Contención del agua mediante inyección de lechadas inestables

Figura 1. Inyección de lechada. Fuente: https://www.suelosingenieria.com/index.php/actividades/construccion/mejoramientos-de-suelos/inyecciones-lechada

La inyección de morteros o suspensiones inestables es el caso habitual de las lechadas de cemento (Figura 1). Se trata de una suspensión de cemento en agua cuya homogeneidad está condicionada a la agitación de la mezcla. Una vez cesa la agitación, se inicia la sedimentación del cemento. Esa sedimentación provoca el taponamiento de los poros y la inyección se obstaculiza. El cemento es un excelente material de inyección, pues no solo rellena los huecos, sino que, al fraguar, endurece el terreno o los macizos rocosos.

La aplicación habitual de la inyección de lechadas inestables es aumentar la resistencia de un macizo rocoso, aunque también se consigue impermeabilizar, especialmente si se emplean lechadas tratadas químicamente (estables). Lo habitual es que la inyección con lechadas de cemento sea por impregnación (2 a 5 MPa) o por fractura (9 a 10 MPa). También se podría realizar una inyección de compactación, pero requiere que el fluido sea muy denso, de forma que los bulbos de mortero fraguado desplacen y compacten la masa de suelo en sus alrededores.

La impermeabilización facilita tanto la ejecución de trabajos posteriores, como es el caso de la excavación de pozos o galerías bajo nivel freático que luego se revestirán, como para completar trabajos definitivos, como es la ejecución de pantallas estancas bajo presas, cuando se adivinan filtraciones de agua importantes (Figura 2). La inyección a alta presión no sería necesaria para garantizar la impermeabilización, sin embargo, es frecuente pues permite utilizar explosivos en la excavación posterior sin perjudicar la calidad del tratamiento.

Figura 2. Tratamiento de inyecciones en presa de hormigón. Adaptado de Houlsby (1990)

La consolidación mediante inyecciones de cemento en un macizo rocoso facilita la ejecución de trabajos posteriores, como es el caso de la perforación de galerías en terrenos difíciles y mejora la capacidad resistente de la cimentación de una obra, por ejemplo, bajo la pila de un puente, en los estribos de una presa bóveda, etc.

Figura 3. Formación de una bóveda a la entrada de un intersticio en un suelo granular

El prototipo de suspensión inestable es un mortero de un tipo análogo al de uso corriente, pero suficientemente diluido para que pueda ser inyectable. Es decir, un mortero muy fluido (lechada), inestable por el tamaño de los granos de cemento y por el proceso de fabricación. El grado de dilución en este tipo de suspensiones es variable, con relaciones máximas de 10 litros de agua/1 kg de cemento, y lo mismo que en los morteros estables pueden añadirse proporciones de arena. Las relaciones agua/cemento varían desde 0,5:1 hasta 10:1, aunque es habitual una proporción de 0,8:1 a 5:1 (Bell, 1993).

La penetrabilidad de las lechadas de cemento depende del tamaño de los granos de cemento, de la posibilidad de formación de un cúmulo de granos en bóveda al atravesar un intersticio (Figura 3) y de la velocidad del fluido con la que comienza la sedimentación del cemento. Es por ello una solución muy adecuada para materiales granulares gruesos como zahorras, gravas y arenas gruesas, o bien para la inyección de grietas en macizos rocosos. En cambio, resulta un procedimiento poco eficaz en arenas, excepto si lo que se pretende es la consolidación o compactación conseguida cuando se inyecta en cortos intervalos (Tomlinson, 1982). Se trata de una solución sencilla y de relativamente poco coste, pero que se encuentran limitadas por la permeabilidad del medio. El uso de cemento portland corriente y agua ya no es adecuado en suelos con una permeabilidad menor a 10-3 m/s.

Figura 4. Selección de inyección para consolidación y estabilización de suelos. Fuente: https://col.sika.com/dms/getdocument.get/8de57674-59ac-3af1-ada7-a6bddb323deb/CONSOLIDACION,%20ESTABILIZACION%20E%20IMP%20DE%20SUELOS%20Y%20ROCAS.pdf

Se pueden distinguir, entre las lechadas de cemento, las siguientes:

  • Suspensiones de cemento puro: con una relación cemento/agua que oscila entre 0,1 y 0,5 en peso.
  • Suspensiones de cemento rebajado: donde se reemplaza parte del cemento por un polvo inerte como una arena fina o cenizas volantes. Con el porcentaje de arena, la resistencia decrece rápidamente, pero no es problema si se pretende impermeabilidad. No obstante, las suspensiones de arena desgastan rápidamente las bombas de inyección.

El equipo empleado para la elaboración de las mezclas de cemento consta de un turbo mezclador de altas revoluciones (más de 1250 rpm); un mezclador de bajas revoluciones (de 60 a 80 rpm) que mantiene en agitación la mezcla durante la inyección; bombas de tornillo sinfín o de doble pistón con capacidad de inyección variable de 0 a 60 l/min y presión ajustable de 0 a 3 o 4 MPa; obturadores mecánicos, neumáticos o hidráulicos y manómetros registradores (Figura 5).

Figura 5. Esquema del equipo de inyección (Cambefort, 1968)

El tiempo de inyección está relacionado con la evolución de la viscosidad del material inyectado, con la presión de inyección admisible y con el radio efectivo (Bielza, 1999). En las suspensiones de cemento, el tiempo de inyección se limita a 2-4 horas. Cuando comienza la hidratación total, se inicia el fraguado del cemento. La lechada es bombeable desde la fase de agitación hasta que son inyectadas, también después del inicio de la hidratación. Sin embargo, tras ese comienzo la resistencia final del material se reduce. Por tanto, no se aconseja la inyección de suspensiones bajo condiciones de hidratación. Las resistencias normales a compresión simple oscilan entre 5 y 50 MPa a 28 días. El tiempo de fraguado aumenta con la relación agua/cemento. Así, las lechadas de cemento fraguan en unas 4-5 horas, pero si están muy diluidas, este periodo se puede alargar a las 10-15 horas. Incluso algunas lechadas con relaciones agua/cemento mayores a 10 nunca llegan a fraguar.

Como las lechadas de cemento son inestables, su velocidad de flujo baja rápidamente conforme crece la distancia desde la perforación hasta la zona de inyección, sedimentando las partículas en una proporción decreciente con la relación agua/cemento de la mezcla. Es decir, cuanta mayor dosificación tenga el mortero, más elevada será la velocidad crítica de sedimentación. Es por ello que se aconseja que la lechada inicial tenga poca dosificación, por ejemplo, una relación a/c de 10:1 a 15:1 para evitar los taponamientos prematuros. La dosificación ideal sería la más pequeña que permita alcanzar la contrapresión de rechazo establecida de antemano. En la práctica, la dosificación inicial se determina a partir del resultado del ensayo de agua (ensayo Lugeon).

