INTRODUCCIÓN

La mejora del terreno como solución a la cimentación de todo tipo de estructuras es una técnica conocida desde hace mucho tiempo. De todas ellas la más utilizada y conocida es la precarga que mejora el terreno al acelerar la consolidación y reducir en el tiempo la consecución de un asiento residual aceptable.Las técnicas más modernas como pueden ser la compactación dinámica, las mechas drenantes y las columnas de grava, aunque empleadas con anterioridad, han sufrido un fuerte auge durante la década de los 90 y en la actualidad.Definida la mejora de terrenos como un sistema que pretende la mejora general de un suelo blando de tal forma que no sea necesaria una cimentación profunda, la tendencia actual lleva a incluir dentro de este apartado algunos tipos de inyecciones en especial las denominadas de consolidación, compactación y compensación.

OBJETIVO

Conocer los métodos de mejoramiento del terreno y compararlos con el fin de obtener mejores beneficios.

MEJORAMIENTO DEL SUELO

Todas las mejoras del terreno se definen porque su dimensionamiento tiene como fin la limitación de asientos, frente a otras técnicas de cimentación que buscan la trasmisión de cargas hasta zonas competentes.A diferencia de las cimentaciones profundas que atraviesan las capas de suelos blandos hasta alcanzar un estrato competente al que transmitir las cargas, las técnicas de mejora de suelos se basan en mejorar una cierta profundidad de este sustrato blando de tal forma que una vez actuado sobre él pueda resistir las cargas transmitidas.De forma simplificada, el diseño mediante la mejora de suelos consiste en obtener un suelo tratado con características geotécnicas equivalentes E1 (módulo de deformación), φ (ángulo de rozamiento) y c (cohesión) resultantes de sumar los efectos de las reales del suelo sin tratar (E, φ, c) con las que aporta la columna de grava (EC, φ, C).Aunque el comportamiento del suelo mejorado no es homogéneo en toda la superficie tratada, desde un punto de vista teórico es válida la aproximación para entender el concepto frente a la forma de cálculo y trabajo de otro tipo de cimentaciones.

Cimentación profunda y mejora del terreno

Condiciones Iniciales Del TerrenoAntes de decidir o implementar cualquier tipo de mejora o refuerzo del terreno deben establecerse adecuadamente las condiciones iniciales del terreno mediante el oportuno estudio geotécnico (exploración del terreno).

Elección Del Procedimiento De Mejora O Refuerzo Del TerrenoLos siguientes factores, según proceda, deben tomarse en consideración para elegir el proceso más adecuado de mejora o refuerzo del terreno:a) Espesor y propiedades del suelo o relleno a mejorar;b) Presiones intersticiales en los diferentes estratos;c) Naturaleza, tamaño y posición de la estructura a apoyar en el terreno;d) Prevención de daños a las estructuras o servicios adyacentes;e) Mejora provisional o permanente del terreno;

f) En términos de las deformaciones previsibles, relación entre el método de mejora del terreno y la secuencia constructiva;g) Los efectos en el entorno, incluso la posible contaminación por substancias tóxicas (en el caso en que éstas se introdujeran en el terreno en el proceso de mejora) o las modificaciones en el nivel freático;h) la degradación de los materiales a largo plazo (por ejemplo en el caso deinyecciones de materiales inestables).

Métodos De Mejora Del Terreno:

A. COMPACTACIÓN:Elección del suelo de préstamo adecuado. → Selección cuidadosa.Vertido del suelo en capas de pocos centímetros.Modificación de la humedad del suelo colocado.Compactación con la humedad modificada. → Ensayo Proctor.

Maquinaria• Compactadoras de rodillos.• Compactadoras de neumáticos.• Compactadoras de “pata de cabra”.• Máquinas vibratorias

