar en todo el
espesor de suelo a tratar, una solucin de
silicato de sodio dimetro con perforaciones de 3 mm protegidas
por un manguito de goma. La inyeccin se
realiza a una presin de 2,0 a 4,0 Kg/cm2 y una descarga de 48
litros por minuto (Zvyagin et al, 1978). La
silicatizacin del suelo es slo posible en un medio fuertemente
alcalino. Segn Sokolovic (1973) se logra
una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificacin con
carbonato de calcio. Luego de la inyeccin,
tres son los cambios que se observan en el suelo: un aumento
significativo de la resistencia a la compresin
(superior a 20 Kg/cm2
), una eliminacin de la susceptibilidad al colapso y una
disminucin de la
permeabilidad. Otro de los tratamientos con agentes qumicos es
la inyeccin de amonaco. La mejora en el
suelo es inferior al tratamiento por silicatizacin, adems
presenta la desventaja de ser un elemento txico
y su utilizacin requiere medidas especiales de proteccin
(Sokolovic, 1973).
Estas tcnicas se proyectan para aplicar cementacin y resistencia
a los suelos colapsables de tal forma que
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 extensin a la cual este
prehumedecimiento es efectivo en reducir asentamientos futuros
depende de la minuciosidad con que se
llev a cabo el humedecimiento y del porcentaje de esfuerzo total
debido a la sobrecarga. La inyeccin de
una solucin de silicato de sodio ha sido usada extensivamente en
la antes Unin Sovitica y en Bulgaria.
Esta tcnica se usa tanto para suelos colapsables secos, como
para suelos hmedos, que se espera se
compriman bajo el preso de estructuras que se colocarn sobre
ellos. Aunque parece que han sido
principalmente los suelos que han sido humedecidos, los que
mejor responden a esta tcnica, han sido
tambin usadas como una medida de remedio cuando un
humedecimiento parcial ha causado algo de
dao.
Esta tcnica consta de las siguientes fases:
Inyeccin de dixido de carbono para remover parcialmente el
contenido de agua presente, y tambin para
lograr una activacin parcial del suelo.
Inyeccin de una lechada de silicato de sodio.
Inyeccin de dixido de carbono para neutralizar el lcali.
Se logra con esto una modificacin del equilibrio qumico y la
formacin de un gel de slice cido. Un
resultado caracterstico de la reaccin, es el rpido
endurecimiento del gel que envuelve a las partculas de
suelo en la forma de una pelcula y logra cementarlos,
convirtiendo as al suelo en una masa monoltica
-
dura que tiene una permeabilidad relativamente baja. La inyeccin
de amonio ha sido tambin usada en los
suelos hmedos; sin embargo, el efecto de estabilizacin es mucho
menor al efecto causado por el silicato
de sodio, adems el uso de amonia es peligroso.
Estabilizacin trmica
Esta tcnica comenz a desarroIlarse en la URSS en la dcada de los
aos 50, y ha sido utilizada
exitosamente en un importante nmero de emprendimientos. Segn
Esvtatiev (1988) la aplicacin de este
mtodo es tcnica y econmicamente aconsejable en los siguientes
casos: a) en la estabilizacin de
fundaciones existentes de estructuras altas como chimeneas,
tanques de agua; b) en la paralizacin de los
asentamientos en construcciones existentes, provocados por el
colapso del suelo. Las propiedades de los
minerales arcillosos cambian cuando stos son sometidos a altas
temperaturas, lo cual genera un aumento
importante de la resistencia y por ende la eliminacin de la
susceptibilidad al colapso del suelo. La
tecnologa ha ido variando y mejorando su eficiencia a lo largo
de estas dcadas. No obstante la variedad
de mtodos, casi todos ellos consisten en la introduccin de un
quemador de fuel o gas dentro de un pre
pozo de 0,20 metros de dimetro, con una presin de aire de 2,0 a
3,0 Kg/cm2
. De esta forma al cabo de 10
a 15 das se consigue una columna estabilizada de suelo de 2,0 a
3,0 metros y una profundidad de 10 a 15
metros (Beles y Stanculescu, 1958).
Estabilizacin mediante mezclado mecnico con agentes
cementantes
El objetivo de este tipo de estabilizacin es la creacin de
columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y
rigidez, que permitan la transferencia de las cargas a mantos ms
profundos y estables. Varios son los
mtodos constructivos que 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.