Para aumentar la penetrabilidad se aconseja el empleo de cemento de alta finura de molido o micro cementos. Se evitan las bóvedas de granos al atravesar intersticios utilizando mezclas muy fluidas, denominadas mezclas medias. Sin embargo, el tratamiento de impregnación en masa no resulta aconsejable con este tipo de suspensiones inestables. Para que una inyección inestable sea factible, o no sea muy complicada, el tamaño mínimo de las partículas del terreno debería situarse entre 5 y 10 mm. Además, en terrenos con un 10% de finos ya no es factible inyectar cemento. En arenas y gravas se hincan tubos de punta perdida, un tubo de inyección cada 4 m2 aproximadamente, inyectándose por zonas de unos 50 cm de altura. Si las inyecciones son con lechadas de cemento de molido normal y tamaños muy diferentes (0 a 160 μ) no se pueden utilizar en fisuras de abertura inferior a 0,1 mm ni en suelos arenosos de tamaño inferior a 0,8 mm, pues se produce un filtrado de las partículas y la lechada no penetra en el terreno (Schulze y Simmer, 1978). Es decir, las arcillas no pueden ser inyectadas. Por el contrario, si son los huecos demasiado grandes, se deposita inmediatamente la lechada, dando a la inyección un radio de acción muy pequeño.

En cambio, la aplicabilidad de las lechadas de cemento se encuentra plenamente justificada en el caso de macizos rocosos fisurados (presencia de diaclasas, planos de debilidad, estratificación). La presión del fluido desciende con la distancia, y también la velocidad, con lo cual comienza la sedimentación. Son habituales taladros de 60 a 90 mm separados de 2 a 5 m, según la roca. La lechada de cemento se inyecta por capas de 3 a 5 m de espesor, según el porcentaje de finos a cerrar.

En rocas o materiales gruesos se puede realizar una excavación bajo nivel freático colocando una cortina de mortero inyectado. Tomlinson (1982) recomienda dos filas de perforaciones para una inyección primaria con sus centros separados de 3 a 6 m en ambas direcciones, con unos segundos taladros, incluso terceros, entre ellos (Figura 6). Una regla empírica habitual para inyectar pasta en las grietas de los estratos rocosos es el uso de 0,07 kg/cm2 por cada 30 cm de profundidad de la perforación. Se proporciona mayor presión en las inyecciones secundarias y terciarias en función de la eficacia de la inyección primaria.

Figura 6. Disposición de las perforaciones para formar una cortina impermeable con inyección de lechada de cemento alrededor de una excavación. Adaptado de Tomlinson (1982)

La presión de inyección de las lechadas inestables constituye uno de los parámetros de diseño más importantes, pues favorece la apertura de las fisuras en el caso de una roca fisurada. Esta presión puede alcanzar de 8 a 9 MPa. La presión facilita la expulsión del exceso de agua y permite corregir errores en la dosificación. Agranda tanto la longitud de penetración como las fisuras existentes, creando nuevas fisuras. Independientemente de la presión utilizada, la calidad del cemento depositado en las fisuras aumenta con la presión de inyección.

Por otra parte, la lechada discurre de forma casi paralela a los planos de estratificación o diaclasas del macizo rocoso. Las fisuras perpendiculares a la inclinación general del macizo son artificiales y ocurren en capas menos resistentes bajo la acción de presiones superiores a 10 MPa.

La mayor parte de los tratamientos de inyección en roca están relacionados con la construcción y mantenimiento de presas y túneles, y también en algunas aplicaciones en minería. Se trata de obras subterráneas donde las inyecciones tratan de reducir y controlar la filtración del agua. Suele ser habitual las lechadas de cemento, aunque en algunos casos se han realizado inyecciones químicas e inyecciones con resina.

Hay que apuntar, por último, que en la actualidad se utilizan las mezclas estables en la mayoría de los tratamientos de inyección y consolidación por sus mejores características reológicas. Sin embargo, si el terreno no presenta muchas dificultades, las inyecciones con lechadas inestables son un método económico y eficaz.

Referencias:

  • BELL, F.G. (1993). Engineering treatment of soils. E & F Spon, Londres.
  • BIELZA, A. (1999). Manual de técnicas de tratamiento del terreno. Carlos López Jimeno, Madrid, 432 pp.
  • CAMBEFORT, H. (1968). Inyección de suelos. Omega, Barcelona.
  • HOULSBY, A.C. (1990). Construction and Design of Cement Grouting. John Wiley & Sons, Inc, New York.
  • SCHULZE, W.E.; SIMMER, K. (1978). Cimentaciones. Editorial Blume, Madrid, 365 pp.
  • TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp. POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
  • MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. 2004.844. Valencia.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Curso gratuito online masivo: Introducción a los procedimientos de construcción para la mejora de terrenos en obra civil y edificación

Compactación dinámica (cortesía de Menard)
Compactación dinámica (cortesía de Menard)

Acerca de este curso MOOC de la UPV

Este es un curso básico de procedimientos constructivos necesarios para la mejora de terrenos en obras civiles y de edificación. Es un curso que no requiere conocimientos especiales y está diseñado para que sea útil a un amplio abanico de profesionales con o sin experiencia, estudiantes de cualquier rama de la construcción, ya sea universitaria o de formación profesional. Además, el aprendizaje se ha escalonado de modo que el estudiante puede profundizar en aquellos aspectos que más les sea de interés mediante documentación complementaria y enlaces de internet a vídeos, catálogos, etc.

En este curso aprenderás las distintas técnicas de mejora del terreno utilizadas habitualmente en obras de ingeniería civil y de edificación. Se índice especialmente en la maquinaria necesaria, en los procedimientos constructivos, en la aplicabilidad a los distintos tipos de suelos, en aspectos económicos, medioambientales y de seguridad en los trabajos. A lo largo del curso se abordarán aspectos como la precarga, las columnas de grava, las inclusiones en el terreno, los pilotes de desplazamiento, la compactación dinámica, la compactación mecánica de suelos, las inyecciones del terreno, la estabilización de suelos, la mezcla profunda, los anclajes, el control del nivel freático, entre otros temas.

El contenido del curso está organizado en 8 módulos, cada uno con 4 secuencias de aprendizaje que permiten, con una dedicación menor a una hora diaria, aprender los aspectos básicos de las técnicas de mejora del terreno. Cada semana se trabaja un módulo, teniendo el curso una duración estimada de dos meses (8 semanas).

