REVISTA DE OBRAS PUBLICAS, Enero 1985. Págs. 13 a 24

Refuerzo de cimentaciones mediante inyeccionesde cemento-bentonita (e)

Por V. ESCARIO UBARRIIngeniero de Caminos. Canales y Puertos, M. S. Uoiv. Harvard. Consultor

J. M. RODRIGUEZ ORTIZIngeniero de Caminos. Cana fes y Puertos, EAT, S. A.

F. MUZAS LABADIngeniero de Caminos, Canales y Puertos. Cimentaciones Especiales, S. A. (Rodio)

Se describen tres casos donde el refuerzo de las cimentacionesmediante inyecciones de cemenro·bentoníta resultó más económico yeficaz que otras soluciones de recalce. El principal problema con estetipo de tratamientos estriba en la dificultad de controlar el proceso deejecución y los resultados obtenidos. Mediante nivelaciones de aftaprecisión (± O, 1 mm.) se ha procurado información diaria detallada dela respuesta de las estructuras al tratamiento, pudiéndose asl resolversatisfactoriamente dicho problema. Se consiguió una estabilizacióncompleta en cada punto sin que quedaran flJovimientos residuales. Lamejore general del terreno tiene la ventaja sobre el recalce local deeliminar también los movimientos de las soleras. Se puede aplicar enalgunos casos sin penurbar prácticamente el trabajo normal en lasinstalaciones.

1. INTRODUCCION

Se describen tres casos di­ferentes de refuerzo de cimen·taciones por medio de inyec­ciones de cemento-bentonitao cemento puro. Todos ellosse refieren a condiciones enlas que el fenómeno de di·solución del yeso fue el factordeterminante. Esta es la razónpor la que en varios sitios sehace mención a fenómenoscársticos. Pero, realmente, elprincipal problema tratado noha consistido en ningún casoen el relleno de cavernas ogrietas, sino en la estabiliza-

(·l Trabajo presentado al VIICongreso Europeo de Mecánica delSuelo y Cimentaciones. Helainkí.1983.

'U) Se admiten comentariossobre el presente articulo. que po­drán remitirse a la Redacción deesta Revista hasta el 31 de abrilde 1985.

ENERO 1986

ción de los residuos o zonasblandas originadas como con·secuencia de procesos de estanaturaleza. Los .métodos des­critos son por tanto aplicablesa otras situaciones similaresen las que sea preciso esta­bilizar otros tipos de depósi­tos blandos o flojos. El lectorencontrará, sin embargo, unagran diferencia entre los dosprimeros casos, por un lado, yel tercero por otro. En esteúltimo, el tratamiento se eje­cutó siguiendo lo que pudierallamarse el sistema tradicio­nal. es decir, inyectar por pro­cedimientos más o menos ins­tintivos, con solamente uncontrol ligero de los resulta­dos. Pero lo que se trató deconseguir en el primer casoque se describe, y con éxito,fue establecer un sistema detrabajo perfectamente instru­mentado con el fin de conocer

en cada momento del trata·miento la respuesta de lascimentaciones. La direcciónde la obra puede de esta fur·ma tener una idea clara de loque está sucediendo y adaptarla intensidad y distribución delas inyecciones de acuerdo

. con la misma. El segundocaso es la aplicación posteriordel mismo pro.cedimiento auna situación menos entica.

2. REFUERZO DE LASCIMENTACIONES DELA NAVE DEMAYORISTAS DEPESCADOS DEMERCAMADRID

2.1 . Descripción general

Mercamadrid, S. A. es unaempresa pública creada paraproporcionar instalaciones ade­cuadas a los mayoristas de las

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REFUERZO DE CIMENTACIONES MEDIANTE INVECCION DE CEMENTO-BENTONITA

Fig. 2.-Sección transversal esquemática del terreno y la nave de pescadosde Mercamadrid.

2.2. Características delterreno

El emplazamiento está si­tuado sobre las formacionesterciarias de Madrid constitui­das por horizontes subhorizon­tales de arcillas o margas gri­ses duras, con un límite 1(­quido de 55 a 75 y un índicede 'plasticidad de 30 a 45.Intercaladas se encuentran ca­pas de yeso que pueden al­canzar un espesor de variosmetros. Estos horizontes deyeso no están generalmentecarstificados en otras zonasde Madrid, pero en el área queestamos considerando, este fe­nómeno es muy común. de­bido probalemente a la exis­tencia de grietas y fallas quepermitieron la circulación deagua.

Los procesos cársticos die­ron· lugar a la formación dedolinas y frentes de disoluci6nque originaron perfiles del te­rreno del tipo representado enla figura 2. En ella puede versec6mo los estratos de yeso, ensu proceso regresivo, dejaronen el borde un depósito dedetritus formado por los re­siduos de la arcilla que pu­diera existir intercalada, asícomo por los suelos que que­daban situados por encima de

Terreno firme

la nave están constituidas es­tructuralmente por dos panta­llas paralelas de hormigón ar­mado. mientras que 'Ias delper(metro tienen en plantauna forma en 71'. Las pantallasde hormigón armado estáncimentadas a unos 3 metrosde profundidad por medio dezapatas corridas.