B. PRECARGA: Teoría de la Consolidación

El método de precarga consiste en someter al terreno a una presión aplicada en la superficie antes de colocar la carga estructural, con la finalidad de aumentar la densidad del mismo, disminuir los asientos que pueden originar posteriormente las construcciones y, en consecuencia, aumentar la capacidad portante.La aplicación de la precarga suele realizarse mediante rellenos de tierra o mediante la colocación de tanques de agua sobre la superficie.Estos sistemas se suelen utilizar para acelerar la consolidación de terrenos cohesivos blandos, aunque también se aplican para la mejora de rellenos, limos orgánicos e inorgánicos, turbas, etc. Se requiere un estudio minucioso del terreno que se va a consolidar para poder predecir la magnitud de los asientos y el tiempo de consolidación.Para ejecutar este método de compactación, se extiende sobre el terreno que se desea compactar una carga con un peso que tiene un valor de 1 ó 2 veces el de las cargas que transmitirá al terreno el edificio que se va a construir. La consolidación puede hacerse por zonas, utilizando las tierras existentes, que son transportadas de uno a otro sitio, o en su caso, trasladando los tanques de agua. A este sistema se le suele denominar “método de la duna móvil”.Los asientos de consolidación primaria, que se producen en las cimentaciones se consiguen eliminar manteniendo la sobrecarga Ps más la carga permanente Pf durante un tiempo tal que el asiento originado Δ1de la figura sea igual al que produciría Pf por consolidación primaria.

Una vez retirada la sobrecarga, la carga permanente de la estructura sólo originará los asientos correspondientes a la consolidación secundaria.El método de precarga puede ser la solución más viable cuando el terreno tiene una capacidad portante insuficiente y las cargas de las futuras construcciones son ligeras y uniformes. Sin embargo, presenta los siguientes inconvenientes: Excesivo plazo de ejecución, ya que el tiempo de consolidación

puede ser de varios meses (en ocasiones más de un año) y hay que prever la disposición de la carga para conseguir el efecto previsto. Este tiempo se reduce mediante la instalación de drenes, pero esta solución aumenta el coste del tratamiento.

Coste elevado respecto a otras soluciones. Necesidad de utilizar instrumentos y ensayos de control para

proyectar correctamente la precarga y prever el tiempo de aplicación.

Es necesario instalar una gran cantidad de piezómetros y se hace preciso un reconocimiento muy completo del terreno.

El tratamiento afecta a instalaciones y estructuras próximas, pudiendo originar asientos inadmisibles en sus cimientos. En el caso de pilotes origina esfuerzos laterales y/o rozamiento negativo.

La velocidad de los asientos aumenta notablemente con drenes verticales que pueden ser de arena o papel.

B.1. Drenes De Arena: Para la ejecución de esta técnica, se realizan perforaciones verticales de 20 a 40 cm de diámetro, rellenas de material granular o grava. Su profundidad debe ser superior a la del estrato compresible o, al menos, abarcar el espesor en el que se prevé vaya a producirse la mayor parte del asentamiento.La perforación se lleva a cabo a base de helicoides, con o sin entubado, o con tubería cerrada. Este último sistema provoca un desplazamiento lateral del terreno que disminuye su coeficiente de consolidación y su resistencia al corte.Las perforaciones de drenaje se disponen formando una malla de puntos a una distancia de aproximadamente 10 veces el diámetro del dren. La red de puntos se completa con una capa drenante colocada en la superficie que facilite la expulsión del agua que circula por los drenes.Esta capa debe tener un espesor de al menos 40 cm.

B.2. Drenes de plástico y papel: En las perforaciones del terreno se introducen verticalmente tiras de plástico y papel o cartón que provocan el filtrado del agua.Con el equipo de hinca utilizado se pueden alcanzar profundidades máximas de hasta 12 m.Para hincar el dren se suele utilizar una funda de acero que lo protege y que se retira al alcanzar la profundidad prevista.

C. COMPACTACIÓN DINÁMICA:

Este método de mejora del terreno se realiza por la aplicación repetida de impactos de gran energía producidos por la caída libre de un peso sobre la superficie del terreno en puntos concretos de una malla diseñada en función del tipo de material y del grado de consolidación que se desee.

Proceso de compactación.Masa de 10 KN en caída libre desde 20 m de altura.

En los puntos interiores de la malla se continúa con el proceso de compactación con la aplicación de una energía de impacto menor.

Esquema de una malla de compactación dinámica

Con este tratamiento se produce la disminución del volumen de huecos del terreno, el aumento de la densidad y por consiguiente el incremento de la capacidad portante.

La mayor eficacia de este tratamiento se consigue en terrenos granulares de gran permeabilidad aunque también se puede aplicar a terrenos cohesivos saturados y de baja permeabilidad.Se consideran adecuados los siguientes tipos de terreno:

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

En terrenos cohesivos saturados el tratamiento se aplica por fases, dejando periodos de tiempo entre ellas que permita la disipación de las presiones intersticiales. Tal disipación se produce de forma bastante rápida, como consecuencia de la formación de una red de

drenaje provocada por la licuefacción del terreno que además genera un aumento de su permeabilidad.

