COLUMNAS DE GRAVA (ROCA)

COLUMNAS DE GRAVA

La construcción de columnas de roca es un método actualmente usado para incrementar la capacidad de carga de cimentaciones superficiales sobre estratos de arcilla blanda.

Consiste generalmente en introducir un vibroflot mediante un chorro de agua en el estrato de arcilla blanda para hacer un agujero circular que se extienda a través de la arcilla hasta suelo más firme. El agujero se rellena entonces con una grava seleccionada. La grava en el

agujero es gradualmente compactada al retirar el vibrador. La grava usada para la columna de roca tiene tamaños que varían de

entre 0.25 y 1.5 pulg (6 - 40 mm). Las columnas de roca tienen usualmente diámetros de 1.6 – 2.5 pies (0.5

– 0.75 m) y son espaciadas a distancias de 5 -10 pies (1.5 - 3 m) entre centros.

COLUMNAS DE GRAVA

Después de la construcción de las columnas de piedra, siempre debe colocarse un material de relleno sobre la superficie del terreno y compactarse antes de la construcción de la cimentación.

1. Determine el área de la sección transversal AS de la columna de roca.

2. Determine el área promedio de la cimentación AF de la columna.

3. Calcule la relación AF/AS.4. Estime la resistencia cortante no drenada, Cu, de la arcilla y

el asentamiento probable SF de una cimentación de columna suponiendo que fue construida sin las columnas de piedra.

5. Con valores conocidos de AF/AS y Cu, determine la relación SF/SS (SS = asentamiento probable de la cimentación construida sobre columnas de roca).

6. Con valores conocidos de SF y SF/SS, calcule SS.

Asentamiento de cimentación construida sobre columna de roca.

COLUMNAS DE GRAVA

Hughes y otros (1975) proporcionaron una relación aproximada para la capacidad admisible de carga (q adm) de columnas de roca, que se expresa como:

qadm=tan2(45+

φ2)

FS×(4Cu+σ

′F)

donde: FS = factor de seguridad ( = 1.5 a 2).Cu = resistencia cortante no drenada de la arcilla.σ'F = esfuerzo radial efectivo medido por un presurímetro (= 2Cu).

Las columnas de roca trabajan más efectivamente cuando se usan para estabilizar una gran área donde la resistencia cortante no drenada del subsuelo varía entre 200 y 1000 lb/pie2 (10 – 15 kN/m2) que cuando se usan para mejorar la capacidad de carga de cimentaciones estructurales (Bachus y Barksdale, 1989).

Los subsuelos más débiles que los anteriores no proporcionan suficiente soporte lateral para las columnas de roca. Para el mejoramiento de grandes sitios, las columnas de roca son más efectivas a un profundidad de entre 20 y 30 pies (6 – 10 m).

COLUMNAS DE GRAVA

Bachus y Barksdale dieron las siguientes directrices generales para el diseño de columnas de rocas para estabilizar grandes áreas:La razón de reemplazo de área, aS, para las columnas de roca se expresa como::

donde: AS = área de la columna de rocaA = área total dentro de la celda unitaria

Para el mejoramiento de grandes sitios, las columnas de roca son más efectivas a una profundidad de entre 20 y 30 pies (6 – 10 m)

La figura (a) muestra la vista en planta de varias columnas de piedra, y la figura (b) la descripción de una celda unitaria de una columna de roca.

𝑎𝑆=𝐴𝑆

𝐴

Idealización de celda unitaria de una columna de roca (según Bachus y Barksdale, 1989).

COLUMNAS DE GRAVA

Para un patrón triangular equilátero de columnas de roca

donde: D = diámetro de la columna de rocas = espaciamiento entre las columnas de roca

Cuando se aplica un esfuerzo uniforme por medio de una operación de relleno a un área con columnas de roca para inducir consolidación, se presenta una concentración de esfuerzos debido al cambio de la rigidez entre las columnas de roca y el suelo que las rodea.