Parte de la nave queda si­tuada en desmonte y parte enrelleno, como puede verse enlas figuras 1 y 2. Tan prontocomo se terminó la construc­ción se detectaron asientosimportantes en la zona cimen­tada en rellenos, con veloci­dades que no tend(an a dis­minuir con el tiempo y que,dada su magnitud, requerianuna rápida aplicación de me­didas correctoras.

--- .. -.....

Niveles

- _C~~I~ :,:~I~ "l\t._~~m~De~.~~~~.U.b~.iO;'.S~.:~~I.?~!OS;...~·~~~~'~~~C~!.~I·tc~,· 't3"~.''~'~';~:~:~'.'.:~.>~.m~':il:".~.;:........ '"," ~. Í"'.

Fig. 1.-Planta de la nave de pescados de Mercamadrid.

distintas ramas de la alimen­tación en Madrid. Hace algu­nos años se adquirió una ex­tensa zona para construir to­das estas instalaciones en lasproximidades de la villa, des­pués de valorar los riesgosque supon(an las característi­cas del terreno, donde se sa­bía existían fenómenos cársti­cos relacionados con las for­maciones yes(feras. JiménezSalas y Serrano (1975) estu­diaron en un informe generalla localizaci6n de los horizon­tes cársticos, as( como lospeligros involucrados en la uti­lización de las distintas áreasdisponibles.

La nave para los mayoristasde pescado, que es el tema aque se refiere esta parte deltrabajo. se representa en plan­ta en la figura 1. En la figura 2se da asimismo un croquis dela sección transversal tipo dela nave. Como puede obser­varse, consiste en esencia enuna estructura metálica contres luces independientes sim­plemente apoyadas en lo quedenominaremos pilas. Las pi­las encierran en su interior tospuestos individuales del mer­cado (2 641. Las que estánsitua'das en la parte central de

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la capa en disolución. Estehorizonte de detritus está muyflojo, debido al tipo de for­mación que se ha descrito, yestá constituido asimismo porarcillas muy plásticas, con 1(­mites de Atteberg similares alos citados para las arcillasterciarias, y con contenidos dehumedad aproximadamenteun 20 por 100 por encima delI(mite plástico. La capa de te­rreno compactado situada porencima de los detritus estáformada por arcilla de la mis~

ma naturaleza.

Se efectuaron varios ensa­yos de penetraci6n dinámica(puntaza cuadrada de 40 mm.de lado y 172 mm. de lon­gitud, masa de 63,5 kp. Y al­tura de carda de 60 cm.). Losconteos de golpes fueron ba­jos, variando en general entre5 y 10 por cada 20 cm. depenetraci6n. En la zona decontacto de los detritus con elterreno firme resultaron enmuchos casos próximos a O.La capa freática se encuentrapróxima a dicho contacto en­tre los detritus cársticos y lasarcillas duras inferiores.

2.3. Análisis dela situacióny soluciones adoptadas

Se determinaron las velo­cidades de asiento de las dis­tintas pilas, que resultaron va­riar en la zona problemáticaentre 3 y 5 mm./mes, menosen una de ellas, donde alcan­zaban cerca de 20 mm./mes,inclinándose peligrosamentehacia uno de sus extremos.Las referencias de nivelaciónque se colocaron a diferentesprofundidades mostraron cla­ramente cómo la cuna de los

ENERO 1985

asientos se encontraba en lacapa de residuos cársticos,mientras que la capa de arcillacompactada no, daba lugar aasiento alguno.

Después de estudiar variassoluciones posibles de recal­ce, se tomó la decisión dehacer una mejora general delterreno mediante inyeccionesde cemento-bentonita. Se 1Ie.varon a cabo varios ensayosde inyección durante las fasesprevias de estudio. En uno deellos, después de ejecutada lainyección se excavó un pozohasta los 13 metros de pro­fundidad a que se encontrabael terreno firme. La inspecciónvisual de las paredes del pozomostró cómo la lechada pe­netraba muy bien por fractu­ración ((c1aquage» en francés)en los detritus cársticos, fo~­

mando principalmente venassubverticales de varios cent(~

metros de espesor. Por el con­trario, la inyección práctica~

mente no penetraba en la ar­cilla compactada, salvo en al­gunas fisuras delgadas hori~

zontales en los contactos en­tre tongadas. La explicaciónde esta situación es a nuestroentender que en los detritus latensión principal menor erahorizontal, a causa de la formade deposición descrita, mien­tras que éste no era el caso enel relleno compactado. Porotro lado, al encontrarse muyflojos los detritus del Karst, lalechada tendra a penetrar ha­cia abajo; las grietas aún exis­tentes 'de yeso disuelto en lasproximidades del terreno fir­me aumentaban aún más estatendencia.

2.4. Construcción

2.4.1 . Disposicionesgenersles

El proyecto se redactó detal forma que el volumen deinyección a aplicar bajo laspitas era del 4.5 por 100,mientras que en el resto de lanave era de solamente el 2,5por 100. Estos porcentajes es­tán referidos al volumen desuelo tratad:>, que se extend(adesde la base de las cimen·taciones hasta el terreno fir­me, y son equivalentes a 600y 450 litros por metro linealde taladro, respectivamente,para las mallas que se definenmás adelante. Los dos metrosdel fondo se trataron con can­tidades iguales al doble de lasindicadas, para tener en cuen­ta las posibles cavidades cárs­ticas que aún pudieran existir.Para llevar a cabo este plan,se inyectaron 20 taladros den­tro del área que circunscrib(a acada pila, formando una mallade aproximadamente 4,5 X 3,0metros. Todo el resto del áreapavimentada de la nave setrató con una malla de 4,5 XX 4,0 metros.

