7. MEJORA DEL TERRENO - · PDF filela capacidad portante del pilote, con el consiguiente...

7. MEJORA DEL TERRENO

7.1 GENERALIDADES

Las técnicas de mejora de terrenos comenza-ron a utilizarse para aumentar la capacidad por-tante o estabilizar terrenos de tipo granular. Pos-teriormente, algunos de estos métodos ampliaronsu campo de aplicación a terrenos cohesivos, detal modo que variaban los metodos de ejecu-ción, pero se continuaba utilizando la misma ma-quinaria.

En el campo de los cimientos, existen algu-nos casos en los que la solución más adecuadatécnica y económicamente consiste en la actua-ción previa sobre el terreno, mejorando su capa-cidad portante, reduciendo su deformabilidad, oconsiguiendo simultáneamente ambas cosas.

Pueden citarse como ejemplos los siguientes:• Cimientos profundos con pilotes de longi-

tud superior a 25 m; esta solución puederesultar aún más costosa si las cargas asoportar son pequeñas, debido a que seorigina un aprovechamiento deficiente dela capacidad portante del pilote, con elconsiguiente incremento del coste de la to-nelada soportada.

• Cargas de gran entidad en soleras de gran-des almacenes o naves industriales, queexigirían cimentar la solera sobre pilotes,

o construir una losa armada en sustituciónde aquella, con un aumento considerabledel coste.

• Construcciones ligeras en las que un ci-miento profundo puede alcanzar, en oca-siones, un coste superior al del resto de laconstrucción.

En estos casos conviene tener en cuenta lastécnicas de mejora de terrenos, analizando losdistintos métodos disponibles y utilizables, queprincipalmente son los siguientes:

• Sustitución y vibrocompactación• Precarga• Compactación dinámica• Sustitución dinámica (”puits ballastes”)• Vibroflotación y vibrosustitución• Inyecciones• “Jet grouting”• Otros tratamientos

Otros términos que también se empleancuando se habla de mejora de terrenos son losde “compactación” y “consolidación”. Por com-pactación se entiende el aumento de la densi-dad de un terreno en un tiempo reducido (veloci-dad rápida), mientras que la consolidación es elaumento de la densidad de un terreno de mane-ra lenta.

550 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS

El método de sustitución es viable económi-camente cuando el espesor de sustitución es mo-derado (igual o menor de 3 m, por ejemplo).

Si la sustitución se realiza bajo el agua elprocedimiento se lleva a cabo eliminando conuna dragalina el material deficiente y vertiendoposteriormente bloques de piedra para formaruna escollera o encachado que, aunque no sepueda compactar, con el propio vertido alcanzaun grado aceptable de compacidad

7.2.2 Precarga

El método de precarga consiste en someteral terreno a una presión aplicada en la superfi-cie antes de colocar la carga estructural, con lafinalidad de aumentar la densidad del mismo,disminuir los asientos que pueden originar poste-riormente las construcciones y, en consecuencia,aumentar la capacidad portante.

La aplicación de la precarga suele realizarsemediante rellenos de tierra o mediante la coloca-ción de tanques de agua sobre la superficie.

Estos sistemas se suelen utilizar para acelerarla consolidación de terrenos cohesivos blandos,aunque también se aplican para la mejora de re-llenos, limos orgánicos e inorgánicos, turbas, etc.

Se requiere un estudio minucioso del terrenoque se va a consolidar para poder predecir lamagnitud de los asientos y el tiempo de consoli-dación.

Para ejecutar este método de compactación,se extiende sobre el terreno que se desea com-pactar una carga con un peso que tiene un valorde 1 ó 2 veces el de las cargas que transmitiráal terreno el edificio que se va a construir. Laconsolidación puede hacerse por zonas, utilizan-do las tierras existentes, que son transportadasde uno a otro sitio, o en su caso, trasladando lostanques de agua. A este sistema se le suele de-nominar “método de la duna móvil”.

7.2 SISTEMAS DE MEJORA DEL TERRENO

7.2.1 Sustitución

Los procedimientos de sustitución consistenen la excavación y retirada del terreno originalcon nula o baja capacidad portante (rellenos,tierra vegetal, arcillas y limos blandos, etc.) y susustitución por nuevos materiales de aportaciónque son compactados. El proceso de compacta-ción deberá ser distinto según se trate de zonaspoco cargadas (aparcamientos, viales) o de zo-nas que vayan a soportar cargas provenientesde elementos estructurales.

En el caso de los terraplenes, los materialesque se empleen serán preferentemente de tipogranular, y pertenecientes a las clases que se de-finen como “terrenos adecuados” o “selecciona-dos” en el P.G.3. Pueden utilizarse también mate-riales pétreos en “pedraplenes”, cumpliendo lasespecificaciones del artículo 331 del P.G.3.

El grado de compactación no debe ser infe-rior al 95% del Proctor modificado.

En general, se trata de rellenos controladosque se ejecutan por tongadas, utilizando losequipos de compactación adecuados.

Figura 7.1Gráfico explicativo del fundamento del método de sobrecarga temporal

Sobrecarga

Carga permanenteTIEMPO

Asiento bajo PAsiento bajo P + P

ASIENTO

CARGA

Asiento y tiempobajo carga P + Ppara eliminar Δ

Ps

Pf

Δ2

Δ1

srt

f

f s

fs

1

MEJORA DEL TERRENO 551

Los asientos de consolidación primaria, quese producen en las cimentaciones se consigueneliminar manteniendo la sobrecarga Ps más lacarga permanente Pf durante un tiempo tal que elasiento originado Δ1 de la figura 7.1 sea igualal que produciría Pf por consolidación primaria.Una vez retirada la sobrecarga, la carga perma-nente de la estructura sólo originará los asientoscorrespondientes a la consolidación secundaria.

El método de precarga puede ser la soluciónmás viable cuando el terreno tiene una capaci-dad portante insuficiente y las cargas de las futu-ras construcciones son ligeras y uniformes. Sinembargo, presenta los siguientes inconvenientes:

• Excesivo plazo de ejecución, ya que eltiempo de consolidación puede ser de va-rios meses (en ocasiones más de un año) yhay que prever la disposición de la cargapara conseguir el efecto previsto. Estetiempo se reduce mediante la instalaciónde drenes, pero esta solución aumenta elcoste del tratamiento.

• Coste elevado respecto a otras soluciones.• Necesidad de utilizar instrumentos y ensa-

yos de control para proyectar correcta-mente la precarga y prever el tiempo deaplicación.Es necesario instalar una gran cantidad depiezómetros y se hace preciso un recono-cimiento muy completo del terreno.

• El tratamiento afecta a instalaciones y es-tructuras próximas, pudiendo originarasientos inadmisibles en sus cimientos. Enel caso de pilotes origina esfuerzos latera-les y/o rozamiento negativo.

La velocidad de los asientos aumenta nota-blemente con drenes verticales que pueden serde arena o papel. Estas soluciones se recogenen los apartados siguientes.

7.2.2.1 Drenes de arena

Para la ejecución de esta técnica, se reali-zan perforaciones verticales de 20 a 40 cm de

Figura 7.2 Aumento de lavelocidad de laconsolidación porprecargasmediante el uso dedrenes verticales

Figura 7.3Hinca de drenesverticales

10 O

O

Precarga

Drenes

40 cm

diámetro, rellenas de material granular o grava.Su profundidad debe ser superior a la del estratocompresible o, al menos, abarcar el espesor enel que se prevé vaya a producirse la mayor par-te del asentamiento.

La perforación se lleva a cabo a base de he-licoides, con o sin entubado, o con tubería cerra-da. Este último sistema provoca un desplaza-miento lateral del terreno que disminuye su coefi-ciente de consolidación y su resistencia al corte.

energía producidos por la caída libre de un pesosobre la superficie del terreno en puntos concretosde una malla diseñada en función del tipo de ma-terial y del grado de consolidación que se desee.En los puntos interiores de la malla se continúa conel proceso de compactación con la aplicación deuna energía de impacto menor (figura 7.4).

Con este tratamiento se produce la disminu-ción del volumen de huecos del terreno, el au-mento de la densidad y por consiguiente el incre-mento de la capacidad portante.

