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Cimentaciones GBC, S.A. de C.V. Av. Heriberto Jara Corona # 573, Fracc. Reforma, Veracruz, Ver. 91919. México Tel./Fax: (52) (229) 9807050 E-mail: [email protected] Web: www.cimentacionesgbc.com.mx

DECLARACIÓN DE MÉTODO PARA TRABAJOS DE

VIBROCOMPACTACIÓN

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DECLARACIÓN DE MÉTODO PARA TRABAJOS DE VIBROCOMPACTACIÓN

Cimentaciones GBC, S.A. de C.V. Av. Heriberto Jara Corona # 573, Fracc. Reforma, Veracruz, Ver. 91919. México

Tel./Fax: (52) (229) 9807050 E-mail: [email protected] Web: www.cimentacionesgbc.com.mx 1

Contenido

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 2

1.1 Objetivo de la vibro compactación ............................................................................... 2

1.2 Límites del método de vibro compactación .................................................................. 3

2. EQUIPO NECESARIO PARA LA VIBRO COMPACTACIÓN. ...................................... 4

3. DECLARACIÓN DEL MÉTODO PARA PRUEBA DE VIBRO COMPACTACIÓN ...... 5

3.1 Introducción .................................................................................................................. 5

3.2 Equipo a utilizar en la prueba de vibro compactación ................................................. 5

3.3 Pre selección del patrón de las pruebas. ....................................................................... 6

3.4 Secuencia de la vibro compactación ............................................................................. 7

3.5 Esquema de procedimiento de Columnas de grava y Vibro compactación ................. 8

3.6 Procedimiento para la instalación de columnas de grava ............................................. 9

3.7 Medición del asentamiento subsiguiente .................................................................... 10

3.8 CPTU antes y después del tratamiento ....................................................................... 10

3.9 Ejemplos de obras realizadas con vibro compactación .............................................. 12

4. REFERENCIAS ............................................................................................................ 14





1. INTRODUCCIÓN

1.1 Objetivo de la vibro compactación El método de mejoramiento de suelos por el que los suelos granulares se compactan usando vibradores se conoce como Vibroflotación (Vibroflotation). Los objetivos de este método son los siguientes:

Aumentar la capacidad de carga del terreno, a través de la densificación de las partículas, reduciendo el tamaño de las cimentaciones.

Reducir asentamientos totales y diferenciales.}

Reducir la permeabilidad de 2 a 5 veces.

Incrementar el módulo de rigidez de 2 a 5 veces.

Acelerar el proceso de consolidación (suelos cohesivos).

Aumentar la estabilidad al deslizamiento (terraplenes).

Disminuir el riesgo de licuación (arenas flojas) al comportarse como drenes.

Permitir la construcción sobre rellenos.

La compactación suele producir la formación de embudo en la superficie del terreno, que se rellena con material procedente del propio terreno o de aportación externa (generalmente arenas). Como resultado, se forma una masa de terreno compactado, de forma sensiblemente cilíndrica. La densificación de las arenas es permanente ya que se configuran de tal modo que quedan ubicadas en su posición más compacta.

Figura 1.1 Configuración de las partículas de arena





1.2 Límites del método de vibro compactación La técnica de Vibro compactación es la más adecuada para arenas de medianas y de grano grueso, con menos de 12% material más fino que 63 micras y contenido de arcilla (tamaño de partícula inferior a 0.002 mm) menor al 2%. Los suelos cohesivos que constan de limo y material de arcilla no responden a la compactación vibratoria. La gama de suelos adecuados para las técnicas de vibración se muestra en la Figura 1.1.