2.4.2. CSl1Jcterfsticas de /8lechada

La lechada era una mezclacemento-bentonita con las si­guientes proporciones:

Cemento Portland (P-35o­V, resistente a los sulfatos),450 kp.: bentonita, 35 kp.;agua, 84Ó litros.

En las épocas fr(as se alia­dió a la mezcla el 1,5 por 100de cloruro cálcico con respec­to al peso de cemen'to, con el

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fin de conseguir resistenciasmayores a corto plazo.

Las características de laslechadas fueron como términomedio las siguientes:

Agua libre, 1,6-2,0 por 100;viscosidad Marsh, 62-68 se­gundos; rigidez Swissboring,>4 kPa a las seis horas.

La resistencia a compresiónsimple de probetas de 6 cm.de diámetro por 12 de altura,moldeadas a la presión atmos­férica, fue la siguiente: supe­rior a 0,3 MPa a los tres dfas,0.7 MPa a los siete d(as ymayor de 1,5 MPa a los vein­tiocho d(as; para perfodos denoventa d(as o m~s. las re­sistencias alcanzaron valoresde 2.0 MPa o superiores.

2.4.3. Procedimientos deperforációne inyección

La inyección en la zona pa­vimentada se llevó a cabohincando tuberfa de unos 50milfmetros de diámetro conpuntaza perdida. por 'el pro­cedimiento de rotopercusión,hasta arcanzar rechazo. E$tatuberfa se hada después as­cender en tramos de 0.50 m.,sucesivam·ente. aplicando Joscorrespondientes volúmenesde inyección en cada uno deellos. El tratamiento se dete­n(a cada 2 m. inyectados y nose permit(a reanudar el trabajohasta ,el d(a siguiente.

Dentro del per(metro decada pila la inyección se apli­caba por el procedimiento de­nominado tubo manguito. Coneste objeto,' se empezaba porperforar unos taladros con son­da helicoidal hasta penetrar

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de 1.5 a 2 metros en la arcillafirme inferior. En las perfora­ciones de 10 cm. que de estaforma se preparaban, se colo­caban a continuación tuberiasde acero de 38 mm. de diá­metro con válvulas anti-retor­no cada 0,50 m.; el espacio quequedaba entre la tuberia y eltaladro se rellenaba con unalechada de cemento-bentoni­ta de resistencia final relati­vamente baja. La inyección seejecutaba en cada nivel con laayuda de obturadores, peroefectuando la operación deuna sola vez desde el fondohasta arriba. El volumen equi­valente en cada una de dichasoperaciones se limitaba, sinembargo, a un 20 por 100diario. La principal ventaja deeste procedimiento es quecada taladro se puede reínyec­tar varias veces. Los dos me­tros superiores de tuber(a seretiraban después de terminarla inyección, para evitar unposible efecto (cmicropilote».

2.5. Dirección y controlde los trabajos

2.5.1. Consideracionesgenera/es

La principal dificultad en tra­bajos de este tipo consiste encómo controlar los' resultadosque se van obteniendo y có­mo juzgar cuándo puede con·siderarse satisfactorio el trata­miento.

Para resolver este proble­ma, antes de comenzar lostrabajos se ejecutaron variaspruebas de inyección, comose ha indicado en el ep(gra­fe 2.3, realizándose- ensayos

de penetración antes y des­pués del tratamiento. Desgra­ciadamente. las diferencias quese obten(an en los diagramasresultaban irrelevantes.

Después de abandonar elcontrol mediante ensayos depenetración, se decidió utilizarnivelaciones de alta precisión(± 0,1 mm.) como medio. tan­to para seguir como para juz­gar los resultados del trata­miento. El método que se des­cribe brevemente en el ep(gra­fe próximo había sido ya utili­zado por el primer· autor conresultados satisfactorios paraotros estudios geotécnicos.pero fue mirado con reservasen sus comienzos por partedel personal técnico relacio­nado con el problema; sin em­bargo, demostró ser una pode­rosa herramienta para contro­lar este tipo de trabajos yresultó un éxito desde el puntode vista pr~ctico. Este m~todo,

que dio los movimientos d{s ad{a de manera muy precisa, secomplementaba en los puntosque se estaban inyectando encada momento con procedi­mientos normales de nivela­ción. para controlar inmediata­mente cualquier posible movi­miento brusco, con órdenesde magnitud superiores - a± 1 mm.

2.5.2. Montaje para elseguimiento deltratamiento

Lo primero que se necesitapara llevar a cabó una ni­velación de alta precisión esdisponer de unas bases fijasde referencia muy buenas. Es­to se consiguió en este casopor medio de redondos de

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Flg. 3.-Curvas tlpicas de asientos durante el tratami.~nto en la nave de pesca­dos de Mercamadrid lel origen de ordenadas de las curvas. de asientos es

arbitrario).

acero de 24 mm. de diámetro,cementados en terreno firme,convenientemente protegidosmediante una tubería de plás.tico, rellena tanto en su coronaexterior como en la interiormediante una mezcla plásticade bentonita-cemento.