La mayor eficacia de este tratamiento se con-sigue en terrenos granulares de gran permeabili-dad aunque también se puede aplicar a terrenoscohesivos saturados y de baja permeabilidad.Se consideran adecuados los siguientes tipos deterreno:

• Escolleras.• Bolos.• Gravas.• Zahorras.• Arenas con menos de un 15% de limos arci-

llosos.

En terrenos cohesivos saturados el tratamientose aplica por fases, dejando periodos de tiempoentre ellas que permita la disipación de las presio-nes intersticiales. Tal disipación se produce de for-ma bastante rápida, como consecuencia de la for-mación de una red de drenaje provocada por la li-cuefacción del terreno que además genera un au-mento de su permeabilidad.


Las perforaciones de drenaje se disponen for-mando una malla de puntos a una distancia deaproximadamente 10 veces el diámetro deldren. La red de puntos se completa con una ca-pa drenante colocada en la superficie que facili-te la expulsión del agua que circula por los dre-nes. Esta capa debe tener un espesor de al me-nos 40 cm.

7.2.2.2 Drenes de plástico y papel

En las perforaciones del terreno se introducenverticalmente tiras de plástico y papel o cartónque provocan el filtrado del agua.

Con el equipo de hinca utilizado se puedenalcanzar profundidades máximas de hasta 12 m.Para hincar el dren se suele utilizar una funda deacero que lo protege y que se retira al alcanzarla profundidad prevista.

7.2.3 Compactación dinámica

Este método de mejora del terreno se realizapor la aplicación repetida de impactos de gran

Figura 7.5Proceso de

compactación.Masa de 10 kN

en caída libredesde 20 m de

altura.

Figura 7.4Esquema de una malla de compactación dinámica

Impactos de gran energíaImpactos de pequeña energía

5 a 10 m


Figura 7.6Fundamentos de la compactación dinámica

Figura 7.7Gráficas asociadas con la compactación dinámica

Relleno

Terreno duro

Altura de caída: 20 m

Plataforma de trabajo

Pesa hasta 20 T

Cuñacompacta

Posición altercer golpe

Levantamientoen superficie

Superficie dedeslizamientopotencial

Límite elástico

Nº de golpesen punto A

Deformación volumétrica en A

Compresión dinámica en A

Deformación volumétrica en A

Desplazamiento permanentehacia abajo en A

1 2

3

4

5

1

2 34

5

La técnica fue puesta al día por Menard, queutilizaba pesos de 100 a 300 kN, y fijaba lacaída libre entre 15 y 40 m. Ante el tratamiento,el terreno no experimenta una disminución de vo-lumen con los primeros impactos ya que el au-mento de la presión intersticial hace que se com-porte como un líquido (figuras 7.6 y 7.7).

El trabajo se detiene hasta que disminuye lapresión intersticial y se continúa luego con nue-vas pasadas. Se comprende que cuanto mayorsea la permeabilidad del terreno, menor tiempose necesita para la disminución de la presiónintersticial. Este hecho explica la mayor facili-dad de tratamiento terrenos granulares.

Las figuras 7.4 a 7.7 muestran maquinaria yaspectos de este tratamiento. Antes del inicio delmismo se debe prever aproximadamente el gra-do de mejora del terreno que se pretende conse-guir y para definir un programa de ejecuciónque regule los siguientes aspectos:

• Asiento instantáneo.• Energía de saturación por fase.• Número de fases.• Separación entre puntos de impacto.• Energía y número de impactos por punto

en cada fase.• Periodos de disipación de las presiones

intersticiales.• Energía total.

Los datos expuestos anteriormente puedenobtenerse, bien basándose en la experiencia obien mediante la realización de ensayos de la-boratorio con el edómetro dinámico, puesto apunto por Menard, que trata de representar aescala reducida el fenómeno de la compacta-ción dinámica.

En general, se pueden conseguir rendimien-tos de ejecución de 300 a 600 m2/día y sepueden alcanzar profundidades de tratamientode hasta 30 m.

consiste en el punzonamiento del terreno conuna maza pequeña y pesada, que se deja caerdesde gran altura. El cráter se rellena con gravay se golpea nuevamente para desplazar el terre-no y hacer penetrar la grava (figuras 7.8 y 7.9).

Este procedimiento es adecuado para terre-nos tales como arcillas y limos blandos o muyblandos, de los que se necesitan varios metrosde espesor sobre un estrato de terreno con capa-cidad portante suficiente.

La profundidad de la mejora es función delas características del terreno aunque, en gene-ral, el factor principal del que depende la com-pactación obtenida es la energía de los impac-tos. A este respecto, según Menard, se verifica:

D2 ≤ 10M·h

SiendoD: Espesor a compactar (m)M: Peso de la maza (kN)h: Altura de caída de la maza (m)

La máxima profundidad afectada se deducede la fórmula:

D = 0,44 × 10 × M × h


El sistema se considera adecuado para:• Compactación de vertederos.• Naves industriales y almacenes.• Silos de almacenamiento.• Carreteras y aeropuertos.• Presas de materiales sueltos.• Diques y estructuras portuarias.

Sin embargo, el sistema presenta los siguien-tes inconvenientes:

• Necesidad de aplicación sobre una super-ficie mínima de 15.000 m2.

• Posibles daños en construcciones e instala-ciones próximas, para lo cual se defineuna distancia mínima de seguridad com-prendida entre 20 y 30 m.

Es necesario realizar una nivelación generalde la superficie del terreno, antes y después deltratamiento, para determinar la disminución totalde volumen, ya que en muchos casos deberánhacerse aportes de terreno compactado.

7.2.4 Sustitución dinámica. “Puits ballastes”

A partir de la técnica de compactación diná-mica, se ha desarrollado recientemente un nuevométodo denominado “sustitución dinámica” que

Figura 7.9Fundamento de la técnica de sustitución dinámica

1 m

2 m

3 m

3,7 m

1 m 2 m 3 m

Relleno

Suelo compresible"in situ"

Rp = 15 a 20 N/mm2

Rp = 8 MPa

Rp = 0,3 N/mm2

Distancia al centro

Sustrato

Profundidad

Maza de 80 a 150 kN

Aporte de balasto

Maza

Grava

Figura 7.8Sustitución dinámica


Las labores de control en este tipo de mejo-ras del terreno deben comprender las siguientesfases:

• Previas al comienzo de la obra:- Nivelación.- Medidas de las presiones intersticiales.- Grados de compactación, mediante en-

sayos penetrométricos, presiométricosy/o S.P.T.

• Establecimiento del programa definitivo:- Dimensiones de huellas de los impactos.- Estado de la superficie del terreno.- Comprobación de resultados obtenidos

mediante ensayos penetrométricos, pre-siométricos y/o S.P.T.

- Evolución de las presiones intersticiales.- Medida de las vibraciones por medio

de geófonos y acelerómetro.

Es muy importante evaluar la evolución delas presiones intersticiales ya que de ellas depen-den tanto la velocidad con la que aumenta la re-sistencia del terreno, como la aparición de asien-tos a largo plazo.

7.2.5 Vibroflotación y vibrosustitución

Estos métodos consisten en la densificación deterrenos flojos mediante vibración para conseguir:

• Aumentar la capacidad portante de las zo-nas débiles del terrreno.

• Reducir los asientos producidos por cargasverticales.

El vibrador es un elemento tubular de entre30 y 50 cm de diámetro, con un peso de 20 a40 kN y elementos de prolongación (figuras7.10 y 7.11). Dispone en su interior de unos ele-mentos excéntricos accionados por un motor

Figura 7.11Vibradores para vibroflotación y vibrosustitución

Figura 7.10Esquema de funcionamiento de un vibrador

eléctrico o hidráulico, que producen la vibraciónlateral que se transmite al terreno. Su potenciapuede llegar hasta los 150 kW. Por su interiordiscurre un sistema de mangueras que inyectanel agua al terreno a través de orificios dispuestosen la punta.

El vibrador está rematado por dos aletasopuestas diametralmente que tienen la misiónde impedir el giro. Normalmente no se sobre-pasan profundidades superiores a los 6 u 8 m,aunque el alcance de cotas más profundas esun problema exclusivamente técnico y econó-mico ya que está limitado por la disponibilidadde vibradores potentes y manejables. Actual-mente se han alcanzado profundidades del or-den de 20 m.

Se puede distinguir entre:• Vibroflotación.• Vibrosustitución o columnas de grava.