El inicio del curso es el 25 de mayo de 2021. La inscripción la puedes realizar en el siguiente enlace: https://www.edx.org/es/course/introduccion-a-los-procedimientos-de-construccion-para-la-mejora-de-terrenos-en-obra-civil-y-edificacion

Lo que aprenderás

Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:

  • Comprender la utilidad y las limitaciones de las distintas técnicas de mejora del terreno empleadas en la construcción de obras civiles y de edificación.
  • Evaluar y seleccionar el mejor procedimiento constructivo y maquinaria necesaria para la mejora del terreno en unas condiciones determinadas, considerando la economía y la seguridad.

Programa del curso

  1. Clasificaciones de las técnicas de mejora y refuerzo del terreno
  2. Sustitución del terreno como técnica de mejora
  3. La precarga como técnica para la mejora de terrenos.
  4. Drenes verticales como técnica de mejora de terrenos
  5. Consolidación por vacío de suelos
  6. Columnas de grava
  7. Columna de grava ejecutada por medios convencionales
  8. Columna de grava mediante vibrodesplazamiento
  9. Columna de grava mediante vibrosustitución
  10. Columnas de grava compactada
  11. Pilotes de arena compactada
  12. Columnas encapsuladas con geotextil
  13. Refuerzo del terreno mediante inclusiones rígidas
  14. Concepto de pilotes y clasificaciones
  15. Pilotes de compactación
  16. Columnas de hormigón vibrado
  17. Columnas de módulo controlado
  18. Columnas de cal y de cal-cemento
  19. Columna de grava inyectada
  20. Pilotes de desplazamiento
  21. Pilotes de madera
  22. Pilotes metálicos
  23. Pilotes metálicos hincados
  24. Pilotes de hormigón armado hincados
  25. Pilotes prefabricados de hormigón pretensado
  26. Pilote de desplazamiento con azuche
  27. Sistema “Franki” de ejecución de pilotes de desplazamiento
  28. Hinca de pilotes con mazas de caída libre
  29. Hinca por vibración de pilotes
  30. Hinca silenciosa de pilotes
  31. Pilotes de extracción
  32. Pilotes perforados con barrena continua
  33. STARSOL: Pilotes con hélice continua mejorada
  34. Micropilotes
  35. Mejora del terreno mediante vibrocompactación
  36. Mejora de terreno mediante Terra-Probe
  37. Método vibroalas para mejora de suelos no cohesivos
  38. Compactación por resonancia de suelos
  39. Compactación dinámica
  40. Compactación dinámica rápida
  41. Sustitución dinámica
  42. Compactación con explosivos
  43. Compactación por impulso eléctrico
  44. Compactación por hidrovoladura
  45. Compactación mecánica de suelos
  46. Curva de compactación de un suelo
  47. Selección de un equipo de compactación
  48. Los tramos de prueba en la compactación de suelos
  49. Recomendaciones de trabajo en la compactación
  50. Técnicas de inyección del terreno
  51. Procedimientos empleados en la inyección de terrenos
  52. Materiales empleados en la inyección de terrenos
  53. Tipos de lechadas y aplicabilidad de los materiales de inyección de terrenos
  54. Inyección de lechadas inestables
  55. Inyección de lechadas estables
  56. Inyección de lechadas químicas
  57. Inyecciones de alta presión: Jet grouting
  58. Inyecciones de compactación
  59. Inyecciones de hidrofracturación
  60. Mezcla profunda de suelos
  61. Springsol: mejora de terrenos mediante columnas de suelo-cemento
  62. Pantallas realizadas por mezcla profunda de suelos (Deep Soil Mixing Walls)
  63. Pantallas de suelo-cemento con hidrofresa (Cutter Soil Mixing)
  64. Pantallas plásticas de bentonita-cemento
  65. Pantallas de suelo-bentonita
  66. Pantalla de lodo autoendurecible armado
  67. Pantallas delgadas de lodo ejecutadas mediante vibración de perfiles
  68. Pantallas de geomembranas
  69. Muros de tierra mecánicamente estabilizada: Tierra Armada
  70. Suelo reforzado con geosintéticos
  71. Soil nailing o suelo claveteado
  72. La técnica del bulonaje
  73. Concepto y clasificación de los anclajes
  74. Zonas de un anclaje
  75. Ejecución de un anclaje
  76. Seguridad en la ejecución de los anclajes
  77. La estabilización de suelos
  78. Estabilización de suelos con cal
  79. Estabilización de suelos con cemento
  80. Estabilización de suelos con ligantes bituminosos
  81. Estabilización de suelos con cloruros
  82. Grava-cemento
  83. Grava-emulsión
  84. Grava-escoria
  85. Mejora de terrenos por calentamiento
  86. Congelación de suelos
  87. Métodos biológicos como técnica de mejora de terrenos
  88. El problema del agua en las excavaciones
  89. Clasificación de las técnicas de control del agua en excavaciones
  90. Selección del sistema de control del nivel freático
  91. Drenaje de excavaciones mediante bombeos superficiales y sumideros
  92. Drenaje de excavaciones mediante zanjas perimetrales
  93. Drenaje horizontal con pozos radiales
  94. Drenaje de excavaciones mediante pozos filtrantes profundos
  95. Control del nivel freático mediante lanzas de drenaje (wellpoints)
  96. Electroósmosis como técnica de drenaje del terreno

Conozca al profesor

Víctor Yepes Piqueras

Catedrático de Universidad. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Universitat Politècnica de València

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente “cum laude”. Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València. Consejero del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Su experiencia profesional se ha desarrollado fundamentalmente en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) como jefe de obra y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 6 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de un centenar artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 10 libros, 22 apuntes docentes y más de 250 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 14 tesis doctorales, con 6 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos.

 

Capas y bases tratadas: Gravaceniza

Figura 1. Cenizas volantes. https://ceramica.fandom.com/wiki/Cenizas_volantes

Las cenizas volantes son residuos sólidos de las centrales térmicas que utilizan carbón pulverizado como combustible. Los filtros antipolvo electrostáticos, por donde el humo antes de salir por la chimenea, captan estas partículas. Presentan un diámetro de 1 a 200 µm, son ligeras, friables y están dotadas de propiedades puzolánicas en la mayoría de los casos. Se trata de un subproducto industrial poco aprovechado, cuyo almacenamiento puede dar lugar a problemas ambientales.

Las cenizas procedentes de la combustión de la hulla y la antracita presentan altos contenidos en sílice y alúmina, y una proporción débil de cal y sulfuros. Son las cenizas sílico-aluminosas, que representan la mayor parte de la producción de cenizas volantes. En las centrales alimentadas con lignitos, las cenizas presentan menor porcentaje de cal y sulfuros, siendo cenizas sulfo-cálcicas.