Figura 1.2 Suelos mejorables

Zona A: Los suelos de esta zona son muy compactables. La frontera más a la derecha en el siguiente gráfico indica un límite empíricamente encontrado en donde la cantidad de guijarros y cantos rodados evita la compactación debido a que la sonda vibratoria no puede llegar a la profundidad de compactación. Zona B: Los suelos de esta zona son ideales para Vibro compactación. Tienen un contenido de finos de menos del 12%. El suelo in situ fluye hacia la vibrolanza durante compactación, de modo que ningún relleno tiene que ser añadido por la parte superior, proporcionando asentamientos resultantes del terreno tolerables. Dependiendo de la densidad inicial y la densificación necesaria, los asentamientos debido a Vibro compactación son entre 2% y 15% del espesor de la capa tratada. Zona C: La zona C sigue siendo adecuada para Vibro compactación, pero el tiempo de compactación requerida se incrementa drásticamente en comparación con la zona B. Esto ocurre debido a que el exceso de agua no drena lo suficientemente rápido en el suelo compactado. La compactación sólo es posible mediante la adición de relleno de la superficie, ya que el suelo in situ no fluye por sí mismo hacia la vibrolanza .





Zona D: Los suelos de esta zona no son compactables. Las columnas de grava son una solución alternativa para un mejoramiento en estos suelos

2. EQUIPO NECESARIO PARA LA VIBRO COMPACTACIÓN. La figura 2.1 muestra el equipo necesario para la vibro compactación, compuesto por la vibrolanza (vibroprobe), los tubos de extensión (follow up tube), la longitud de estos dependerá de la profundidad de tratamiento y la cabeza de elevación (lifting head).

Figura 2.1 Equipo necesario para trabajos de vibro compactación





3. DECLARACIÓN DEL MÉTODO PARA PRUEBA DE VIBRO COMPACTACIÓN

3.1 Introducción Es de vital importancia realizar ensayos de vibro compactación antes del comienzo de las obras principales. Los objetivos de estos ensayos se definen como sigue:

1) Determinar una correlación específica de sitio entre el hundimiento del suelo durante la compactación y el grado de compactación asociado con este hundimiento, es decir. el aumento de la densidad relativa.

2) Determinar una correlación específica de sitio entre la resistencia a sondear y la densidad relativa. Para esto se necesita una medición directa de la densidad relativa para comparar con los datos de pruebas CPTU. La forma propuesta para determinar in situ la densidad del suelo sobre la profundidad son las muestras de suelo congelado. El método propuesto para determinar densidades máximas y mínimas es llevar a cabo las pruebas ASTM D4253 (métodos de prueba estándar para la densidad máxima de índice de los suelos utilizando una mesa vibratoria) y ASTM D4254 (métodos de prueba estándar para la densidad índice mínimo de los suelos y el cálculo de la densidad relativa).

3) Encontrar la red óptima compactación espaciamiento y la celebración de tiempo probando diferentes redes y los tiempos de retención.

4) Determinar el mejor método de trabajo, es decir, el uso óptimo de agua y el aire durante la compactación.

5) Definir el criterio de rechazo para penetrar en la plataforma vibro través de capas duras.

6) En última instancia, comparar aumento en la resistencia CPTU con los datos a partir de mediciones de subsidencia y desarrollar reglas como base para la aceptación de los trabajos de compactación en base a una combinación de la medición de la resistencia de los sondeos y las mediciones subsiguientes.

3.2 Equipo a utilizar en la prueba de vibro compactación Para los trabajos de vibro compactación se cuentan con diferentes equipos cuyo rendimiento varía en función de sus características, la siguiente tabla nos presenta las características de los diferentes equipos que en asociación con Betterground tenemos a nuestra disposición.





Vibroflot ICE V180 B27 B44 B54

Fuerza del motor 105 250 360 KW

Frecuencia 60 60 60 Hz

Velocidad de rotación 1800 1800 1800 1800 rpm

Fuerza excéntrica 195 270 520 842 KN

Amplitud 20 24 42 54 mm

Diámetro 360 354 418 460 mm

Longitud 4969 3480 4250 4570 mm

Peso 4490 2200 3960 4500 Kg

Tabla 1.1 Especificaciones de los vibroflots utilizados por Cimentaciones GBC -

Betterground

El equipo que se utilizará para realizar esta prueba preliminar será el modelo ICE V180, sin embargo es importante mencionar que los resultados obtenidos en esta prueba nos permitirá seleccionar el equipo más adecuado para garantizar un mejoramiento del suelo de acuerdo a los requerimientos necesarios.