La vibroflotación es de aplicación en suelosde naturaleza granular, en los cuales se compen-sa la pérdida de volumen mediante la aporta-ción de material externo, que en muchas ocasio-nes puede ser el mismo que constituye el terrenoque debe ser mejorado. Además de aumentar lacapacidad portante del terreno aumenta la resis-tencia del mismo a la licuefacción.

El metodo de vibrosustitución, también deno-minado “de columnas de grava”, es aplicable enterrenos de naturaleza cohesiva, donde es nece-saria la aportación de grava de determinadascaracterísticas para densificar y rigidizar el terre-no. De este modo, además de aumentar la capa-cidad portante del terreno se incrementa su per-meabilidad.

En los dos procedimientos se debe conseguirla compactación máxima, tanto del terreno natu-ral como del material aportado. Para conseguirloel vibrador se eleva en escalones de 30 a 50cm y se mantiene en cada uno de ellos entre 0,5y 2 minutos.


Figura 7.12Tratamiento de vibroflotación

Figura 7.13Tratamiento devibroflotación


7.2.5.1 Vibroflotación

El proceso del tratamiento de vibroflotación-consta de las siguientes fases (figura 7.14):

1. Introducción del vibrador en el terreno,gracias a su peso propio y a la ayuda de la in-yección de agua por la punta. Se provoca así unestado de licuefacción local del terreno que facili-ta la penetración hasta la profundidad requerida.

2. Una vez alcanzada la profundidad desea-da, se corta la inyección de agua en punta y seinicia la compactación o consolidación forzadadel suelo lateral por aplicación de la vibración;ésta conforma un embudo en la superficie del te-rreno por la densificación conseguida. Simultáne-amente se procede al aporte de arena o gravapara compensar esta disminución de volumen. Elproceso de compactación se puede correlacio-nar con la energía consumida (motores eléctri-cos) o la presión suministrada (motores hidráuli-cos) al vibrador, que tendrán que ser mayores amedida que se vaya compactando el terreno.

3. Conforme se consigue la consolidacióndel terreno, se va elevando el vibrador, repitiendoel proceso de compactación por tongadas de 30a 60 cm de espesor. Así hasta alcanzar la super-ficie del terreno, con lo que se consigue un ele-mento de forma sensiblemente cilíndrica con ma-yor o menor material de aportación y un terrenolateral con una densidad mayor que la inicial.

Figura 7.14Proceso devibroflotación ensuelosgranulares

La mejora de la zona deseada se consigueaplicando a toda la superficie a tratar este pro-ceso puntual mediante una malla, normalmentetriangular, con distancias de 1 a 3 m entre lospuntos de tratamiento consiguiendo una efectivi-dad, en términos de densidad relativa, entre un70 y un 80%.

El radio de influencia del vibrador decrecesegún el tipo de terrenos, desde 2 m en arenaslimpias, hasta 0,7 m en arenas con más del20% de finos. Thorburn admite que pueden sercompactados terrenos con un contenido de fi-nos de hasta el 30% de los que pasan por eltamiz de 0,063 mm de abertura UNE (véase lafigura 7.19 en páginas siguientes).

En suelos granulares, no cohesivos, la vibra-ción origina una licuefacción del terreno a unadistancia de entre 30 y 55 cm del vibrador; quedisminuye conforme nos alejamos del mismo has-ta hacerse prácticamente nula a 2,50 m.La vi-bración originada por el aparato es transmitidaal terreno en la fase de extracción, en la cual yde forma simultánea puede aportarse material,produciéndose la compactación del terreno.

En los terrenos granulares, en los que la distan-cia entre perforaciones oscila entre 1,8 y 2,5 m,pueden conseguirse presiones admisibles de 0,1 a0,4 N/mm2 para zapatas de 1 a 3 m de ancho,con asientos de 2,5 cm.


X

Z

Figura 7.15Esquema de

puntos deactuación

Figura 7.16Tratamiento devibrosustitución

7.2.5.2 Vibrosustitución. Columnas de grava

En este sistema también se actúa mediantemallas, generalmente triangulares, con separa-ciones de 1,5 a 3,5 m (figura 7.15). El diámetrode la columna de grava compactada varía entre0,6 y 0,8 m.

En los suelos de naturaleza cohesiva se con-sigue un aumento de resistencia mediante la apli-cación de vibradores con un procedimiento simi-lar al de la vibroflotación, introduciendo el vibra-dor en el terreno con el aporte simultáneo degrava que es mezclada con el terreno tratado.Así se consiguen dos efectos: bien el desplaza-miento lateral del terreno con inclusión de gravay la correspondiente densificación, o bien la sus-titución del suelo por grava que supone la crea-ción de unos drenes verticales que aumentan lapermeabilidad del terreno adyacente, producién-dose el drenaje del mismo y el consiguiente au-mento de resistencia.

En este caso, se consiguen resultados de me-jora de terreno, disponiendo puntos o columnasde gravas cuya superficie de influencia varía en-tre 1 y 6 m2, en función del mayor o menor con-tenido de finos del suelo.

Este relleno de material granular sin finos ycompactado puede realizarse por “método hú-medo”, a base de chorros de agua que eliminanlos finos o por el “método seco”, con la ayudade aire comprimido.

Los resultados suelen expresarse en funcióndel factor de mejora, que se define como el co-ciente entre el asiento del terreno antes y des-pués del tratamiento.

Los asientos pueden disminuirse de 2 a 5 ve-ces. Desde el punto de vista de la capacidadportante puede admitirse una presión admisiblede 0,2 MPa y una carga admisible por columnade 300 kN para tratamientos con separación deperforaciones de 1,2 a 4 m. Según Thorburn, apartir de distancias de 2,5 m medidas desde elvibrador, prácticamente no se produce compac-tación alguna. Baumn y Bauder midieron laamortiguación de las vibraciones en ambos mé-todos, obteniendo los resultados que se reflejanen la figura 7.18.

La comprobación de la densidad relativa sesuele realizar mediante ensayos penetrométricos,presiométricos y S.P.T.


Figura 7.17Ejecución de columnas de grava

0 1000 2000 3000 4000 5000

0,2

0,4

0,6

Presión (libra/pie2)

Asiento (pulgadas) CALCULADOMEDIDO

400 20 40 60 80 100 120

Distancia al vibrador (pies)

UN APARATODOS APARATOS

Máxima amplitud vibración (10-3 pulg.)

40

30

20

10

0

0 20 40 60 80 100 120Distancia al vibrador (pies)

7.2.5.3 Aplicación de los sistemas

Los tipos de terrenos adecuados para el tra-tamiento por vibroflotación deben presentar uncontenido de finos no superior al 15% en peso.(Se entiende por fino la fracción de terreno que

Figura 7.18Resultados delas alteracionesen el terreno trasla aplicación detratamientos devibroflotación yvibrosustitución

Figura 7.19Zonas deaplicación de lossistemas devibroflotación ode columnas degrava según lacurvagranulométricadel terreno

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0.0006 .002 .006 .02 .06 .2 .6 2 6 20 60 200

Arcilla Limo Arena Grava Bolos

ZONAS A y B: Idónea vibroflotaciónZONA C: Límite idoneidad vibroflotación y columnas de gravaZONA D: Idóneas columnas de grava.

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

D C B A

ZONAS A y B: Idónea vibroflotaciónZONA C: Límite idoneidad vibroflotación y columnas de gravaZONA D: Idóneas columnas de grava.

pasa por el Tamiz de 0,063 mm U.N.E., ó bienTamiz 200 A.S.T.M. de abertura 0,074 mm).

La figura 7.19 representa las curvas granulo-métricas de terrenos y señala las zonas en lasque se recomienda que se encuentren las curvas

• Inyección de relleno o impregnación: serellenan los poros o huecos del terreno y,en su caso, de la infraestructura de cimien-tos deteriorados.

• Inyección de fracturación: se provoca laruptura y posterior mezcla del terreno conla inyección, modificando su estructura.También suele denominarse “jet-grouting”;este sistema se desarrollará de formamás específica en el punto 7.1.7 de estecapítulo.

También se suele utilizar la siguiente termi-nología:

• Inyecciones convencionales: realizadascon impregnaciones de morteros establese inestables.

• Inyecciones químicas: realizadas con mor-teros líquidos de resinas y geles de sílice.