Las referencias para segui­miento de los movimientosQue se colocaron en los pun­tos elegidos de la estructurafueron de dos tipos. En laspilas y columnas estaban cons­tituidas por reglillas graduadascomerciales de buena calidad.divididas en milímetros, adhe­ridas al paramento de hormi­gón en posición vertical. Paramedir los movimientos de lazona de solera se colocaronredondos de tipo similar aldescrito pa ra las referenc iasfijas. en perforaciones de unos2 metros de profundidad atra­vesando la losa de hormigón.

El nivel utilizado fue unWild N 3 (de burbuja) y mirasde invar.

En total se dispusieron 238puntos de referencia en lazona tratada. 43 de los cualescorrespondían al tipo descritopara la zona de solera y losdemás se encontraban fijos enpilas y pilares. Una gran partede estos puntos se nivelabandiariamente por un solo eQui­po (topógrafo y ayudante) y losresultados se dibujaban y en­tregaban de manera inmediataa la dirección facultativa. Porconsiguiehte, se podía cono­cer perfectamente la respuestade la estructura al tratamientoaplicado el día anterior o in­cluso unas horas antes y eltrabajo. podía ser inmediata-

mente adaptado de acuerdocon la misma.

2.6. Resultados dettratamiento

Como ya indicamos anterior­mente, los movimientos decada punto de observaciónfueron representados a unaescala de 1 mm. = 0,1 mm. deasiento. En la figura 3 se dauna representación fotográficadel gráfico de obra de laslecturas en los dos extremosde una pila. en la primera partede cada curva se deduce lavelocidad de asentamiento an·tes de que se comenzara eltratamiento en lo Que se con·sideraba el área de influenciacorrespondiente. los diagra-

mas de barras representan Jo~

volúmenes de lecMda inyec­tados: los situados por encimade la "nea de referencia co­rresponden a las inyeccionesalrededor de la pila, mientrasQue los situados por debajo,son los correspondientes a lainyección por debajo de lamisma. Como puede verse enla figura, tan pronto como seinició la inyección en pilasapoyadas sobre terreno ines­table, las correspondientes ve­locidades de asiento se in­crementaron. Cunado llegabael momento en que se consi­deraba que dicha velocidadestaba aumentando demasia­do. se suspend(a el trabajo enel área correspondiente y losequipos se trasladaban a otrazona.

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Al cabo de algunos días, lavelocidad de asiento dismi­nuía de nuevo (como se puedever también en el 'gráfico), y eltratamiento se volvía a reanu­dar. Aplicando varias fases deeste tipo, la pila sol(a esta­bilizarse, como sucede en elcasp de la curva A-10. Enotros, como ocurre en el de lacurva A-9, al llegar a una ciertaproporci6n, en lugar de ori­ginarse asientos, la aplicaci6nde más inyecci6n levantaba lapila; en algún caso se provo­caron levantamientos hasta tresveces sucesivas para quedarplenamente satisfechos encuanto a los resultados.

En todas las pilas inestablestratadas se lIeg6 a una estabi­lización completa dentro de laprecisión ± 0.1 mm. que enprincipio podía ser atribuida alas curvas de asientos.'

Los asientos de las pilasantes del tratamiento habranalcanzado valores de lOa13 cm. en varias de ellas, conmovimientos frecuentes de 4 a6 cm. en las restantes. Du­rante el tratamiento, los asien­tos adicionales oscilaron entrelos 2 y 3 cm., salvo en loscasos más cnticos, donde lle­garon de 4 a 6,6 cm. Sin em­bargo, hay que tener en cuentaque. como el proceso de in­yecci6n duró varios meses,parte de los asientos adiciona·les corresponden al curso nor­mal de los asentamientos an­teriores al tratamiento. Losgrandes asientos finales, quehan alcanzado frecuentemen­te valores entre 10 Y 18 cm.,han sido soportados adecua­damente por la estructura, de­bido a su naturaleza prácti­camente isostática, y solamen-

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te fueron necesarios algunosajustes en las alineaciones dela cubierta m~tálica a la ter­minación de los trabajos.

En uno de los extremos dela zona tratada de la nave estáemplazada un ala para cafete­na y otros servicios auxiliares,según puede verse en la fi·gura 1, estando constituida poruna sola planta. La mayor partede esta extensión está for·mada por una estructura dehormig6n armado con lucesde unos 6 metros en unadirección y 9 en la otra. perocon un bajo grado de hiperes­tatismo en esta última. Lospilares de la estructura éstáncimentados sobre zapatas ais­ladas de unos 2,0 X 2.0 m. y3,0 m. de profundidad. La ve­locidad máxima de asientoinicial era de 1,5 mm./mes.

En esta área se aplicó elmismo tipo de tratamiento,pero teniendo especial cui­dado, no sólo con los asientostotales, sino también con losdiferenciales. Los asientos má­ximos originados por las in­yecciones oscilaron general­mente entre 1,5 y 2.0 cms.con asientos diferenciales nor­malmente entre 0,5 y 1 cm. El

mayor de los asientos máxi­mos observados fue de 3,3 cm.y dio también origen al asientodiferencial máximo de 3,3 cm.en una luz de 9,0 m. debido aque el pilar próximo estabacimentado sobre terreno firme.No se observaron grietas en laestructura de hormigón, perose produjeron daños en la tabi­quena de ladrillo y enlucidos.Sin embargo, debe tenerse encuenta que la mayoría de estoselementos estaban dañados

antes de que se iniciara laaplicaci6n de inyecciones.