3.3 Pre selección del patrón de las pruebas. Proponemos realizar un ensayo inicial el cual consiste en arreglos triangulares de lados iguales de 3.8, 3.5 y 3.0 metros como se indica en la siguiente Figura 3.1. Las rejillas se dividirán en dos zonas con 30 y 40 segundos de intervalos de tiempo para cada intervalo de profundidad. Figura 3.1 Malla de prueba para obtención de patrón y optimización de tiempo de vibración.

30 segs/metro

40 segs/metro





3.4 Secuencia de la vibro compactación

1. Penetración

La vibrolanza penetra hasta la profundidad deseada debido a

su propio peso, la vibración y la eyección de agua y/o aire.

La velocidad de penetración por lo regular se encuentra en el

rango de 1 a 5 metros/minuto.

La penetración se facilita por el flujo de aire de de los

inyectores de la parte baja de la vibrolanza.

El suelo en su mayoría es desplazado, y parte de este es

purgado.

2. Compactación

La vibrolanza es extraída de la profundidad máxima

alcanzada en intervalos de aproximadamente 0.5m o 1m. La

arena o grava del sitio fluye hacia la vibrolanza.

El tiempo sostenido entre los incrementos de profundidad

debe ser determinado durante las pruebas de compactación

antes de comenzar los trabajos principales de compactación.

3. Relleno

La compactación es alcanzada con material de relleno

proveniente de banco o del sitio de trabajo.





3.5 Esquema de procedimiento de Columnas de grava y Vibro compactación

Figura 3.2 Equipo necesario y procedimiento para los trabajos de instalación de columnas

de grava.





3.6 Procedimiento para la instalación de columnas de grava

Procedimiento de penetración:

La vibrolanza penetra hasta la profundidad deseada debido a su

peso propio, la vibración y el efecto de la acción de la presión del

aire y agua.

El rango de velocidad de penetración por regular se encuentra

dentro de 1 a 5 metros/min,

La penetración se facilita debido al flujo de aire proveniente de las

boquillas inferiores de la vibrolanza.

El suelo del sitio es desplazado.

El flujo de agua se ajusta para lubricar los tubos de seguimiento

en caso de ser necesario.

Relleno y compactación:

La grava se introduce en la punta de la vibrolanza a través de una

tubería de transporte de grava y se rellena el espacio que se

generó cuando la vibrolanza se extrae como máximo 1 metro.

Las fuerzas horizontales producto de la vibración compactan y

presionan el material de relleno (grava) contra el suelo del sitio.

Esta operación se repite a cada metro de profundidad en

intervalos de 1 metro de profundidad hasta que el diámetro de

requerido de la columna se logra alcanzar.





Proceso final:

Durante la instalación de las columnas, el suelo adyacente es

horizontalmente compactado y vibrado y por lo tanto mejorado.

La columna terminada refuerza y drena el suelo y por lo tanto

éste es capaz de soportar cargas verticales de alto valor.

3.7 Medición del asentamiento subsiguiente Antes del comienzo de los ensayos, el área de tratamiento será, en general aplanada. Después del aplanamiento de la superficie, los niveles se tomarán en una cuadrícula nominal de 4 m, que se extenderá 10 m más allá de los márgenes de la zona de ensayo. Al término de los ensayos de compactación, el área tratada deberá ser aplanada, ejerciendo cuidado para garantizar que ningún material es introducido desde fuera de la zona afectada por el proceso de compactación. Después de haber aplanado la superficie, los niveles serán nuevamente tomados en una cuadrícula nominal 4 m, que se extenderá 10 m más allá de los márgenes de la zona de ensayo. Se tomará como asentamiento medio inducido por la vibro compactación la reducción de volumen evaluado a partir de los niveles de pre-compactación y post compactación, dividido por el área tratada por el número de compactaciones considerados. Aunque es evidente que dicha medición no tiene una precisión muy alta, en el pasado se podían detectar claras diferencias entre los distintos arreglos de compactación. Estas diferencias, junto con la interpretación de los Pre y Post CPTU conducen a la selección de los patrones de rejilla óptimos.