Los materiales inyectables pueden ser:• Morteros en estado líquido.• Morteros o suspensiones inestables.• Morteros o suspensiones estables.

En los dos grupos primeros de inyecciones sesupone que no hay aumento de cargas, ya quesi la hubiera, teóricamente al menos, el refuerzoo recalce tendría que afectar a los dos sub-com-ponentes del cimiento, en cuyo caso estaría com-prendido en el tercer grupo.

7.2.6.1 Inyección de morteros líquidos

Este tipo de materiales contiene partículas pe-queñas difícilmente medibles. Generalmente se lessuele denominar inyecciones químicas.

Las diferentes clases de morteros líquidos pa-ra inyectar son:

• Geles duros. - A base de silicato de sodio (SiO3Na2).- Mezcla de un lignosulfito y bentonita.

• Geles plásticos.- A base de silicato de sodio y bentonita

desfloculada.


correspondientes a los mismos para la aplica-ción de los métodos de vibroflotación y de vibro-sustitución. En las zonas A y B resulta idónea laaplicación de la vibroflotación, mientras que enla zona C es el límite entre la idoneidad de la vi-broflotación y la aplicación de las columnas degrava (vibrosustitución).

La fórmula empírica de Brown define el cam-po de aplicación de ambos métodos en funciónde un parámetro S, cuyo valor se calcula del si-guiente modo:

Siendo:S: Parámetro de Brown.D50: Diámetro en mm del tamiz que deja pa-

sar el 50% de la muestra.D20: Se define de modo análogo para el

20%.D10: Se define de modo análogo para el

10%.

Los límite de aplicación del método de vibro-flotación se sitúan en valores de S comprendidosentre 5 y 40. Para valores mayores de S se reco-mienda el uso de columnas de grava (vibrosusti-tución).

7.2.6 Inyecciones

Los sistemas de inyección consisten en la mo-dificación de las características de un terreno me-diante la introducción de materiales diversos a al-tas presiones dentro del mismo con objeto de con-seguir determinadas mejoras. Con la inyección seconsigue reducir la permeabilidad y aumentar lacompacidad y por tanto la capacidad portante.

Entre los sistemas de inyección se consideranlas siguientes clases:

• Inyección de compactación: se provoca eldesplazamiento del terreno, sin que el ma-terial inyectado se mezcle con él.

S = 1, 7 + 3

D502

+ 1

D202

+ 1

D102

⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥

12


• Geles de bentonita, arcilla o cemento.• Resinas orgánicas.• Monómeros acuosos, polímeros precon-

densados.

Los morteros líquidos son capaces de pene-trar en todos los huecos por donde el agua pue-de discurrir. Este tipo de inyecciones no son apli-cables en terrenos compuestos por arcillas y li-mos con poros demasiado pequeños, que prácti-camente no son inyectables. En el caso de arenafina o loess, sí se pueden realizar inyecciones,aunque tienen un costo muy elevado.

7.2.6.2 Inyección de morteros o suspensionesinestables

Son aquellas en las que las partículas sólo semantienen en disolución cuando se les aplicauna energía de agitación. Si ésta cesa, los gra-nos se sedimentan. Este es el caso del cementoaunque la suspensión se mueva en una corriente.

El cemento, al sedimentarse, tapa los poros yla inyección se obstaculiza.

Para que una inyección a base de morteroinestable sea posible, o no presente excesivadificultad, el tamaño mínimo de las partículasdel terreno debe de estar comprendido entre 5y 10 mm.

Entre los morteros inestables, están los si-guientes:

• Suspensiones de cemento puro: formuladascon una relación cemento/agua (en peso)comprendida entre los siguientes valores:

• Suspensiones de cemento rebajado: se sus-tituye parte del cemento por un polvo iner-te como puede ser arena fina, cenizas vo-lantes o tierra de Kieselghur.

12

≥ CA

≥ 110

7.2.6.3 Inyección de morteros estables

Las mezclas que se introducen en el terrenoson morteros o suspensiones en agua en los queno se produce sedimentación durante el procesode inyección y tampoco se produce un efectobóveda al llegar a los intersticios del terreno. En-tre los morteros estables, se pueden mencionarlos siguientes tipos:

• Bentonita-cemento.La relación cemento/agua dosificada enpeso, varía de 1 a 2 para un 2% de ben-tonita. El rango de oscilación va de 1 a1,7 para un 4% de bentonitaCon el 2% de bentonita, la sedimentaciónes nula para C/A ≤ 1,4.Si se emplea el 4% de bentonita la de-cantación es nula.

• Cemento-silicato (silicato sódico técnico a36º Beumé).La dosificación por litro de mortero depen-de de la clase de mortero de modo quese establece la siguiente correspondencia:- Mortero 1/1: 10 a 20 cm2/l- Mortero 1,5/1: 5 a 10 cm3/l- Mortero 2/1: 2 a 5 cm3/l

• Cemento-bentonita-silicato.

• Cemento activado.Se emplean morteros con dosificacionesmuy altas (2/1, 2/1 y 3/1) en los que seconsigue que no haya sedimentaciónusando métodos de dispersión por vía quí-mica, física o mecánica.

• Suspensiones de arcilla.La arcilla que se inyecta debe presentar unlímite líquido LL superior a 60. En caso deque no se alcance este valor se debenañadir coloides.

• Arcilla-cemento.

• Arcilla-cemento-arena.

7.2.7 “Jet grouting”

7.2.7.1 Definición

El “jet grouting” o “inyección a alta presión” esuna técnica que consiste en la inyección de lecha-da de cemento a alta presión que tritura el terrenoy se mezcla con él, creando columnas de terreno-cemento. Se utiliza en recalce de cimientos, ejecu-ción de cimientos profundos, mejoras de terrenos,impermeabilización, ejecución de pantallas, etc. Elorigen de esta técnica hay que buscarlo en los sis-temas convencionales de inyecciones de cementoo químicas, que se basan en la creación de unaestructura multicapa en terrenos de tipo granular,rellenando las zonas más flojas mediante la mez-cla inyectada.

Con respecto a los sistemas de vibroflotacióno vibrosustitución, el “jet grouting” presenta unaprimera ventaja que es la posibilidad de aplica-ción no sólo a terrenos de naturaleza granular(arenas y gravas) sino también cohesiva (limos yarcillas). Otra ventaja, de carácter ecológico, esque permite la inyección del terreno con el em-pleo exclusivo de mezclas de cementos, sin intro-ducción de aditivos o composiciones químicasque puedan afectar al medio ambiente.

7.2.7.2 Ejecución

Los medios y maquinaria para la ejecucióndel “jet grouting” son:

• Equipo de perforación de pequeño diáme-tro (similar al de los sondeos geotécnicos)

• Sistema de varillaje preparado para altaspresiones (700 atm).

• Toberas de inyección. En los sistemas múlti-ples: tobera superior con agua o aire-agua para romper el terreno y tobera infe-rior para inyectar la lechada de cemento.

• Planta de preparación de la lechada decemento o cemento-bentonita.

• Sistema de impulsión a alta presión que re-cibe y transporta la lechada al punto deperforación e inyección.


7.2.6.4 Métodos de inyección

Existen tres procedimientos para realizar lainyección del material en el terreno:

1. De abajo hacia arriba.2. Mediante tubos con manguito.3. De arriba hacia abajo, simultaneamente a

la ejecución del taladro.

El procedimiento más habitual es el primero.Se usan unas presiones normales del orden de 1a 3 MPa, aunque también se inyecta a 0,5 MPay se puede llegar hasta los 8 MPa. La separaciónhabitual entre taladros oscila entre 1 y 2 m.Cuando la inyección es superficial los taladros sedisponen al tresbolillo. El volumen inyectado enfunción del volumen de huecos del terreno inyec-tado, es muy variable, pudiendo oscilar entre:

- 40% del volumen tratado en el caso degravas sueltas o rellenos flojos mal com-pactados.

- 20% para terrenos arenosos relativamen-te compactos.

Es importante el control de la inyección, yaque una presión inadecuada puede provocar:

• Pérdida de inyección (presión nula).• Levantamientos de soleras (presión excesiva).• Levantamiento y giro de elementos estructu-

rales o del edificio.