1. La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en
superficie. En este caso la excavacin se puede
realizar bien utilizando la tcnica constructiva empleada en los
pilotes de suelo (hinca), o bien usar tcnicas
usuales de perforacin. La mezcla del suelo con el agente
cementante (preferentemente Cemento
Portland) puede ser fluida (suelo cemento plstico) a
introducirse dentro de la excavacin en forma de
pastones; o bien mezclar el suelo y el cemento con porcentaje de
humedad ptimo a introducirlos en la
perforacin en tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente
son compactadas dentro de la misma
excavacin. Por lo tanto existen cuatro variantes segn sea el
tipo de excavacin y el tipo de mezcla.
2. La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo
proceso de perforacin. En este caso la mezcla
del agente cementante se realiza con el propio suelo. La mezcla
puede realizarse mediante tiles especiales
que van mezclando el suelo con una lechada de cemento o bien
usar la tcnica del jet grouting mediante un
chorro de lechada a alta presin.
Mtodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo
colapsable por suelo no
colapsable
Este tipo de estabilizacin 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. As, una parte del suelo
colapsable superficial, ubicado directamente
debajo de las fundaciones, es excavado, extrado y reemplazado
por otro material ms competente. Los
materiales generalmente utilizados son los siguientes: el mismo
suelo extrado, compactado y
-
eventualmente estabilizado granulomtricamente; arena compactada
o suelo cemento compactado. La
eleccin del tipo de material est condicionada generalmente por
variables tcnico econmicas. Los
espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo
del tipo de cargas y de las caractersticas
del proyecto. Por ejemplo en algunos proyectos, los
condicionantes pueden ser los asentamientos
diferenciales (edificios), en cambio en otros (canales), no slo
importa disminuir la probabilidad que se
produzca el colapso, sino tambin lograr una capa de suelo ms
impermeable. Este tipo de metodologa ha
sido utilizada con xito en numerosos pases y en innumerables
tipos de obras. Tambin es frecuente el
empleo de esta metodologa en forma conjunta con otro tipo de
estabilizacin profunda, cuando se
presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores
muy dispares.
Medidas conducentes a evitar la iniciacin del colapso
Arriba, se sealaron los tipos de humedecimientos, que segn
Goldstein (1969), pueden presentarse en una
masa de suelo:
a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones
hidrulicas o infiltraciones de aguas de lluvia;
b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o
efluentes industriales;
c) ascenso del nivel fretico;
d) aumento gradual y lento del contenido de humedad, por
condensacin del vapor de agua, provocados
por condiciones ambientales.
Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos,
principalmente los primeros, pues en
general stos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones
de la misma construccin. En cambio los
otros tipos de humedecimientos estn condicionados por factores
externos al proyecto, como por ejemplo
puede ser el ascenso del nivel fretico o la rotura de un canal
cercano y ajeno al proyecto. La accin del
proyectista debe estar encaminada principalmente a impedir,
dentro de los lmites del proyecto, la
generacin de estos humedecimientos provocados por elementos de
la propia construccin. Robinson y
Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de proteccin
contra el humedecimiento de edificios:
a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a
la construccin, de modo que no se
produzcan embalsamientos de agua en las cercanas de las
fundaciones y que cualquier prdida de agua
pueda ser eliminada con rapidez.
b) Canalizacin de todos los desages de techos y patios hacia el
exterior de la construccin.
c) Instalacin de membranas impermeables o pavimentacin de la
superase que rodea a la construccin, de
modo de limitar la infiltracin de agua en el suelo adyacente a
las construcciones.
d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales
dentro de conductos de fcil acceso, a efectos
de detectar posibles prdidas.
Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de
control y mantenimiento durante la vida til
de la obra, de manera que peridicamente se realicen inspecciones
a las instalaciones y puedan detectarse
prdidas o daos en las mismas. Tambin es aconsejable que los
propietarios de la obra conozcan
perfectamente los riegos a que est expuesta la misma, de modo
que su actividad y/o descuidos no inicie
procesos de humedecimiento del terreno.
-
Las medidas de proteccin, en otros tipos de obras civiles
(canales o caminos), tienen la misma filosofa, es
decir, elementos de proteccin que impidan o dificulten la
entrada del agua en el terreno de fundacin. As
por ejemplo, en las obras lineales se debe prestar una especial
atencin al diseo del sistema de
alcantarillado y de desages. En algunos casos, estas obras
suelen seguir parcialmente las curvas de nivel
del terreno, convirtindose en verdaderas presas que impiden el
natural escurrimiento de las aguas,
provocando la acumulacin de agua en su entorno, lo que genera un
humedecimiento generalizado del
terreno de fundacin con los consecuentes daos en la obra.