Parte de este subproducto se emplea como adición para ciertos cementos, usado en carreteras para hormigones y otras mezclas con cemento. También pueden estabilizar arenas finas y limos agregando una pequeña adición de cal o cemento. Su uso también es habitual como polvo mineral de aportación en las mezclas bituminosas.

Figura 2. Central térmica de Puertollano. https://es.wikipedia.org/wiki/Central_t%C3%A9rmica_de_Puertollano

Pero su uso más reciente es en bases para los firmes. Se usan con áridos similares a los de gravacemento. El conglomerante hidráulico se usa en un 10% respecto al peso de los áridos y está constituido por un 80% de cenizas sulfoaluminosas y un 20% de cemento Portland o de cal viva o apagada. La cal y el cemento actúan como activadores de las cenizas. A menudo tiene más garantía utilizar de cementos especiales con solo un 20% de clinker.

Las bases y subbases realizadas con grava, ceniza y cal presentan elevada facilidad de compactación por el efecto lubricante de los granos de ceniza, un endurecimiento lento con bajas rigideces a corto plazo, una disminución del agrietamiento originado por asientos diferenciales y retracciones térmicas producidas a corto plazo y la posibilidad de apertura al tráfico tras ser compactada.

La cantidad de agua de amasado necesaria se encuentra entre el 5 y el 8%, siendo algo superior a la humedad óptima de compactación. La gravaceniza se coloca en obra de forma similar a la gravacemento. Se transporta a obra en camiones y se coloca mediante una extendedora, que realiza una compactación previa. Posteriormente se compacta energéticamente con maquinaria pesada, con una densidad superior al 100% del Proctor Modificado. La superficie de la capa se debe sellar para evitar la pérdida de humedad y para permitir, con una pequeña adición de árido fino de cubrición, dejar la capa compactada abierta al tráfico de forma inmediata.

La resistencia mecánica de las bases de gravaceniza son más bajas al principio que las realizadas con conglomerantes con elevado contenido de clinker. Sin embargo, las reacciones puzolánicas elevan esta resistencia al cabo de algunos meses, pudiéndose llegar o superar dichas resistencias, pudiéndose llegar hasta 20 MPa.

Se considera que el radio de acción técnico y económico para el uso de las cenizas volantes es de 100 km alrededor de una central térmica.

 

Referencias:

JOFRE, C.; KRAEMER, C. (dir.) (2008). Manual de estabilización de suelos con cemento o cal. Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA), 217 pp.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Curso en línea de “Compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación”

La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso online sobre “Compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación”. El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 75 horas de dedicación del estudiante. Empieza el 10 de mayo de 2021 y termina el 21 de junio de 2021. Hay plazas limitadas.

Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-compactacion-superficial-y-profunda-de-suelos-en-obras-de-ingenieria-civil-y-edificacion/

Os paso un vídeo explicativo y os doy algo de información tras el vídeo.

Este es un curso básico de técnicas y equipos de compactación superficial y profunda de suelos en obras civiles y de edificación. Se trata de un curso que no requiere conocimientos previos especiales y está diseñado para que sea útil a un amplio abanico de profesionales con o sin experiencia, estudiantes de cualquier rama de la construcción, ya sea universitaria o de formación profesional. Además, el aprendizaje se ha escalonado para que el estudiante pueda profundizar en aquellos aspectos que les sea de interés mediante documentación complementaria y enlaces de internet a vídeos, catálogos, etc.

En este curso aprenderás los conceptos básicos de las técnicas y equipos necesarios para la compactación de suelos, así como para su control, rendimientos y costes. El curso se centra especialmente en la comprensión de los procedimientos constructivos y la maquinaria específica necesaria para la compactación, tanto superficial como profunda. Es un curso de espectro amplio que incide en el conocimiento de la maquinaria y procesos constructivos. Resulta de especial interés desarrollar el pensamiento crítico del estudiante en relación con la selección de las mejores soluciones constructivas para un problema determinado. El curso trata llenar el hueco que deja la bibliografía habitual donde los aspectos de proyecto, geotecnia, hidrogeología, estructuras, etc., oscurecen los aspectos puramente constructivos. Asimismo, está diseñado para que el estudiante pueda ampliar por sí mismo la profundidad de los conocimientos adquiridos en función de su experiencia previa o sus objetivos personales o de empresa.

El contenido del curso se organiza en 50 lecciones, que constituyen cada una de ellas una secuencia de aprendizaje completa. La dedicación aproximada para cada lección se estima en 1-2 horas, en función del interés del estudiante para ampliar los temas con el material adicional. Al finalizar cada unidad didáctica, el estudiante afronta una batería de preguntas cuyo objetivo fundamental es afianzar los conceptos básicos y provocar la duda o el interés por aspectos del tema abordado. Al final se han diseñado tres unidades adicionales para afianzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, donde lo importante es desarrollar el espíritu crítico y la argumentación a la hora de decidir la conveniencia de un procedimiento de control del agua u otro. Por último, al finalizar el curso se realiza una batería de preguntas tipo test cuyo objetivo es conocer el aprovechamiento del estudiante, además de servir como herramienta de aprendizaje.

El curso está programado para 75 horas de dedicación por parte del estudiante. Se pretende un ritmo moderado, con una dedicación semanal en torno a las 10-15 horas, dependiendo de la profundidad requerida por el estudiante, con una duración total de 6 semanas de aprendizaje.

Este curso único, impartido Víctor Yepes, Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València, se presenta mediante contenidos multimedia interactivos y de alta calidad dentro de la plataforma virtual Moodle, combinado con la realización de ejercicios prácticos. Así mismo, se realizarán clases en directo mediante videoconferencias, que podrán ser vistas en diferido en caso de no poder estar presente en las mismas.