Las precauciones deben ser mayores cuandolas inyecciones pueden afectar a edificios históri-cos, debiendo llevarse a cabo en estos casos conmayor lentitud. Entre las aplicaciones de los méto-dos de inyección pueden recogerse las siguientes:

• Mejoras de terrenos para cimientos.• Consolidaciones de terrenos bajo edificios

existentes para soporte de nuevas cargas.• Solidarización de cimientos antiguos, cre-

ando auténticas losas cementadas.• Impermeabilización de terrenos.• Construcción de pantallas o elementos rígi-

dos en el contorno de un edificio para evi-tar posibles desplazamientos horizontalescausados por excavaciones próximas.


Figura 7.21Proceso deinyección a altapresión

Figura 7.20Esquema de equipo de “jet grouting”

a b

c d

La figura 7.20 representa un esquema delequipo de puesta en obra de “jet grouting”.

El proceso de ejecución consta de dos fasesprincipales:

Fase 1Perforación mediante equipos convencionales

de pequeño diámetro, hasta alcanzar la profundi-dad deseada (figura 21.a).

En la extremidad inferior, el equipo está dota-do con una cabeza de perforación con toberas deinyección perpendiculares al eje del taladro. Laperforación se realiza en terrenos cohesivos, are-nas y rocas blandas por rotación con tricono o tria-leta. En gravas, rocas duras y hormigón o fábricasduras la perforación se realiza por roto-percusióncon martillo en cabeza.

La mezcla normal es lechada agua-cemento,en una proporción:

(en peso)AguaCemento

= 20,7

≈ 2,86

SILOCEMENTO

BENTONITA

AGUA

AGITADOR

BOMBADE

PRESIÓN

La mezcla puede también ser de bentonita, sus-tancias químicas o bituminosas, siempre que lasdosificaciones proporcionen una viscosidad admiti-da por la bomba. Raras veces se inyectan otrassustancias químicas.

Puede aplicarse incluso con filtraciones deagua con velocidades de 1 cm/s, inyectandomezclas de fraguado rápido.

Las propiedades mecánicas de las columnasdependen del tipo de terreno tratado y de la mez-cla inyectada. La comprobación de la resistenciamecánica se puede hacer realizando ensayos conpenetrométricos estáticos, ensayos dinámicosS.P.T., Borros o mediante ensayos presiométricos.Los valores más frecuentes de la resistencia a com-presión simple de una columna varían entre 5 y 20MPa, aún cuando los límites máximo y mínimo son50 MPa y 0,1 MPa, respectivamente.

Fase 2Extracción con inyección simultánea. Inyección

ascendente de lechada de cemento ó cemento-bentonita.


Figura 7.22Proceso de

extracción coninyección

simultanea

El varillaje gira a medida que se produce elascenso. La mezcla, a presión muy alta, sale agran velocidad, con lo que consigue romper y des-plazar el terreno circundante. Se mezcla con él ycrea un terreno-cemento de mucha más resistenciaque el terreno inicial.

El varillaje se retira mediante traslación ascen-dente a velocidad y rotación controlada, lo queprovoca la creación de una columna sensiblementecilíndrica (figuras 7.21.b a 7.21.d).

Actuando sobre los parámetros de presión deinyección, velocidad de ascensión y giro, sepuede definir previamente el diámetro de lacolumna creada para ajustarse a las necesidadesdel proyecto. (véase la figura 7.23).

La variación de los parámetros anteriores secomplementa con los distintos diámetros de lastoberas que se deben utilizar.

Normalmente se utilizan los siguientes valores:• Presión de bomba:

30 a 70 MPa

Alta velocidadchorro agua-aire

Lechada decemento

Alta velocidadchorro agua-aire

Lechada decemento

a b c


Figura 7.23Relación entrelos parámetrosde presión deinyección,velocidad deascenso yvelocidad degiro en distintosterrenos

• Presión normal en la tobera de corte:45 MPa

• Presión en la tobera de relleno:10 MPa

• Diámetro de la tobera de corte:15 a 40 mm (habitual: 35 mm).

• Diámetros de las toberas de relleno:Dos de 8 mm

• Velocidad de ascenso:5 a 50 cm/min (habitual: 33 cm/min).

• Velocidad del chorro de mezcla:200 a 300 m/seg

• Velocidad de giro:12 a 60 rev./min(habitual: 5 a 30 rev./min).

Control de ejecuciónEl control de la ejecución debe atender a los

siguientes aspectos:• Cumplimiento de las especificaciones del

proyecto.• Profundidad de la perforación.• Composición y caudales de mezcla.• Admisión media de cemento a inyectar (CA

en kg/m).• Cantidad de cemento a inyectar (CD en

kg/m).• Coeficiente de inyección (CA/CD).• Velocidad global (m/min).

• Velocidad de inyección (m/min).

Despues de la ejecución del tratamientopueden utilizarse los siguientes métodos de control:

• Inspección directa de las columnas, si es po-sible.

• Sondeo con toma de muestras para ensayaren laboratorio.

• Ensayos con penetrométricos dinámicos oestáticos.

• Auscultación geofísica (diagrafías sónicas ógamma-gamma, sísmica de ondas superfi-ciales).

• Ensayos a escala real de carga de imper-meabilidad.

Los efectos sobre el terreno y las característicasdel “jet-grouting” son los siguientes.

1) Se produce una mejora del terreno naturalentre columnas, debido a la compactaciónprovocada por la expansión del terreno enlos al rededores del ta ladro comoconsecuencia de la inyección de mezcla aalta presión. Se ha comprobado haciendoensayos de reconocimiento “in situ”, antesy después del tratamiento. Esta mejora seha observado con taladros realizados conseparación de 2 metros.

Diámetrode columna

(mm)

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

kp/cm2150 200 250 300 350 400

Presiónde

inyección

Diámetrode columna

(mm)

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

kp/cm2150 200 250 300

Presiónde

inyección

Terreno heterogéneo Arenas flojas


Figura 7.24Esquema de lostres métodos de

inyección2) No altera las presiones intersticiales del

terreno fuera de las columnas tratadas.3) No afecta a las condiciones de estabilidad

de las estructuras existentes.4) Tiene una gran versatilidad, lo que permite

soluciones de pilotaje, muro-pantalla oanclajes de arriostramiento, sin dañar aestructuras próximas. Puede llevarse acabo prácticamente en cualquier tipo deterreno y a través de obstáculos artificiales(galerías, cimientos, forjados, etc.)

5) La capacidad portante del terreno tratadodebe considerarse como una suma de lascolumnas tratadas y del terreno naturalmejorado situado entre ellas. La carga porcolumna suele tomarse de 200 a 1000kN y la presión admisible bajo cimientosde 0,5 MPa a 1,5 MPa.

7.2.7.3 Técnicas

Existen tres métodos distintos de inyección, enfunción de los terrenos a tratar y de las exigenciasdel tratamiento. (figura 7.24).

“Jet grouting” simple (figura 7.25)• Se inyecta únicamente lechada de cemento

a alta presión. • Se aplica en terrenos arenosos de compaci-

dad muy suelta y terrenos cohesivos de con-sistencia blanda y muy blanda.

• Se consiguen diámetros de 50 a 80 cm.

“Jet grouting” doble (figura 7.26)• Se inyecta una mezcla de lechada de ce-

mento y aire.• Presiones de inyección

- Lechada de cemento: 40 a 60 MPa- Aire: 0,5 a 0,6 MPa

• Se aplica en arenas medias a densas y te-rrenos cohesivos de consistencia blanda amedia.

• Se consiguen diámetros de 80 a 200 cm.

La mayor penetración se debe a la acción delaire comprimido.

“Jet grouting” triple (figura 7.27)El método triple es el más enérgico en cuanto

a potencia de rotura y desplazamiento del terreno.• Se inyecta agua-aire a presión entre 40 y 60

MPa el agua y entre 0,5 y 1 MPa el aire.• Se inyecta en los terrenos de consistencias y

compacidades hasta media y gravas conmatriz arcillosa de consistencia media.

• Se consiguen diámetros de columna entre120 y 300 cm.