3.8 CPTU antes y después del tratamiento El método principal para la evaluación del desempeño de las obras de vibro compactación es por medio de Pruebas de Penetración por Piezocono (CPTU). La media aritmética CPTU para el perfil de resistencia de punta para cada par de pruebas se calculará a partir de la media móvil calculada en zonas de 0.5 m profundidad. El perfil medio de rodadura se utilizará para evaluar el rendimiento en relación con una línea de funcionamiento de la resistencia de punta CPTU acordado. Se llevarán a cabo pruebas CPTU previas a la compactación ubicadas en el eje central de los patrones de prueba.





Después del tratamiento, se llevarán a cabo pruebas CPTU en estos mismos lugares así como también en lugares entre los puntos de compactación para cada una de las cuadrículas en ambos lados del eje central para evaluar los dos tiempos sostenidos de 30 segundos y 40 segundos respectivamente. Cuando se ha utilizado agua durante el proceso de compactación, las pruebas CPTU post compactación no se llevarán a cabo sino hasta después de 14 días de la finalización de la vibro compactación, para permitir la disipación de las presiones de agua de poro en exceso, las cuales se deben al proceso de tratamiento. Si aire y agua se utilizan durante la vibro compactación, las pruebas post compactación no podrá llevarse a cabo por lo menos hasta 20 días después de la finalización de la compactación. El grado de densificación, y la medición de la resistencia de punta CPTU, se ve afectada por el armazón y el contenido de carbonato, que deberá ser tenido en cuenta como parte de la evaluación de la resistencia de punta CPTU requerido frente al perfil de profundidad. El grado de densificación también se ve afectado por el contenido de finos (limos y arcillas), y esto también se tendrá en cuenta al evaluar los datos de las pruebas CPTU. La base de la evaluación de contenido de finos será por cuenta de la relación de fricción CPTU. La toma de muestras y ensayos para determinar el contenido de limo y arcilla se realizarán según sea necesario.





3.9 Ejemplos de obras realizadas con vibro compactación

Figura 3.3 Trabajos de mejoramiento de suelo para incrementar la capacidad de carga del terreno para soportar las cargas transmitidas por un edificio de 15 niveles.





Figura 3.4 Mejoramiento del relleno hidráulico en la construcción del muelle auxiliar

de la Terminal “A” de la Ampliación del Puerto de Veracruz Etapa 1





4. REFERENCIAS

1. Jamiolkowski, M., Ghionna, V.N. and Lancellotta, R. (1988) “New correlations of penetration tests for design practice.” Proceedings of the International Symposium on Penetration Testing, ISOPT-1 Orlando, 1, 263 – 96, Balkema Pub., Rotterdam.

2. Ivan K. Nixon, 1982, Standard penetration test. State-of-the-art report. Proceedings of the

Second European Symposium on Penetration Testing, Amsterdam. 24-27 May 1982. 3. Senneset, K., Sandven, R., Lunne, T., By, T., and Amundsen, T. (1988) “Piezocone tests in

silty soils”. Proceedings of the International Symposium on Penetration Testing, ISOPT-1, Orlando, 2, 955-66. Balkema Pub., Rotterdam.

4. Seed, H.B., Idriss, I.M. (1971). “Simplified procedure for evaluating soil liquefaction

potential.” J. Geotech. Eng. Div., ASCE 97(9), 1249-1273.


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