Objetivos

Los objetivos de aprendizaje son los siguientes:

  1. Comprender la utilidad y las limitaciones de la maquinaria y de las técnicas de compactación superficial y profunda de terrenos
  2. Evaluar y seleccionar la mejor maquinaria y técnica de compactación en unas condiciones determinadas, considerando la economía, la seguridad y los aspectos medioambientales

Programa

  • – Lección 1. Composición y clasificación de suelos
  • – Lección 2. Materiales de terraplén
  • – Lección 3. Efectos de la compactación y deformaciones
  • – Lección 4. Porosidad y permeabilidad
  • – Lección 5. La curva de compactación
  • – Lección 6. Densidad de los suelos granulares
  • – Lección 7. Ensayo Proctor
  • – Lección 8. Sistemas de compactación: compactación normal y seca
  • – Lección 9. Ensayos de resistencia del suelo
  • – Lección 10. Fundamentos de las técnicas de compactación
  • – Lección 11. Clasificación de los equipos de compactación mecánica
  • – Lección 12. Apisonadoras estáticas de rodillos lisos
  • – Lección 13. Compactadores estáticos de patas apisonadoras
  • – Lección 14. Compactadores estáticos de ruedas neumáticas
  • – Lección 15. Rodillos de malla y compactador por impactos con rodillo lobular
  • – Lección 16. Introducción a la compactación vibratoria
  • – Lección 17. Compactadores vibratorios cilíndricos
  • – Lección 18. Compactadores de pequeño tamaño y de tracción manual
  • – Lección 19. Compactadores de zanja
  • – Lección 20. Selección del equipo y método de compactación
  • – Lección 21. Espesor de tongada y número de pasadas óptimo: tramo de prueba
  • – Lección 22. Normas y recomendaciones de trabajo
  • – Lección 23. El control de la compactación
  • – Lección 24. Condiciones de seguridad de los compactadores
  • – Lección 25. Costes y productividad de la compactación
  • – Lección 26. Compactación de aglomerado asfáltico
  • – Lección 27. Mejora del terreno mediante vibrocompactación
  • – Lección 28. Mejora del terreno mediante Terra-Probe
  • – Lección 29. Método vibroalas para mejora de suelos no cohesivos
  • – Lección 30. Compactación por resonancia de suelos
  • – Lección 31. Compactación dinámica
  • – Lección 32. Compactación dinámica rápida
  • – Lección 33. Sustitución dinámica
  • – Lección 34. Compactación con explosivos
  • – Lección 35. Compactación por impulso eléctrico
  • – Lección 36. Refuerzo del terreno mediante inclusiones rígidas
  • – Lección 37. Pilotes de compactación
  • – Lección 38. Columna de grava mediante vibrodesplazamiento
  • – Lección 39. Columna de grava mediante vibrosustitución
  • – Lección 40. Columnas de grava ejecutadas por medios convencionales
  • – Lección 41. Columnas de grava compactada
  • – Lección 42. Columnas de arena compactada
  • – Lección 43. La estabilización de suelos
  • – Lección 44. Estabilización de suelos con cal
  • – Lección 45. Estabilización de suelos con cemento
  • – Lección 46. Estabilización de suelos con ligantes bituminosos
  • – Lección 47. Problema resuelto sobre rendimientos y costes
  • – Lección 48. Problema resuelto sobre curva de compactación
  • – Lección 49. Problema resuelto sobre tramo de prueba
  • – Lección 50. Problema resuelto sobre control de calidad
  • – Supuesto práctico 1.
  • – Supuesto práctico 2.
  • – Supuesto práctico 3.
  • – Batería de preguntas final

Profesorado

Víctor Yepes Piqueras

Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Universitat Politècnica de València

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente “cum laude”. Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València y profesor, entre otras, de las asignaturas de Procedimientos de Construcción en los grados de ingeniería civil y de obras públicas. Su experiencia profesional se ha desarrollado como jefe de obra en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 5 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de un centenar artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 8 libros, 22 apuntes docentes y más de 250 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 14 tesis doctorales, con 4 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos.

Capas y bases tratadas: Gravaescoria

Figura 1. Escoria granulada. http://www.cedex.es/NR/rdonlyres/BFF81F23-BDB7-4B5B-85A5-A7ABD2974A42/119856/ESCORIASDEHORNOALTO.pdf

La gravaescoria consiste en una mezcla homogénea de áridos, escoria granulada de alto horno, cal y agua, que convenientemente compactada, se utiliza en la construcción de firmes de carreteras. La regulación de esta unidad de obra se recogía en el ya derogado artículo 515 del PG3. Se trata de un tipo de base desarrollada en Francia en los años 60 del siglo pasado. Su mayor problema es el coste del transporte de la escoria desde el alto horno a la central de fabricación, siendo 100 km una distancia límite. Esta es una de las razones por las que se encuentra desregulado su empleo. De hecho, actualmente en España la producción de escoria se localiza en Asturias, concentrándose su consumo principalmente en la zona norte del país.

La escoria granulada es una arena vitrificada obtenida por el enfriamiento brusco y controlado de la escoria de alto horno, a la salida de éste. Está constituida fundamentalmente por silicatos cálcicos, conteniendo también otras sustancias, principalmente alúmina y magnesia. La gravaescoria parte de una mezcla de árido, un 15-20% de escoria granulada de alto horno, agua y un 1% de cal viva o apagada que actúa como catalizador del fraguado. El catalizador es necesario porque la escoria granulada no es un conglomerante hidráulico, sino puzolánico. Por ello el fraguado (en puridad, una cristalización) es progresivo y lento, que puede durar varios meses, llegando al cabo de unos 2 años a alcanzar las resistencias obtenidas con la gravacemento. En otros países se utiliza escoria aireada, obtenida por enfriamiento con agua y aire.

Los áridos utilizados serán naturales o procedentes del machaqueo y trituración de piedra de cantera o grava natural. Serán limpios, sólidos y resistentes, de uniformidad razonable, exentos de polvo, suciedad, arcilla y otros materiales extraños. Su huso granulométrico es algo más abierto que en el caso del árido para la gravacemento. La humedad de la mezcla es algo superior a la óptima del Proctor Modificado. Se aconseja un riego de curado, aunque no es estrictamente necesario.

El proceso de ejecución será el que se indica a continuación:

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

La fabricación en central permite dosificar por separado el árido, la escoria granulada, la cal y el agua. Se debe asegurar una compactación que llegue al 100 % del Proctor Modificado, así como un buen drenaje del firme para evitar futuros problemas. La extensión se realiza por capas que, una vez compactadas, varíen entre 15 y 30 cm. Sin embargo, la compactación se realizará en una sola tongada.

La compactación se inicia por el borde más bajo de las distintas bandas longitudinales y continuará hacia el borde más alto de la capa, con el solape correspondiente. En los bordes se debe disponer de una contención lateral adecuada. Esta unidad de obra se puede ejecutar si la temperatura ambiente a la sombra supera los 5ºC y no se prevean heladas. Sin embargo, si la temperatura tiene tendencia a crecer, podrá bajarse el límite a 2ºC.

Cuando la gravaescoria es económicamente factible, presenta algunas ventajas respecto a la gravacemento. Así, su lento endurecimiento permite más tiempo de puesta en obra y abrir al tráfico ligero inmediatamente. Aunque se deforme la capa, siempre se podrá reperfilar antes de extender el pavimento. Otra ventaja es la homogeneidad conseguida en la mezcla debido a la elevada proporción de conglomerante, siendo la humedad y el contenido de escoria factores menos críticos. El problema del reflejo de las grietas en el firme se reduce debido a su menor retracción, por lo que es posible disminuir el espesor del pavimento bituminoso.