ARENAS MEDIANAMENTE DENSASSUELOS COHESIVOS MUY FLOJOS

O COLUMNA= 0,50 - 0,80 m

LECHADA DE CEMENTO(Presión de inyección: 400 a 600 kp/cm2)

ARENAS MEDIANAMENTE DENSASSUELOS COHESIVOS FLOJOS

O COLUMNA= 0,80 - 2,00 m

LECHADA (Presión de inyección: 400 a 600 kp/cm2)

SUELOS GRANULARES (ARENAS Y GRAVAS)

O COLUMNA= 1,20 - 3,00 m

JET SIMPLE

JET DOBLE

AIRE (Presión de inyección: 5,00 a 6,00 atm)

JET TRIPLE

LECHADA (Presión de inyección: 400 a 600 kp/cm2)

AIRE (Presión de inyección: 5,00 a 6,00 atm)AGUA (Presión de inyección: 400 a 600 kp/cm2)


Figura 7.25Sistema de “jet grouting” simple

Figura 7.28Recalce decimientoexistente

Figura 7.29Recalce deestructuraexistente

Figura 7.30Recalce deestructura poraumento decargas

Figura 7.26Sistema de “jet grouting” doble

Figura 7.27Sistema de “jet grouting” triple

Lechada de cementoa alta presión

D

LECHADADE

CEMENTO


D

Aguaa alta presión

AGUALECHADA

DECEMENTO


D

Aguaa alta presión

AGUA + AIRELECHADA

DECEMENTO

Airecomprimido

- 2,00 m

- 4,50 m

- 4,10 m

0,00 m

Figura 7.31Recalce yformación debarreraimpermeabilizante


7.2.7.4 Aplicación

Por sus características, esta técnica se adap-ta a numerosas de aplicaciones constructivasdentro del campo de cimientos especiales:

1. Cimientos nuevos de estructuras en terre-nos de baja capacidad portante bajo la influen-cia del nivel freático:

• Aparcamientos subterráneos.• Pilas de puentes.• Protección contra la socavación.

2. Excavaciones en zonas urbanas edifica-das y con bajo nivel freático:

• Pasos inferiores.• Vaciados para creación de sótanos.

3. Revestimientos excavaciones subterráneas:• Túneles profundos.• Túneles con escaso recubrimiento.

4. Recalces de edificios con cimientos defi-cientes o en las que se producen modificacionesen su forma de trabajo:

• Recalces para la realización de excava-ciones adyacentes al edificio.

• Refuerzo por fallo en el cimiento.• Creación de nuevos cimientos en edificios

antiguos de fábrica de piedra o ladrillo.5. Creación de barreras resistentes e imper-

meabilizantes.

7.2.7.5 Antecedentes históricos

- A mediados de los años 60 se realizan lasprimeras experiencias en Japón.

- Durante los años 70 se sistematiza su empleoen Japón (Nakanishi, Yahiro).

- A principio de los años 80 se introduce enEuropa vía Italia y Alemania.

- A mediados de los años 80 se introduce enEspaña con tecnología europea.

- A finales de los años 80 lo empieza arealizar el grupo Terratest.

- Actualmente se encuentra en fase de grandesarrollo, con nuevas aplicaciones, la másimportante de las cuales es la relacionada con lasprospecciones petrolíferas, con las bombas deautopresión.

Figura 7.33Aspecto de columnas realizadas por inyección de alta

presión

Figura 7.32Límites de aplicación de distintos tratamientos de inyección

Arcilla Limo Arena Grava

Porcentajeen peso(%)

100

50

0

Inyecciónde cemento

Inyecciónquímica

Inyección a alta tensión("Jet grouting")

0.002 0.06 2.0 6.0Tamaño de partículas


7.2.7.6 Ejemplos

Se exponen a continuación tres ejemplos deobras realizadas con la técnica del “jet grouting”:

1) Barrera impermeable2) Recalce de falso túnel ferroviario3) Recalce de edificio

Ejemplo 1. Ejecución de una barrreraimpermeable con columnas de “jet grouting”.Figuras 7.34 y 7.35

El primer caso que se expone consiste en laexcavación bajo el nivel freático, en terrenogranular, con protección lateral de muros pantalla,en centro urbano.

La sección tipo del terreno estaba constituidapor las siguientes capas:

- Capa de rel lenos (hasta 1,00 m deprofundidad).

- Estrato de arcillas y limos (entre 1,00 m y4,00 - 6,00 m).

- Estrato de gravas con matriz limo-arenosa(entre 4,00 - 6,00 m y 20,00 - 25,00 m)

- Capa de arcillas y limos de profundidadindeterminada.

ProblemáticaEntrada de agua bajo pantallas.

Descenso del nivel freático, pudiendo provocarasientos en los edificios.

Solución adoptadaLa solución se constituyó como alternativa a

empotrar más el muro pantalla para aumentar elrecorrido del agua, ante la imposibilidad delocalizar el estrato impermeable.

Se ejecutó un tapón de “jet grouting”, deespesor variable entre 2 y 4 m, antes de realizar laexcavación interior. Se construyeron columnas de1,4 m de diámetro mediante la técnica doble, conseparación de 1,20 m entre sí.

N.F.

Muro pantallade hormigónGravas

e=0,80SOBREPRESIÓN JET GROUTING

ImpermeableResistente

2 a 4 m

-16,00

S

D

D=1,40 mS =1,20 m

Figura 7.34Ejemplo 1.

Esquema de laactuación

Jet tipo

Velocidad de subida

Velocidad de rotación

Presión de corte

kg/m de columna

Tobera inyección de agua

Tobera relleno de cemento

Densidad de la mezcla C

Dosificación A/C

Presión de aire

Presión de lechada

T - 3

5 min/m

10 - 12 r.p.m.

450 kg/m

650 kg/m

1 x 3 mm

2 x 6 mm - 8 mm

1.750 kg/m3

1 : 1,75

7 kg/cm2

10 - 20 kg/cm2

Figura 7.35Ejemplo 1.Parámetros dela actuación


Solución adoptadaSe propuso efectuar un tratamiento de mejora

del terreno, con objeto de conseguir la transmisiónde esfuerzos al nivel margoso, por medio decolumnas de “jet grouting”.

Se planteó la distribución de columnas en doso tres líneas bajo las zapatas, según los casos,dependiendo de la anchura de las mismas,perforando a través de las zapatas ejecutadas(véase la figura 6.37).

Se real izó una per foración inicial arotopercusión (con control de la dureza del terreno)y a continuación, se llevó a cabo una segundaperforación, para situar toberas de inyección, contrialeta.

Se realizó una inyección primaria, efectuadacon objeto de rellenar huecos (tratamiento de “jetgrouting” simple a 10 kp/cm2)

La inyección pr incipal del t ratamientopropiamente dicho se realizó mediante “jetgrouting” doble, con las siguientes características:

- Presión de agua de 450 kg/cm2, medianteuna tobera φ 4 mm.

- Presión de lechada entre 5 y 10 kg/cm2,mediante dos toberas φ 8 mm.

- Tiempo de persistencia de la inyección de 6min/m de columna.

- El diámetro de columnas fue en todos loscasos superior a 100 cm.

Las condiciones de proyecto bajo las que seejecutaron los trabajos son:

Se estableció que la tensión en las columnasfuese inferior a 20 kg/cm2.

Se estableció que la máxima tensión en elestrato de margas no superase los 2,5 kg/cm2.

Ejemplo 2: recalce de falso túnel para usoferroviario con “jet grouting”.Figuras 7.36 y 7.37

El ejemplo que se expone a continuación serefiere al proceso de construcción de una estructurade gran ent idad compuesta por muros dehormigón apoyados sobre zapatas. Los murosser vían de apoyo a una ser ie de bóvedasprefabricadas también de hormigón.

PatologíaUna vez ejecutada buena parte de la obra, se

detectó la existencia de asientos centimétricos enlas zapatas extremas, las cuales, en ese momentoestaban sometidas únicamente al peso propio delos muros construidos.

Tras un estudio inicial, se determinó que lacausa de los asientos del cimiento directo era laescasa capacidad portante del terreno; ésteestaba compuesto por los siguientes estratos:

- Rellenos antrópicos en el estrato inicial, conuna profundidad de 1,50 m a 7,00 m.

- Arcillas limosas deformables.

- Margas arcil losas, con intercalacionesconglomeráticas, a partir de 2,5-10,5 m según lossondeos.

CondicionantesEl condicionante pr incipal sobre las

actuaciones posibles radicaba en la falta dedisponibilidad de espacio en planta, puesto que seencontraba en servicio una vía férrea.