2.7. Volúmenes deinyección aplicados

Según se indic6 en el ep(­grafe 2.4.1. el volumen de in­yección se expresa en tantopor ciento respecto al volumende suelo te6ricamente tratado.Sin embargo, para una ade­cuada interpretación de las ci­fras que se manejan, debetenerse en cuenta que la pro­fundidad inyectáda incluía elrelleno compactado superiorhasta el nivel de cimentación yno solamente los detritus dekarst, porque la zona de con­tacto no era fácil de definir.Como el relleno compactadono admitió prácticamente in­yecci6n alguna, el volumencorrespondiente se desplaz6muy probablemente a los de­tritus del karst.

la media total para la nave ycafeter(a resultó del 4,6 por1OO. el máximo normal fue delorden del 10 por 100, aunqueen zonas muy especfficas selleg6 a alcanzar el 15 por 100.

3. ESTABllIZACrON DELA CIMENTACION DELPALACIO DE LADIPUTACIONDE CUENCA

3.1. Descripción generaldel problema

El Palacio de la Diputación(PD) de Cuenca, España, fue

construido hace bastantes añosen la parte inferior de un suavetalud. El edmcio tiene unaplanta rectangular (aproxima-

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damente 50X 28 m.), segúnpuede verse en la figura 4, yconsta de dos plantas en todael área, con la única excepciónde la esquina Norte (zonasombreada en dicha figura), enla que se construyó un sótano.

Los muros del PO son desiller(a de piedra caliza, y des­cansan sobre una cimentacióncorrida de 1,5 m. de anchura.constituida por cantos calizosy mortero de cal. la cimen­tación tiene una profundidaddel orden de 2,0 m. bajo lasuperficie actual del terreno,excepto en el sótano que llegaa los 3,5 m.

Desde su construcción elPO ha ido experimentando pe­queños asientos que han pro­ducido algunas grietas vertica­les, principalmente en la parteposterior del edificio. Recien­temente se inició la construc­ción de una tercera planta,incrementándose los asientos.A la vista de ello se efectuóuna investigación de las con­diciones del terreno, estimán~

dose aconsejable proceder aun recalce del edificio o a unamejora de las caracter(sticasdel terreno.

3.2. Condicionesdel terreno

El perfil estratigráfico delterreno es el siguiente:

i) Relleno; ii) arcilla limosacon intercalación errática demateriales grahulares; iii) ar~

cilla limosa, gris blanda; iv) ar­ci lIa limosa, gris dura conyeso.

El -nivel freático se localizaaproximadamente a una pro-

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fundidad de 7,5 m., con ungradente de 0,05 en direcciónSur·Norte hacia el rio Huácar.La capa blanda iii) se encuen­tra a profundidades compren~

didas entre 8;5 y 10m., en co­rrespondencia con la presen­cia del nivel freático.

En la capa H), en la que sesitúa la base de la cimenta­ción, los ensayos de penetra­ción dinámica, del tipo des­crito en el apartado 2.2, mos­traron valores comprendidosentre 10 Y 30 golpes para unapenetración de 20 cm. y unaaltura de carda de la maza de50 cm. En la capa iii) estosensayos mostraron yalorescomprendidos entre 2 y 4golpes, y en la capa iv) valoressuperiores a 100 golpes.

Las conclusiones de la in­vestigación geotácnica fueronque las capas iii) y iv) co­rrespond(an a la misma for~

mación original, habiendo per­dido su compacidad. la prime­ra de ellas. debido a un fen6­meno de disolución de yesos,y además que la presencia deesta zona blanda era la causade los asientos y grietas.

3.3. Solución adoptada

El PO es un edificio que al~

berga todas las oficinas de_losServicios Públicos de ta pro­vincia de Cuenca. Por etlo, unasolución de recalce del edificiocon micropilotes se habr(a tra­ducido en una gran perturba~

ción para la continuidad de losservicios públicos.

Como en el caso de Merca­madrid, mencionado anterior­mente en este artrculo, la solu­ción adoptada consistió enuna mejora de Iss condiciones

del terreno mediante inyec~

ción de una mezcla de ce­mento-bentonita, ya que el tra­tamiento pod(a llevarse a cabo,principalmente, desde el exte­rior del edmcio, sin perturbar laactividad normal de las ofici­nas. Además, esta soluciónresultaba más económica queel recalce con micropilotes.

El proyecto de inyección seestableció de tal manera queel volumen de mezcla a in­yectar, referido al votumen desuelo a tratar, fuera igual al 2,5por 100 bajo el plano de ci­mentación, e igual al 10 por100 en 108 2 m. inferiores co­rrespondientes a la zonablanda.

Los taladros de inyecciónse previeron, inicialmente, enun área de 60X 36 m. aproxi­madamente, formando unamalla de 3,0 X 3.0 m. ~n elexterior del edificio se dispu­sieron 123 taladros vdrticalesen dos filas al tresboliilo, si­tuapas a 1 y 3 m. de los murosdel edificio. En el interior deledifi,!.!io se dispusieron 89 ta­ladros verticales, situados enel sótano. en los pasillos, en elvestfbulo' de entrada, en losdos patios existentes y en elsalón de actos. Los taladrosque pod(an perturbar la acti­vidad norma1 de las oficinasfueron sustituidos por taladrosinclinados, perforados desdeel exterior (76 taladros) odesde el interior (9 taladros).