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Referencias:

JOFRE, C.; KRAEMER, C. (dir.) (2008). Manual de estabilización de suelos con cemento o cal. Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA), 217 pp.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Capas y bases tratadas: Gravaemulsión

La gravaemulsión es un tipo de mezcla bituminosa en frío que consiste en la mezcla íntima de áridos, emulsión asfáltica y agua, que convenientemente compactada, se utiliza para la construcción de capas de firmes de carreteras. La gravaemulsión se concibe como una técnica de estabilización de áridos marginales. Sin embargo, en España se identifica más con una mezcla de áridos de granulometría continua, relativamente duros y, en general, procedentes del machaqueo.

La mezcla se realiza con áridos húmedos y con una emulsión de rotura lenta. La emulsión puede ser catiónica o aniónica, pero siempre de betún puro. La emulsión aniónica se emplea con áridos calizos, mientras las catiónicas tienen mayor aplicabilidad, aunque de rotura más rápida. El artículo 213 del PG3 indica que se pueden emplear emulsiones de los tipos ECL-2 y EAL-2. Se puede adicionar agua y cemento, importantes para la fabricación, compactación y apertura al tráfico. Los porcentajes de ligante residual oscilan entre el 2 y 5 % sobre el peso seco de los áridos.

Figura 1. Extensión de una capa de  gravaemulsión. https://www.ateb.es/index.php/blog/item/212-grava-emul-que

Los áridos utilizados serán de características similares a los empleados en la gravacemento. Los husos granulométricos deben ser estrictos (GEA-1 y GEA-2). El equivalente de arena debe ser superior a 45. El artículo 514 del PG3 que regulaba el uso de la gravaemulsión fue derogado de la normativa actual del Ministerio de Fomento, que solo considera la utilización del suelocemento y de la gravacemento. La normativa autonómica sí que recoge su empleo. En general, se restringe al aprovechamiento de capas granulares procedentes de antiguos firmes para su uso en firmes provisionales o deformables, o bien capas de base para tráficos medios y ligeros, T2 a T4.

El proceso de ejecución será el que se indica a continuación:

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

Lo habitual es fabricar la gravaemulsión en centrales continuas, de forma similar a la fabricación de mezclas bituminosas en frío o de otras gravas tratadas. Estas centrales tendrán dispositivos adecuados para dosificar por separado la emulsión, el agua y los áridos. La mezcla se debe transportar en camiones de caja basculante, lisa y completamente limpia. Antes de extender la gravaemulsión, se debe comprobar que la capa subyacente tiene la densidad y geometría correctas. La extensión con calidad la realiza una extendedora, pero una motoniveladora tiene la ventaja de poder reperfilar (Figura 2). El espesor de la capa es de 6 a 15 cm, que se compacta con rodillos vibratorios o compactadores de neumáticos con alta carga por rueda. La compactación puede esperar sin problemas varias horas después del extendido. En caso de abrir al tráfico antes de extender la capa de rodadura, debe aplicarse un riego de sellado, con una dotación de betún residual de 200 a 500 g/m2 y arena.

Figura 2. Extensión de gravaemulsión con motoniveladora. https://www.eadic.com/mezclas-en-frio-con-emulsion-bituminosa-para-mantenimiento-de-carreteras/

La gravaemulsión se pondrá en obra si la temperatura ambiente, a la sombra, es superior a 2ºC en emulsiones catiónicas y 10ºC en las aniónicas. Pero si la temperatura ambiente tiende a aumentar, podrá fijarse en 5ºC la temperatura límite inferior para fabricar y extender la gravaemulsión en el caso de emulsiones aniónicas.

Tras la compactación y el curado, la capa de gravaemulsión presenta una elevada resistencia a compresión y a deformación bajo cargas lentas. Ello se debe a su granulometría continua, de elevado rozamiento interno. La presencia del mortero bituminoso le confiere una buena resistencia a tracción y flexión, así como una buena impermeabilidad. El módulo de elasticidad varía entre 2500 y 4000 MPa. Entre sus ventajas destaca su flexibilidad, buena compatibilidad con las capas granulares o bituminosas y su sencillez de fabricación y puesta en obra.

Dejo a continuación una publicación de la Asociación Técnica de Emulsiones Bituminosas (ATEB) sobre la gravaemulsión.

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Si bien está derogado el artículo 514 del PG3, os lo dejo a continuación por su interés.

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Referencias:

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Capas y bases tratadas: Gravacemento

En España es habitual el empleo de la gravacemento en las capas de base de los denominados firmes semirrígidos. También se puede emplear bajo pavimentos de hormigón, aunque su función es diferente respecto al caso anterior. El artículo 513 del PG3 define gravacemento como una mezcla homogénea de áridos, cemento, agua y eventualmente adiciones que, convenientemente compactada, se utiliza en la construcción de firmes de carretera. Su origen se corresponde a las mezclas de granulometría gruesa utilizadas en California.

Figura 1. Gravacemento. https://www.promsa.com/es/productos/p/grava-cemento

Los áridos utilizados serán naturales o procedentes del machaqueo y trituración de piedra de cantera o grava natural. Serán limpios, sólidos y resistentes, de uniformidad razonable, exentos de polvo, suciedad, arcilla y otros materiales extraños. El desgaste de Los Ángeles debe ser inferior a 30 y el equivalente de arena mayor a 30. Los husos granulométricos deben ser estrictos (GC-1 y GC2). El contenido en cemento en masa varía entre el 3% y el 5%. Se exige una resistencia a compresión a los 7 días de 4,5 MPa y, a largo plazo, que supere los 8 MPa. Si el contenido de cemento supera el 5-7%, entonces se puede hablar de gravacemento de altas prestaciones.

Las características del cemento empleado para la gravacemento se recogen en el artículo 202 del PG3. Su clase resistente es 32,5N. En el caso de existir sulfatos solubles en el suelo, se deberá emplear un cemento sulforresistente. El principio del fraguado debe ser posterior a las 2 horas. El contenido de agua se selecciona mediante un Proctor Modificado, de forma que la humedad óptima proporcione la densidad máxima. No obstante la humedad suele ser un 0,5% inferior a la óptima para alcanzar la máxima resistencia. Se utilizan retardadores de fraguado para ampliar la trabajabilidad del material, siendo obligatorio cuando la temperatura durante la extensión de la mezcla supera los 30ºC.

El cemento proporciona resistencia a la capa resultante. Se exige una densidad superior o igual al 98% del Proctor Modificado, y una resistencia mínima de 4,5 MPa a siete días. La resistencia máxima a siete días será de 7,0 MPa en calzada y 6,0 MPa en arcenes. Estas resistencias son medias sobre, al menos tres probetas de la misma amasada.