Es frecuente que en ciertos tipos 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 que la utilizacin de
tcnicas de mejoramiento o fundaciones profundas resultan
prohibitivas. En realidad la mayora de las
obras aludidas se construyen admitiendo el riesgo de un posible
colapso del terreno. El buen
comportamiento que han tenido la mayora de ellas se debe
fundamentalmente a que no se ha producido
ningn tipo de humedecimiento. En contraste, los daos son serios
en aquellas obras que los han sufrido.
Por todo ello, es un deber de los investigadores a ingenieros
buscar nuevas soluciones econmicas que
permitan disminuir los riesgos, y por ende los daos en este tipo
de obras. Uno de los caminos en tal
sentido, es el estudio de estructuras que absorban o minimicen
los posibles asentamientos diferenciales
provocados por el humedecimiento localizado del suelo sin un
aumento excesivo de los costos.
Estructuras y/o fundaciones que admiten y resisten los fenmenos
provocados por el colapso
El anlisis de este apartado se centrar principalmente en el
estudio de las fundaciones superficiales en
suelos potencialmente colapsables, ya que el otro gran grupo de
soluciones: fundaciones profundas
mediante pilotes, ser objeto de un examen detallado en los
apartados siguientes.
La lista de estructuras que se asientan directamente sobre
mantos de suelos potencialmente colapsables es
amplia, entre ellas pueden sealarse: viviendas unifamiliares,
construcciones transitorias, galpones, ductos
enterrados, canales, caminos, etc.
Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser
divididas en dos grupos:
a) Fundaciones rgidas, utilizadas principalmente en estructuras
livianas y con cargas puntuales, por
ejemplo, torres de lneas de alta tensin, columnas de naves
industriales o depsitos. En general, este tipo
de estructuras tienen algunos rasgos comunes, como son por
ejemplo: cargas verticales bajas, cargas
horizontales importantes, y en general suelen aceptar
asentamientos admisibles mayores.
b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal, en este caso se
trata de estructuras con cargas lineales (muros
de carga, canales, etc.) con baja rigidez en el sentido de las
cargas. Este tipo de estructuras son sensibles a
humedecimientos localizados del terreno que generan asientos
diferenciales importantes. En general, las
medidas que suelen tomarse para disminuir los efectos de los
asientos diferenciales son las siguientes:
diseo de elementos que rigidicen la estructura (Clemence Y
Finbarr, 1981), y el diseo de elementos
constructivos que eviten la introduccin del agua en el terreno,
sealados anteriormente.
Vibroflotacin
El uso de Vibroflotacin para suelos colapsables es esencialmente
el mismo que se emplea para suelos
arenosos sueltos, una sonda vibratoria es hincada a chorros en
el lugar y despus se introduce grava o
-
arena a lo largo del sitio. Se logra a travs de
prehumedecimiento, as como el reforzamiento y rigidez
debido a las columnas de roca que se forman.
Voladuras profundas combinadas con prehumedecimiento
El suelo colapsable es prehumedecido a un grado de saturacin del
orden del 80% o ms, luego una
voladura profunda sencilla se emplea para romper la estructura
del suelo, de tal manera que se densifique
completamente bajo su propio peso.
Otra forma difiere en que la perforacin se usa para formar una
zona compactada (alrededor de la
perforacin) por medio de la accin de un conjunto de cargas de
voladuras simultneas, las cavidades
formadas son primeramente rellenadas con agua, despus arena y
grava.
Humedecimiento controlado
Difiere a la de prehumedecimiento en que es ejecutada con la
estructura en el lugar. El humedecimiento
Debe ser cuidadosa y progresivamente con un monitoreo
concurrente de la posicin de la estructura para
asegurar que los movimientos diferenciales permanezcan dentro de
los lmites tolerables, als cantidades de
agua deben ser aproximadamente medidas y agregadas en
incrementos. El humedecimiento deber ser
hecho antes de que las conexiones estructurales sensitivas
fueran instaladas y tambin antes de que los
componentes, tales como vidrios de ventana, mosaicos y azulejos
sean colocados. Idealmente la primera
etapa del humedecimiento sera completada antes de que la
estructura fuera construida, esta tcnica
podra tambin ser usada como una medida de remedio o arreglo para
renivelar la estructura que ha
experimentado humedecimiento diferencial y su consecuente
asentamiento diferencial.
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