3.4. Construcción

3.4.1. Perforacióne inyección

Para la inyeccjón se utilizóla técnica conocida como

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Fjg. 4-.~PI8nta de cimientos del Palacio de la Diputación de Cuenca. CUNas denivel de los asientos originados oor el tratamiento.

0,50

} 27.50

Agua libre, 2,5-3,0 por 100;viscosidad Marsh, 44-48 se­gundos; rigidez Swissboring,) 4 KPa a las seis horas.

La resistencia a compresiónsimple obtenida con probetasmoldeadas a presión atmosfé­rica fue de 0,25 MPa a los tresd(as; de 0,60 MPa a los sieted(as, y de 1,20 MPa a losveintiocho d(as.

Como en el caso de Mer­camadrid. el control de los tra­bajos de inyección se llevó acabo mediante una nivelaciónde alta precisión. Para ello seinstalaron tres bases fijas de

debido a la presencia de ye­sos. La bentonita ten(a unlrmite 'Irquido >/ 400 por 100.

La mezcla ten(a las siguien­tes caraeter(sticas medias:

3.4.3. Controlde los trabajos

~19,00

~12.00 19,00

~O

3,00~ ,,' 3.00.;

Se utilizó una mezcla de ce­mento-bentonita dosificadapor metro cúbico con las si­guientes proporciones:

Cemento Portland, 350 Kp.;bentonita, 30 Kp" Y agua,844 litros.

El cemento fue del tipo p.350-Y resistente a los sulfatos,

3.4.2. Característicasde la mezcla

1,

metros cúbicos, con presionescomprendidas entre 0,0 y0,3 MPa. Posteriormente, sedecidió reinyectar aquellaszonas en las que la presión nohab(a alcanzado 0,1 MPa. Enesta segunda fase se inyecta­ron 425 mJ • Los trabajos deinyección de la primera fase sellevaron a cabo en los mesesde marzo y mayo hasta el 15de junio de 1982. y los de lasegunda fase durante el mesde agosto de 1982.

___ Asien'os en mm

«tubo-manguito». Los taladrosfueron perforados con barre­nas continuas hasta penetrardel orden de 1 m. en la capainferior de arcilla dura. Poste­riormente se instaló en cadauno de ellos una tuber(a me­tálica de 38 mm; de diámetro,provista con válvulas anti·re­tomo cada 50 cm.

Durante la perforación sedetectaron dos circunstancias.En primer lugar, que la zonablanda ten(a mayor espesorbajo el sótano, y en segundoque la capa de arcilla dura conyeso aparec(a a un nivel másalto que el previsto, en elcentro del mu ro posterior. lalongitud total de perforaciónfue de 2.285 m. para los tala,dros verticales y de 1.111 m.para los inclinados.

Los trabajos de inyecciónse iniciaron en los taladrosverticales de las filas exterio­res, comenzando por la esqui­na Sur del edificio, y siguiendohacia la esquina Norte, conobjeto de cortar la filtración deagua por debajo del edificio.En la 'parte frontal se dejaroninicialmente algunos taladrossin inyectar, para facilitar lasalida del agua durante lasoperaciones de inyección de­bajo del edificio.

En cada taladro las opera­ciones de inyección se lleva­ron a cabo en dos fases; enprimer lugar se inyectaron losdos metros inferiores, y un d(adespués el resto. Las presio­nes se limitaron 80;5 MPa enla parte inferiory a 0.3 MPa enla superior.

En una primera fase de Jostrabajos, el volumen total demezcla inyectado fue de 840

20 REVISTA DE OBRAS PUBLICAS

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OFICINAS

CARACTERISTICAS DEL TERREORIGINAL

___ I!)

Los pórticos de hormigón ylos pilares metálicos descan­san sobre zapatas de hormi­gón a profundidades del oraden de 1.50 m.

oLa solera

apoya sobre una base de za­horra mal compactada, ocasio­nalmente colocada a su vezsobre rellenos.

El perfil medio del terreno

rramientos de ladrillo macizo.

En la nave frontal se inter­caló una estructura metálicapara crear una entreplanta,con algunos pilares interm8*dios.

OOLINA

ZONAS DEPRIMIDAS PORSUBSIOENCIA I(ARSTICA

o

4. MEJORA DELTERRENO MEDIANTEINVECCION DECEMENTO EN UNASINSTALACIONESPROXIMAS A MADRID

b) OET4U.E DE LA ESQUINA A

@- CEMENTO INVECTAOO EN TONEl.AOAS

- N - ASIENTO EN c.m

Un tercer ejemplo se re­fiere a un bloque cuadrado denaves, transformadas en parteen oficinas. Cada lado delbloque es de 80 m. de lon­gitud. con un ancho de navede 14.50 m. La estructura tie­ne 8 m. de altura y es depórticos de hormigón armadode un solo vano, con cubiertade cerchas de hormigón y ce-

o) PLANTA

referencia en el exterior deledificio y 33 puntos de lectura(1,1 en el exterior y 22 en elinterior del edificio), consti­tuidos por reglas graduadascomerciales.

Los asientos registrados du­rante la inyección alcanzaronvalores de hasta 9 mm., comopuede verse en las curvas denivel representadas en la fi·gura 4.