Figura 2. Descarga de gravacemento en obra. https://conorsa.es/catalog/gravacemento/

La mezcla del material se realiza en central, se transporta en volquetes y se extiende con extendedoras. Las extendedoras proporcionan una mayor regularidad que las motoniveladoras, que se podrían emplear si la mezcla presentan suficiente trabajabilidad. La fabricación en central permite un porcentaje homogéneo y controlado de humedad y cemento.

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

La terminación de la capa debe presentar una textura uniforme, exenta de segregaciones y ondulaciones. La rasante no superará la teórica en ningún punto y no debe quedar por debajo de la teórica en más de 15 mm. La anchura de la capa no será inferior a la definida en planos, ni superarla en más de 10 cm. El espesor no deber ser, en ningún punto, menor al previsto. En tiempo caluroso se aconseja no solo un retardador de fraguado, sino un riego con emulsión bituminosa de rotura rápida para garantizar el curado. Por otra parte, aunque se aconsejan varios días para permitir la circulación de vehículos sobre la gravacemento, parece ser que solo sería necesaria una protección superficial.

En los firmes semirrígidos, la capa de gravacemento es estructural, absorbiendo la mayor parte de las tensiones del tráfico. El principal problema a resolver es el agrietamiento por retracción, que puede reflejarse a través del pavimento bituminoso en función de los gradientes termohigrométricos y el espesor del pavimento. Por dicho motivo, el espesor del pavimento para tráfico pesado no suele bajar de 12-15 cm. Las grietas pueden solucionarse conjuntas en fresco, antes de la compactación, separadas unos 3 m. También se pueden interponer capas o membranas que absorban las tensiones concentradas.

Cuando la capa de gravacemento sirve de apoyo a un firme rígido, los requerimientos estructurales pasan a segundo plano, siendo más importante la formación de una buena plataforma de trabajo y de apoyo estable a largo plazo. En este caso, la gravacemento puede apoyarse directamente sobre una zahorra natural o sobre la propia explanada si ésta es de cierta calidad. Basta en este caso que la capa de gravacemento presente un ancho mínimo constructivo de 15 cm.

Os dejo un vídeo de la profesora Ana María Pérez, de la Universitat Politècnica de València, que explica las características más relevantes del gravacemento utilizado en las capas de base de las carreteras.

En esta ponencia, Amaia Lisbona, de Tecnalia, explica cómo fabricar suelocemento y gravacemento a partir de áridos reciclados procedentes de los residuos de la construcción y demolición.

Os dejo a continuación el artículo 513 del PG3 donde se regulan los materiales tratados con cemento (suelocemento y gravacemento).

Descargar (PDF, 534KB)

Referencias:

JOFRE, C.; KRAEMER, C. (dir.) (2008). Manual de estabilización de suelos con cemento o cal. Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA), 217 pp.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Compactación por hidrovoladura

La compactación por hidrovoladura (“hydroblasting“) es una técnica de mejora que es diferente de la compactación clásica por explosivos, aunque de diseño similar. En primer lugar, el agua se introduce en el terreno y luego se detonan explosivos en profundidad. Es una técnica que se ha demostrado eficaz en el tratamiento de suelos colapsables tipo loess en Bulgaria.

El procedimiento constructivo se desarrolla en tres fases (Bielza, 1999):

  • En primer lugar, se inunda el suelo hasta que sobrepasa su Límite Líquido. Para ello se excavan zanjas de 20 a 40 cm de anchura y 4 a 5 m de profundidad alrededor del área a tratar (Figura 1). Con este drenaje se evita inundar las capas superiores del terreno adyacente. Esta inundación se realiza en varios días y se ayuda por drenes separados unos metros de las barrenas de los explosivos. Los cartuchos superiores quedan a solo 500-700 mm por debajo de la parte superior de cada perforación.
  • A continuación se colocan las cargas en barrenos separados entre 3 y 6 m, procediéndose a continuación a la voladura. Las cargas se detonan por separado en cada barreno, con intervalos entre las explosiones de al menos un minuto.
  • Por último, se consolida el suelo tras la salida inmediata y drenaje posterior del agua intersticial.
Figura 1. Compactación de suelos colapsables no saturados por hidrovoladura (Bell, 1993)

Inmediatamente después de la voladura, la superficie del suelo se levanta y se fractura. El aire y el agua escapan por las aberturas que aparecen en la superficie. Este efecto puede durar desde minutos a horas. Ocurre primero un asentamiento inicial y luego otro continuo durante algún tiempo. Como la compactación del metro superior es escasa, hay que compactarla con un compactador vibratorio pesado.

La diferencia fundamental entre la compactación por explosivos y la hidrovoladura se encuentra en el momento en que tiene lugar el asiento. Con los explosivos, la totalidad de la compactación ocurre durante la explosión. Sin embargo, en la hidrovoladura, los asientos ocurren durante todo el proceso: tanto en la inundación como en la explosión y posteriormente durante la consolidación.

Bell (1993) informa que la velocidad de compactación conseguida mediante hidrovoladura es unas 12 veces más rápida que una simple inundación de un loess, siendo su grado de compactación 3 o 4 veces superior. Asimismo, el suelo consigue una compactación uniforme, con una disminución de la porosidad entre un 33% y un 50%.

REFERENCIAS:

  • BIELZA, A. (1999). Manual de técnicas de tratamiento del terreno. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 432 pp.
  • BELL, F.G. (1993). Engineering Treatment of Soils. Ed. E & FN Spon, Londres.
  • LÓPEZ JIMENO, C. et al. (1995). Manual de perforación y voladuras de rocas. Instituto Tecnológico Geominero de España.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Inyecciones de compactación

Figura 1. Inyección de compactación. https://www.keller.com.es/experiencia/tecnicas/inyeccion-de-compactacion

La inyección de compactación (“compaction grouting“) constituye un método que mejora el terreno por desplazamiento, sin impregnarlo o fracturarlo. Se inyecta material con un elevado ángulo de rozamiento interno que impide que el material inyectado se mezcle con el propio suelo. Normalmente es mortero seco de alta viscosidad, morteros de baja movilidad o resinas expansivas. También se conoce como inyección de desplazamiento o de baja movilidad. Se forma un bulbo más o menos esférico que compacta el terreno y lo desplaza hacia el exterior.

Es una técnica adecuada en suelos no cohesivos de baja compacidad. También se utiliza en los cohesivos para crear inclusiones de mayor resistencia y capacidad portante. La técnica corrige asientos diferenciales, eleva la capacidad portante bajo estructuras o en pilotes, es una alternativa a la cimentación, sirve como pretratamiento antes del jet-grouting, disminuye el riesgo de licuación del terreno, permite inyecciones de compensación en la excavaciones de túneles y sirve de relleno en  cavidades en terrenos kársticos, entre otras aplicaciones.