𝑎𝑆=0.907(𝐷𝑠 )2

El factor, n’, de concentración de esfuerzos se define como:

𝑛′=𝜎 𝑆

𝜎𝐶

donde: σS = esfuerzo en la columna de rocaσC = esfuerzo en el suelo de la subrasante

COLUMNAS DE GRAVA

Las relaciones para σS y σC son:

donde: σ = esfuerzo vertical promedioμS, μC = factores de concentración de esfuerzos

La variación de μS y aS y n’ se muestra en la figura. El mejoramiento del suelo debido a las columnas de roca se expresa como:

donde: St = asentamiento del suelo tratadoS = asentamiento total del suelo no tratado

𝜎 𝑠=𝜎 [ 𝑛 ′1+(𝑛′−1)𝑎𝑠

]=𝜇𝑠𝜎 𝜎 𝑐=𝜎 [ 𝑛 ′1+(𝑛 ′−1)𝑎𝑠

]=𝜇𝑐𝜎

Factor de concentración de esfuerzos, n’

COLUMNAS DE GRAVA

Reducción de los asientos totales y diferenciales

Aceleración del proceso de consolidación Aumento de la capacidad portante del suelo Aumento de la estabilidad frente a

deslizamientos Reducción de la posibilidad de licuefacción del

suelo

Aplicaciones

Justificación Terraplenes.

Tanques de almacenamiento.

Accesos a puentes. Edificaciones de gran

extensión y poca altura.

PILOTES DE COMPACTACIÓN DE

ARENA

PILOTES DE COMPACTACIÓN DE ARENA

Bajo ciertas circunstancias, los pilotes se hincan en suelos granulares para lograr una compactación apropiada del suelo cercano a la superficie del terreno, y se denominan pilotes de compactación. Su longitud depende de factores como:

Definición

a) la compacidad relativa del suelo antes de la compactación,

b) la compacidad relativa deseada del suelo después de la compactación y

c) la profundidad requerida de compactación. Son generalmente cortos; sin embargo, algunas pruebas de campo son necesarias para determinar una longitud razonable.

Este procedimiento se basa en el incremento de la compacidad del terreno mediante la hinca de pilotes de desplazamiento. Como ejemplo se puede mencionar la hinca de pilotes de madera en la construcción de terraplenes para carreteras. Los pilotes de desplazamiento suelen ser de arena o grava y se aplican fundamentalmente en terrenos flojos. Se pueden alcanzar profundidades hasta de 20 m.

PILOTES DE COMPACTACIÓN DE ARENA

Comparación entre los resultados de compactación por los métodos de vibroflotación y de pilotes de

compactación.

Maquinaria de Inyección.

PILOTES DE COMPACTACIÓN DE ARENA

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

Procedimiento

El procedimiento consiste en la hinca de un tubo con la parten inferior cerrada, mediante golpeo o por vibración del tubo

Una vez alcanzada la profundidad de la perforación se rellena el tubo con material granular, que se compacta por tongadas mientras se va extrayendo la tubería. El tapón queda perdido en el fondo. La densificación se produce por el desplazamiento del suelo original y por la vibración de la hinca del tubo.

PILOTES DE COMPACTACIÓN DE ARENA

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

Procedimiento

El procedimiento consiste en la hinca de un tubo con la parten inferior cerrada, mediante golpeo o por vibración del tubo

Una vez alcanzada la profundidad de la perforación se rellena el tubo con material granular, que se compacta por tongadas mientras se va extrayendo la tubería. El tapón queda perdido en el fondo. La densificación se produce por el desplazamiento del suelo original y por la vibración de la hinca del tubo.

PILOTES DE COMPACTACIÓN DE ARENA

Características

Los pilotes para compactación de arena son similares a las columnas de roca y son usados en sitios marginales para mejorar la estabilidad, controlar la licuefacción y reducir el asentamiento de varias estructuras.

Esos pilotes aceleran considerablemente el proceso de disipación de la presión de poro del agua y por consiguiente el tiempo para la consolidación cuando se construye en arcilla blanda.

Los pilotes de compactación de arena se construyen hincando un mandril hueco con su fondo cerrado durante el hincado. Durante el retiro parcial, las puertas del fondo se abren. Se vierte arena desde la parte superior abierta del mandril y se compacta en etapas aplicando aire a presión conforme el mandril se retira.

Los pilotes son usualmente de 1.5 – 2.5 pies (0.46 – 0.76 m) de diámetro y se colocan aproximadamente entre 5 y 10 pies (1.5 – 3 m) entre centros. El patrón en planta de los pilotes de compactación de arena es el mismo que el de las columnas de roca.

PILOTES DE COMPACTACIÓN DE ARENA