Fig. S.-Planta de la8 zonas karstificadas. isollneas de asientos antes del tratamiento y admisiones de cemento en unasinstalaciones pr6ximas 8 Madrid.

ENERO 1985 21

REFUERZO DE CIMENTACIONES MEDIANTE INYECCION DE CEMENTO-BENTONITA

Fig. 6.-Detalle de la inyeCCIón.

I La existencia de nivelescarstificados, inicialmente con­s'iderados erráticos, se investi­g6 mediante fotograf(as aéreasantiguas donde se pudieronapreciar claramente depresio­nes superficiales canalizadas,

está formado por un recubri­miento de rellenos arcillosos,cascotes, gravas, etc.. recu­briendo la tierra vegetal ori­ginal. El terreno de cimenta­ci6n es una arcilla miocenapreconsolidada (peñuela) concontenido de yeso crecientecon la profundidad. En algunaszonas el yeso ha sido arras­trado por disoluci6n. quedan­do una estructura muy floja. Aprofundidades de 1 a 4 m. apa­rece un estrato duro de yesom~sivo.

(L~2 m.) y presiones de in­yección muy bajas, esta cam­paña no produjo resultadosapreciables, creyéndose quegran parte de la lechada quedóen los rellenos de apoyo desoleras. Después de este tra­tamiento los asientos aumen­taron y el segundo autor fueconsultado sobre posibles so­luciones. Se decidió perlorartaladros de inyección hasta elyeso compacto, atravesandolas zapatas y cementando cui­dadosamente la parte superiorpara evitar fugas hacia el re­lleno. Al llegar al yeso lostubos de inyección se levan­taban ligeramente para permi­tir la salida de la lechada y unavez completado el tratamientose dejaban abandonados, cons­tituyendo una especie de mi­cropilotes (fig. 6). En este casoel coste adicional era muy bajodebido a la existencia de unimportante stock de tuberíausada no aprovechable paraotros fines. Es importante se­ñalar que las condiciones departida de este trabajo eranmuy diferentes de las de loscasos antes citados. Por ra­zones de coste el propietariodecidi6 utilizar un equipo ma­nual existente en su almacén yprescindir de los controles denivelación mientras los even­tuales movimientos se man­tuvieran dentro de I(mites tole­rables (asientos inferiores a2 cm. y algunas pequeñas fi­suras).

Pór otra parte todo el tra­bajo de inyecci6n deb(a rea­lizarse desde el exterior paramantener en servicio las ofi­cinas y almacenes. F.sto obligóa realizar algunos taladros sub­horizontales para alcanzar las

y yYESO MASIVO

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PILAR DE H.A.

FACHADA DE LADRILLOSOLERA

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4_ RELLENO

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Para frenar estos movimien­tos se realizó una primeracampaña de inyecciones en1979. Debido a que se em­plearon taladros muy cortos

a veces con dolinas de diso­luci6n (fig. 5a).

Poco después de terminadala construcción el edificio mos­tró movimientos diferencialesconcentrados en una esquinade la nave que segura destina­da a almacén y en la que sehabran depositado fuertes car­gas. Los movimientos pudie­ron seguirse con más detalle alocupar las nuevas oficinas de­bido a la fisuración de la tabi­quena y falsos techos. Lafigura 5b muestra los asientosmedidos en noviembre de1981.

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22 REVISTA DE OBRAS PUBUCAS

REFUERZO DE CIMENTACIONES MEDIANTE INVECCION DE CEMENTO-BENTONITA

zapatas interiores, cementan­do ros primero 6 u 8 m.

La relación agua/cementode la mezcla variaba de 1 a1,2, empleando cementQ re­sistente a los sulfatos. No seutilizó bentonitet salvo en dostaladros de admisión excesiva.La presi6n de inyecci6n selimitó a 0.25 MPa y únicamen­te en un caso se observó unpequeño entumecimiento dela solera (unos 2 cm. en 3 m.).

El consumo máximo de le­chada fue de 13 toneladas decemento en un pilar (5 tala­dros de 7 m.), en la zona máscarstificada y sin llegar a produ­cirse el rechazo. Un consumonormal medio puede ser de500 Kg. de cemento por m3 deterreno.

Las inyecciones se llevarona cabo en dos perradas de 3meses cada uno, separadospor un per(odo intermedio deobservaci6n de 5 meses. Losmovimientos observados du­rante el tratamiento fueronmrnimos.

No obstante se pudierondetectar al poco tiempo al­gunos ligeros levantamientos,del orden de 1 cm., probable­mente debidos a la reducciónde los canales de circulacióndel agua freática a causa de lasinyecciones y al consiguienteaumento de humedad de lascapas arcillosas superiores, denaturaleza expansiva.

A f¡oales del verano de1983 se pudo observar queeste esquema habra variado yse producfan algunos asientosen la zona central de lasoficinas.

ENERO 1985

Una investigaci6n adicionalpuso de manifiesto que a unper(odo de prolongada sequ(as.e habra sumado un descensogeneral del nivel freático delorden de 3 m. ocasionado porla limpieza de un pozo deevacuación de residuos. Estoprodujo una desecaci6n delterrero del orden de 1·2 cm.bajo las soleras y las zapatascentrales, inyectadas lateral­mente y por tanto no recalza­das. Por el contrario los pilaresperiféricos se mantuvieron per­fectamente.