El mortero utilizado como mezcla es muy viscoso, espeso y grueso que, en primer lugar, comprime el terreno suelto, desplazándolo a continuación. Son necesarias presiones elevadas, de 4 a 6 MPa. La movilidad se limita de uno a dos metros. El mortero, una vez fragua, alcanza una resistencia a compresión simple de unos 3 MPa.

El procedimiento consiste en la perforación de un taladro que alcance la profundidad especificada para, seguidamente, inyectar a presión desde el fondo un mortero seco, pero que sea bombeable. La tubería se levanta en tramos de 30 a 60 cm de forma que se superponen los bulbos de mortero seco hasta alcanzar el nivel necesario. Si se trata de arcillas saturadas, la compactación aumenta las presiones intersticiales que se disipan con lentitud. Ello implica muchas fases de inyección con tiempos de espera importantes, salvo que exista un drenaje eficaz entre taladros.

La inyección de compactación es efectiva en suelos granulares sueltos, saturados y no saturados, y también en suelos de granos finos blandos no saturados, tal y como se observa en la Figura 2.

Figura 2. Aplicabilidad de las inyecciones de compactación (Armijo, 2004)

La inyección finaliza cuando se producen movimientos en la estructuras (mayores de unos 2 mm), se superan los 4 MPa a profundidades menores a 15 m o a 6 MPa en otros casos, o bien se supera un volumen máximo, generalmente 2,5 m3 cada 0,5 m en el caso de terrenos con cavidades (Armijo, 2004). También se termina cuando hay reflujo de mortero por la boca del taladro.

En esta animación de Keller podemos ver cómo se realiza una inyección de compactación

Aquí podéis ver una explicación de la inyección de compactación.

Este otro vídeo, de Geotecnia-ONLINE, tienes una explicación en detalle de la técnica.

Referencias:

  • ARMIJO, G. (2004). Inyecciones de baja movilidad en terrenos kársticos. Jornadas Técnicas SEMSIG-AETESS 4ª Sesión: Mejora del terreno mediante inyecciones y jet grouting, Madrid.
  • BELL, F.G. (1993). Engineering treatment of soils. E & F Spon, Londres.
  • BIELZA, A. (1999). Manual de técnicas de tratamiento del terreno. Carlos López Jimeno, Madrid, 432 pp.
  • CAMBEFORT, H. (1968). Inyección de suelos. Omega, Barcelona.
  • KUTZNER, C. (1996). Grouting of rock and soil. A.A. Balkema, Rotterdam.
  • MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. 2004.844. Valencia.
  • MINISTERIO DE FOMENTO (2005). Recomendaciones Geotécnicas para Obras Marítimas y Portuarias. ROM 0.5-05. Puertos del Estado, Madrid.
  • SANZ, J.M. (1981). Procedimientos generales de construcción. Sondeos y perforaciones, inyecciones, pilotes, pantallas continuas. E.T.S. Ingenieros de Caminos, Madrid.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Mezcla profunda de suelos como técnica de mejora del terreno

Es habitual mezclar los suelos con cemento, cal o aglutinantes para estabilizarlos (“Soil Mixing Methods“). En un relleno, la mezcla se puede hacer antes o después de su colocación, pudiéndose compactar en su caso. Es frecuente estabilizar los suelos “in situ” con cemento o cal utilizando máquinas específicas para ello. Son técnicas adecuadas que mejoran y refuerzan los suelos blandos como arcillas, limos, arenas sueltas, etc. La mezcla consigue mayor estabilidad, capacidad portante, resistencia al corte, menor compresibilidad y permeabilidad que el terreno original.

Dentro de estas técnicas destacan aquellas que consiguen la estabilización en profundidad, las llamadas mezclas profundas de suelos (“Deep Soil Mixing“, DSM”). Se obtienen así una serie de inclusiones en forma de columna, elementos lineales, pantallas o secciones rectangulares de un material mejorado del tipo suelo-cemento. Se trata de una técnica desarrollada en Japón y en países escandinavos en los años 70 del siglo pasado. Estos sistemas están evolucionando rápidamente en cuanto a su aplicabilidad, rentabilidad y ventajas medioambientales.

Figura 1. Fases de ejecución de la mezcla profunda de suelos (Deep Soil Mixing). https://menardoceania.com.au/technique/soil-mixing/

Dentro de las técnicas de mejora profunda de suelos podrían incluirse las inyecciones y el Jet Grouting, pero son procedimientos que difieren del DSM en la forma de desestructurar el terreno. En efecto, en el caso que nos ocupa, la deconstrucción es mecánica, con un ligante hidráulico que facilita la reacción química entre el suelo y el agua. Se usa el cemento, la cal y la bentonita como ligantes habituales, aunque es posible usar yesos, cenizas y aditivos específicos para mejorar el terreno.

Se utilizan diferentes medios mecánicos para romper, batir y mezclar el suelo con el ligante. Pueden ser cadenas y cangilones, tambores giratorios con elementos cortantes, ejes con aletas y otros mecanismos similares, que son más complicados a medida que aumenta la finura y la rigidez del terreno. El ligante se puede aportar por vía seca o por vía húmeda.

Se han desarrollado procedimientos registrados por las diferentes empresas como es el sistema Trenchmix, el sistema Cutter Soil Mixing (CSM-Geomix), o las columnas de suelo-cemento (CSC-Springsol). El método CSM emplea un cortador para formar paredes, proporcionando un a solución rentable y rápida en la construcción de pantallas mediante la mezcla de suelo “in situ” con una lechada de cemento/lechada de bentonita. Trenchmix se vale de herramientas de corte para excavar zanjas en aplicaciones estructurales o pantallas impermeables.

En la Figura 2 se observan las fases constructivas con un equipo Trenchmix. Consta de una zanjadora diseñada especialmente para no extraer el terreno, permitir la incorporación del ligante y efectuar la mezcla in situ. Este ligante puede introducirse en polvo o mediante una lechada. La profundidad de la pantalla se limita a la longitud de la sierra, hasta unos 8 m. El espesor de la pantalla varía entre 400 y 600 mm.

Figura 2. Fases de ejecución de una pantalla con el sistema Trenchmix. https://www.rodiokronsa.es/exclusivas/trenchmix/

A continuación os dejo un vídeo donde se puede ver la mezcla profunda de suelos mediante una fresadora.

En este otro caso se observa la mezcla profunda de suelos mediante Trenchmix.

En este otro vídeo se observa la técnica de Deep Soil Mixing mediante un cabezal rotatorio.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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