Otro problema importante estaba constituidopor la gran variabilidad de la profundidad delhorizonte resistente de margas entre las distintaszonas.

Por ú l t imo, ha de tenerse en cuenta lanecesaria urgencia en la ejecución y el hecho deque las actuaciones a real izar es tabancontempladas en el proyecto.


0,20 0,30

0,50

8,25

11,50

7,00

15,00

5,20

2,95

6,10

3,50

0,25

1,00

Variable

Variable

0,40

Tubo dren

Manta filtrante

9,13

8,25

0,38

BÓVEDAS PREFABRICADAS

Figura 7.36Ejemplo 2. Esquema del ámbito de intervención

1,15 1,00 2,75

4,90

1,17

1,17

1,17

1,17

1,17

1,17

1,17

1,17

1,15 1,00 3,35

5,50

1,50

1,50

1,50

1,50

1,50

1,50

Figura 7.37Ejemplo 2. Esquemas en planta de los recalces de zapatas


ARCO DE DESCARGA

POZO DE HORMIGÓN

Figura 7.39Ejemplo 3.Estado del

edificio antes dela intervención

Figura 7.38Ejemplo 3.

Planta de unaparte de la

intervención


Ejemplo 3: recalce de edificios de viviendascon “jet grouting”. Figuras 7.38 a 7.40

TipologíaLa actuación se produjo sobre un edificio del

siglo XX, compuesto por planta baja y 6 alturas. Eledificio contaba con un cimiento de pozoscirculares aislados de hormigón en masa de 1 mde diámetro y aproximadamente 5,50 m deprofundidad.

La estructura estaba compuesta por muros decarga de ladrillo en cerramientos exteriores, pilarescentrales y forjados unidireccionales.

Patología- Fisuración generalizada por asentamiento

diferencial de la cimentación.- El problema tenía mayor incidencia en los

elementos de unión más débiles, como los núcleosde escalera y los paramentos verticales.

Los sondeos revelaron un terreno de apoyocompuesto por rellenos antropicos, en los 2 a 4 msuperiores y arenas arcillosas hasta 3 a 6,5 m deprofundidad, que se apoyaban en peñuelas sanas.

Solución adoptada- Se construyerón columnas de 600 mm de

diámetro, empotradas 1,5 m en las peñuelassanas.

- Se sitúan 3 columnas por punto de carga.- Se extiende la solución a toda la estructura.- De acuerdo con las cargas transmitidas por la

estructura, la tensión máxima en las columnas noresultó superior a 9 kg/cm2.

- Se llevó a cabo la penetración por rotaciónpara atravesar los pozos de cimiento existentes, ycon trialeta para continuar en el terreno.

Condicionantes- Espacio reducido.- Excavación bajo forjados.- Flexibilidad para adaptar el recalce a la

cimentación que se iba descubriendo y al espaciodisponible.

Aros de descarga

Pozo dehormigón O120

0,60

0,60 0,60

0,40

1,00

0,25

0,60

Columnas de "jet grouting"

Pozo de hormigón existente

0,40

2,00

2,10

9,25

4,75

0,47

2,10ºMEDIANERIA

EXTERIORINTERIOR

0,47

0,40

0,40

Figura 7.40Ejemplo 3. Detalle de recalces de pozos de zapata aisladay zapata carrida en fachada


El procedimiento consiste en la hinca de un tu-bo con la parte inferior cerrada, mediante golpeoo por vibración del tubo.

Una vez alcanzada la profundidad de laperforación se rellena el tubo con material granu-lar, que se compacta por tongadas mientras seva extrayendo la tubería. El tapón queda perdi-do en el fondo. La densificación se produce porel desplazamiento del suelo original y por la vi-bración de la hinca del tubo.

En la figura 7.41 se compara el resultadode la mejora de un terreno aplicando los proce-dimientos de vibroflotación y pilotes de com-pactación.

Desde la aparición de los nuevos metodoscomo el “jet grouting” o la vibrocompactación,este sistema no se emplea excesivamente.

7.2.8.2 Congelación del terreno

Se trata de una técnica de mejora de terre-nos con carácter provisional, encaminada a faci-litar la realización de excavaciones y recalces.

Se pueden realizar congelaciones de terrenobien para incrementar temporalmente la capaci-dad portante o bien para dotarlo de impermea-bilidad con el fin de proteger las zonas de exca-vación de la penetración de las aguas freáticaso de cualquier otro origen.

El sistema consiste en la recirculación de lí-quido refrigerante a muy baja temperatura a tra-vés de una red de tubos introducidos en el terre-no; ésto provoca la congelación del terreno cir-cundante.

Se necesita un fuerte aporte contínuo deenergía para las máquinas frigoríficas y los siste-mas de recirculación. Una vez realizados la ex-cavación y el cimiento, se descongela el terrenointroduciendo agua caliente por la misma red yse desmonta el sistema.

7.2.8 Otros tratamientos

7.2.8.1 Pilotes de compactación

Este procedimiento se basa en el incremen-to de la compacidad del terreno mediante lahinca de pilotes de desplazamiento. Comoejemplo se puede mencionar la hinca de pilotesde madera en la construcción de terraplenespara carreteras.

Los pilotes de desplazamiento suelen ser dearena o grava y se aplican fundamentalmente enterrenos flojos. Se pueden alcanzar profundida-des hasta de 20 m.

Figura 7.42Maquinaria de

inyección

2 3 4 5 6 7 840

50

60

70

80

90

100

Espaciamiento entre puntos de tramiento

Den

sidad

rela

tiva

%

Vibroflotación

Pilotes decompactación

Dr media

Dr mínimaDr media

Dr mínima

Figura 7.41Comparación

entre losresultados de

compactaciónpor los métodos

de vibroflotacióny de pilotes decompactación


Esta técnica tiene un elevado coste y sola-mente se utliliza en casos muy especiales comopor ejemplo:

- Cuando los otros sistemas han sido recha-zados por motivos técnicos.

- Si se compromete la estabilidad de la pro-pia edificación o de la colindante (porejemplo en edificios histórico-artísticos).

- Cuando la capa impermeable está dema-siado profunda y resultaría muy caro bajarhasta ella con otros métodos: pantallas, in-yecciones, etc.

7.2.8.3 Explosivos

Con la aplicación de este método se consi-gue una gran uniformidad en la compactación.Se trata de un procedimiento rápido y económi-co que no precisa de maquinaria especial.

Se aplica preferentemente en terrenos granu-lares flojos con pequeño contenido de limos, me-diante la explosión de cargas dentro del terreno,lo que origina su licuefacción y posterior consoli-dación. También se puede aplicar sobre terrenosareno-limosos, en los que se consigue mejorar lacapacidad portante o la compacidad.

Presenta una serie de inconvenientes entrelos que se pueden destacar los siguientes:

• Efectos de las explosiones sobre los edifi-cios próximos. Puede decirse que fueradel radio de acción de la carga explosi-va tales efectos tiene un carácter débil.

• Factor psicológico negativo asociado.• Laboriosidad del cumplimiento de la nor-

mativa referente al trabajo con explosivos.

En lugar de esta técnica puede recurrirse alempleo de productos expansivos no explosivosque evitan muchos de estos problemas

7.2.8.4 Terrenos estabilizados

Se trata de mejoras de terreno para su utili-zación en bases y subbases para la construcción

de viales, carreteras, etc. En el Pliego Generalde Carreteras PG3 se describen los siguientes ti-pos de mejora:

Estabilizados in situ con cal (PG3, Artículo 510)Consiste en la realización de una mezcla,

convenientemente compactada de terreno, cal yagua, que se efectúa con el fin de modificar de-terminadas propiedades de los terrenos.

Los materiales a estabilizar serán terrenos omateriales locales exentos de materia vegetal yorgánica en cantidades perjudiciales. No debe-rán contener partículas de tamaño superior a 80mm o a la mitad del espesor de la tongada com-pactada. El rechazo del tamiz 0,080 UNE seráinferior al 85 % en peso. El proceso de ejecu-ción es el siguiente:

• Distribución de la cal• Mezclado• Compactación de la mezcla• Curado final

Estabilizados con productos bituminosos(PG3, Artículo 511)

Consiste en la mezcla íntima, conveniente-mente compactada, de terreno, agua, ligante bi-tuminoso y eventualmente adiciones, cuyo fin esmejorar las características resistentes del terreno,disminuyendo su capacidad de absorción deagua y/o aumentando su cohesión, por efectode la incorporación del ligante bituminoso.