En el momento actual seespera una estabilizaci6n delproceso de retracción- o lainversi6n estacional del mis­mo antes de considerar eltratamiento tiel interior deleOlficio, lo cual entrañaña eldesalojo parcial del mismo.

5. CONCLUSIONES

- El tratamiento mediantela lechada de cemento-bento­nita ha demostrado ser muysatisfactorio en los casos des­critos, habiendo conducido auna completa eliminaci6n delos movimientos. Aunque lostrabajos son aún muy recien­tes, no se espera que seproduzcan problemas en elfuturo.

- Dese el punto de vistaeconómico el procedimientoha demostrado ser preferible aotros sistemas de recalce y,además, en algunos casos sepuede aplicar sin interferir conla utilidad normal de los edi­ficios.

- La mejora del conjuntodel terreno de cimentaci6n

tiene la ventaja de suprimtrtambién los asientos bajo lassoleras, que, como es sabido,con frecuencia constituyen unserio problema si se recalzansolamente los cimientos.

- El tratamiento de terre­nos flojos origina asientos quedeben tenerse en cuenta an­tes de tomar decisiones so­bre su posible aplicación; estepuede ser en algunos casos elproblema principal para estetipo de soluci6n, dada la difi­cultad de predecir los valoresfinales de los mismos.

- El método de controldesarrollado, por medio denivelaciones diarias de altaprecisi6n, puede considerarsecompletamente satisfactoriopara trabajos de este tipo.Gracias a él:

a) La respuesta del terre­no se pudo seguir muy decerca y, como consecuencia,el tratamiento adaptarse ° de­tenerse si se consideraba ne­cesario.

b) La estabilización decada elemento estructural po-d(a definirse de manera con­fiable en un corto perlorto detiempo.

e) Se pudieron ahorrarvo­lúmenes importantes de in­yeccí6n en los elementos decimentaci6n situados en lazona de inestabilidad, puestoque, si resultaba que se en­contraban en buenas condi­ciones, al comenzar a aplicarel tratamiento el terreno selevantaba, lo que era inmedia­tamente detectado por las ni­velaciones de precisión.

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REFUERZO DE CIMENTACIONES MEDIANTE INVECCION DE CEMENTO-BENTONITA

6. AGRADECIMIENTOSVentura Escario Ubarri

José M.- Rodrlguez Orta

Doctor ingeniero de Caminos de la promoci6n de1965. Trabai6 durante diez silos en el Laboratoriodel Transporte y Mecánica del Suelo, de dondepes6 8 ser jefe de la División de Geotecnia de AltosHornos Ingenieros Consultores, S. A, cargo queocupó nasta 1978. Al año siguiente constituyÓ laempresa constructora EAT, S. A -Equipo de Asis·tencia Técnica-, especializada en ingeniería gao­técnica. Desde 1980 es catedrático de Mecánicadel Suelo y Cimentaciones de la ETS de Arquitec­tura de Madrid.

Doctor ingeniero de Caminos, Canales y Puertosde la promoción de 1950, especializado en Geotec·nia en la Universidad de Harvard (USA), dondeobtuvo el título de M. S. (1953) con los profesoresK. Tel2aghi y A. Casagrande. Se ha dedicado a estetema en el Laboratorio de Carreteras y GeotecniactJosá Luis Escario» desde prácticamente su funda­ciÓn, siendo autor de numerosas publicaciones,tanto en España como en el extranjero. Ha interve­nido como consultor privado en diversos trabajosde cimentaciones y obras de tierra. Es en la actuali­dad vicepresidente de la Sociedad Española de

Mecánica del Suelo y Cimentaciones.

En el caso de Mercamadrid,INTEMAC. S. A. llevó a cabolos trabajos de control .decalidad requeridos por la Di·rección y hab(a previamentepresentado un informe geo­técnico completo sobre losproblemas observados. El an­terior Director de Mercama­drid, José Miguel San Miguel,el Delegado de Obras y Ser­vicios del Excmo. Ayuntamien­to, D. Juan Claudia de Ramón,y el Delegado de Mercasa, D.Manuel Chaure, tuvieron unpapel muy activo en las pri­meras fases de selección desoluciones. El siguiente Direc­tor de Mercamadrid, Luis Ve­lasco, y Director Adjunto, Fran­cisco Sola, constituyeron unagran ayuda durante el desarro­llo de los trabajos reales.

Femandt\ Muzas Labad

Doctor ingeniero de Caminos, Canales y Puertos,promoci6n de 1960. Trabaj6 en Auxini y en el Cen­tro de Estudios Hidrogrlificos (Laboratorio de Reolo­gla y Geotecnia). Desde 1969 es profesor encar­gado de curso de Geotecnia y Cimientos en laEscuela Técnica Superior de Ingenieros de Cami·nos, Canales y Puertos de Madrid. En el mismo añoentró a prestar sus servicios en la empresa Cimen­taciones Especiales, S. A -Procedimientos Radio-.donde es director de Estudios e Investigaci6n. Esvocal de la Junta Rectora de la Sociedad Españolade Mecánica del Suelo y Cimentaciones, y también

de la Junta Directiva de la Sociedad Española de Mecánica de Rocas. Es autorde diversas publicaciones y comunicaciones a congresos, en España y en elextranjero, y ha participado como conferencíante en reuniones cientfficas y cur­sos para postgraduedos.

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