Figura 7.43Tratamiento decongelación


Figura 7.44Cuadro resumen de métodos de mejora del terreno

Método de mejora del

terreno

Sustitución

Precarga

Compactacióndinámica

Sustitucióndinámica(“puits ballastes”)

Vibroflotación y vibrosustitución

Definición

Excavación del terre-no original y sustitu-ción por otros mate-riales que son com-pactados posterior-mente

Aplicación de pre-sión sobre la superfi-cie del terreno conrellenos de tierra otanques de agua,antes de colocar lacarga estructural

Aplicación repetidade impactos sobre lasuperficie del terrenopor medio de la caí-da libre de un pesodesde cierta altura

Punzonamiento delterreno con una ma-za y relleno del crá-ter resultante con gra-va que se golpeanuevamente

Aplicación de vibra-ción al terreno paradensificarlo. Adiciónde gravas o de otrosmateriales

Profundidadde actuación

≤ 3 m

Dependede la

sobrecargautilizada

≤ 30 m

Depende de lascaracterísticasdel terreno y dela energía de losimpactos

6-20 m

Tipo de terreno

De nula o baja ca-pacidad portante (re-llenos, arcillas, limos,tierra vegetal)

Cohesivos blandos.También rellenos, li-mos orgánicos e inor-gánicos, turbas, etc.

Mayor eficacia enterrenos granularesde gran permeabili-dad (bolos, gravas,escolleras, zahorras,arenas con < 15%en limos). Tambiénse aplica en terrenoscohesivos saturadosy poco permeables

Arcillas y limos blan-dos o muy blandos

- Granulares para lavibroflotación

- Cohesivos para lavibrosustitución

Ámbitode aplicación

Cimientos, aparca-mientos, viales, terra-plenes, pedraplenesy construcciones bajoel agua

Cuando existen car-gas ligeras y unifor-mes sobre el terreno

Consolidación devertederos, naves, si-los, carreteras, aero-puertos, presas demateriales sueltos, di-ques y estructurasportuarias

Similar al de la com-pactación dinámica

Vibroflotación, idealpara grandes car-gas. Vibrosustituciónideal para cargasmedias y ligeras

Observaciones

El material de susti-tución y el grado decompactación de-penden de la aplica-ción

- Elevado tiempo deconsolidación (meses)- Elevado coste- Complejidad deaplicación- Puede afectar a es-tructu-ras colindantes

Superficie de aplica-ción mínima, estima-da en 15.000 m2

Distancia mínima deseguridad de 20-30m respecto a estructu-ras colindantes

Muy importante elcontrol de la evolu-ción de las presio-nes intersticiales delterreno

Para aumentar la ca-pacidad portante dezonas débiles . Parareducir posibles asien-tos producidos porcargas verticales


Método de mejora del

terreno

Inyecciones

“Jet grouting”

Pilotes de com-pactación

Congelación

Explosivos

Terrenos esta-bilizados

Definición

Introducción de unmaterial a altas pre-siones (morteros líqui-dos, inestables o esta-bles). Básicamente seconsigue reducir lapermeabilidad y au-mentar la densidad

Inyección de lechadade cemento a altapresión creando co-lumnas de terreno-ce-mento que rompe elterreno y se mezclacon él

Hinca de pilotes dedesplazamiento:grava o arena

Recirculación de líqui-do frigorífico a bajatemperatura para con-gelar el terreno

Explosión de cargasen el interior del terre-no, lo que origina sulicuefacción y poste-rior consolidación

Adición al terreno demateriales (cal, cemen-to, bituminosos, grava-cemento, grava-emul-sión, grava-escoria)

Profundidadde actuación

≤ 4 m

20 m

Tipo de terreno

No aplicables en ar-cillas o morteros pa-ra morteros líquidos.Tamaño de partícu-las del terreno entre5-10 mm para morte-ros inestables

Granulares (arenas ygravas) y cohesivos(limos y arcillas)

Terrenos flojos

Terrenos con nivelesfreáticos altos

Granulares flojos conpocos limos

Ámbitode aplicación

Mejora o consolida-ción de terrenos y ci-mientos, pantallaspara excavación, im-permeabilizar el te-rreno

Excavaciones y ci-mientos con nivel fre-ático, revestimientode túneles, mejora yrefuerzo de cimientosexistentes, pantallas

Bases y sub-bases decarreteras y viales

Observaciones

Es importante el con-trol de la presión deinyección

Creación de colum-nas desde 0,50 a3,00 m de diáme-tros

Casos especiales de-bido a su alto coste

Nivel de control alto.Afección a edificioscolindantes

Figura 7.44Cuadro resumen de métodos de mejora del terreno (continuación)

* La profundidad de actuación depende de la cota de superficie del terreno


Los terrenos a estabilizar serán de proceden-cia local que puedan ser pulverizados económi-camente, exentos de cantidades perjudiciales demateria orgánica, arcillas de alta plasticidad omateriales micáceos. El procedimiento de ejecu-ción será el que se indica a continuación:

• Mezclado “in situ” o en central• Compactación

Estabilizados con cemento (PG3, Artículo 512)Consiste en la mezcla íntima, conveniente-

mente compactada, de terreno, cemento, agua yeventualmente adiciones, a la cual se le exigenunas determinadas condiciones de insusceptibili-dad al agua, resistencia y durabilidad.

Los materiales a estabilizar con cemento se-rán terrenos, materiales locales o escorias, exen-tos de cantidades tales de materia vegetal u or-gánica, o cualquier otra sustancia que perjudi-que el fraguado del cemento.

Dichos materiales tendrán un tamaño máximoinferior a la mitad del espesor de la tongadacompactada, sin exceder de 80 mm y no conten-drán más de un 80 % en peso de elementos rete-nidos por el tamiz 2 UNE, ni más de un 50 % deelementos que pasen por el tamiz 0,080 UNE.

Por término general, la fracción cernida porel tamiz 0,40 UNE cumplirá las condiciones si-guientes: LL < 35, IP < 15. El proceso de ejecu-ción es el que se indica a continuación:

• Preparación del terreno• Mezclado mediante

- Método de mezcla “in situ”- Método de mezcla en central

• Compactación• Ejecución de juntas• Curado de la mezcla

Grava-cemento (PG3, Artículo 513)Consiste en una mezcla homogénea de ári-

dos, cemento, agua y eventualmente adicionesque, convenientemente compactada, se utilizaen la construcción de firmes de carretera.

Los áridos utilizados serán naturales o proce-dentes del machaqueo y trituración de piedra decantera o grava natural. Serán limpios, sólidos yresistentes, de uniformidad razonable, exentosde polvo, suciedad, arcilla y otros materiales ex-traños. El proceso de ejecución será el siguiente:

• Preparación de la superficie• Fabricación de la mezcla• Transporte de la mezcla• Vertido y compactado de la mezcla• Ejecución de las juntas• Curado

Grava-emulsión (PG3, Artículo 514)Consiste en la mezcla íntima de áridos, emul-

sión asfáltica y agua, que convenientementecompactada, se utiliza para la construcción decapas de firmes de carreteras. Los áridos utiliza-dos serán de características similares a las delcaso anterior. El proceso de ejecución será elque se indica a continuación:

• Preparación de la superficie• Fabricación de la mezcla• Transporte de la mezcla• Extensión y compactación• Juntas de trabajo• Curado

Grava-escoria (PG3, Artículo 515)Consiste en una mezcla homogénea de ári-

dos, escoria granulada de alto horno, cal yagua, que convenientemente compactada, seutiliza en la construcción de firmes de carreteras.

Los áridos utilizados serán naturales o proce-dentes del machaqueo y trituración de piedra decantera o grava natural.

Serán limpios, sólidos y resistentes, de unifor-midad razonable, exentos de polvo, suciedad,arcilla y otros materiales extraños. El proceso deejecución será el que se indica a continuación:

• Preparación de la superficie• Fabricación de la mezcla• Transporte y vertido• Compactación y acabado

7. MEJORA DEL TERRENO - · PDF filela capacidad portante del pilote, con el consiguiente...

Documents

Transcript of 7. MEJORA DEL TERRENO - · PDF filela capacidad portante del pilote, con el consiguiente...