La técnica fue puesta al día por Menard, que utilizaba pesos de 100 a 300 kN, y fijaba la caída libre entre 15 y 40 m. Ante el tratamiento, el terreno no experimenta una disminución de volumen con los primeros impactos ya que el aumento de la presión intersticial hace que se comporte como un líquido (figuras 7.6 y 7.7).El trabajo se detiene hasta que disminuye la presión intersticial y se continúa luego con nuevas pasadas. Se comprende que cuanto mayor sea la permeabilidad del terreno, menor tiempo se necesita para la disminución de la presión intersticial. Este hecho explica la mayor facilidad de tratamiento terrenos granulares.Antes del inicio del mismo se debe prever aproximadamente el grado de mejora del terreno que se pretende conseguir y para definir un programa de ejecución que regule los siguientes aspectos:

Asiento instantáneo. Energía de saturación por fase. Número de fases. Separación entre puntos de impacto. Energía y número de impactos por punto en cada fase. Periodos de disipación de las presiones intersticiales. Energía total.

Los datos expuestos anteriormente pueden obtenerse, bien basándose en la experiencia o bien mediante la realización de ensayos de laboratorio con el edómetro dinámico, puesto a punto por Menard, que trata de representar a escala reducida el fenómeno de la compactación dinámica.En general, se pueden conseguir rendimientos de ejecución de 300 a 600 m2/día y se pueden alcanzar profundidades de tratamiento de hasta 30 m.

Fundamentos de la compactación dinámica

Gráficas asociadas con la compactación dinámica

D. SUSTITUCIÓN DINÁMICA. “PUITS BALLASTES”

A partir de la técnica de compactación dinámica, se ha desarrollado recientemente un nuevo método denominado “sustitución dinámica” que consiste en el Punzonamiento del terreno con una maza pequeña y pesada, que se deja caer desde gran altura. El cráter se rellena con

grava y se golpea nuevamente para desplazar el terreno y hacer penetrar la grava.

Este procedimiento es adecuado para terrenos tales como arcillas y limos blandos o muy blandos, de los que se necesitan varios metros de espesor sobre un estrato de terreno con capacidad portante suficiente.La profundidad de la mejora es función de las características del terreno aunque, en general, el factor principal del que depende la compactación obtenida es la energía de los impactos.A este respecto, según Menard, se verifica:

D2 ≤ 10M·hSiendo

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

La máxima profundidad afectada se deduce de la fórmula:

D= 0,44 × √(10 × M × h)

Las labores de control en este tipo de mejoras del terreno deben comprender las siguientes fases: Previas al comienzo de la obra:

- Nivelación.- Medidas de las presiones intersticiales.- Grados de compactación, mediante ensayos penetrométricos, presiométricos y/o S.P.T.

Establecimiento del programa definitivo:- Dimensiones de huellas de los impactos.- Estado de la superficie del terreno.- Comprobación de resultados obtenidos mediante ensayos penetrométricos, presiométricos y/o S.P.T.- Evolución de las presiones intersticiales.- Medida de las vibraciones por medio de geófonos y acelerómetro.

Es muy importante evaluar la evolución de las presiones intersticiales ya que de ellas dependen tanto la velocidad con la que aumenta la resistencia del terreno, como la aparición de asientos a largo plazo.

E. VIBROFLOTACIÓN Y VIBROSUSTITUCIÓN

Estos métodos consisten en la densificación de terrenos flojos mediante vibración para conseguir:• Aumentar la capacidad portante de las zonas débiles del terrreno.• Reducir los asientos producidos por cargas verticales.El vibrador es un elemento tubular de entre 30 y 50 cm de diámetro, con un peso de 20 a 40 kN y elementos de prolongación.

Dispone en su interior de unos elementos excéntricos accionados por un motor eléctrico o hidráulico, que producen la vibración lateral que se transmite al terreno. Su potencia puede llegar hasta los 150 kW. Por su interior discurre un sistema de mangueras que inyectan el agua al terreno a través de orificios dispuestos en la punta.

El vibrador está rematado por dos aletas opuestas diametralmente que tienen la misión de impedir el giro. Normalmente no se sobrepasan profundidades superiores a los 6 u 8 m, aunque el alcance de cotas más profundas es un problema exclusivamente técnico y económico ya que está limitado por la disponibilidad de vibradores potentes y manejables. Actualmente se han alcanzado profundidades del orden de 20 m.

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

La vibroflotación es de aplicación en suelos de naturaleza granular, en los cuales se compensa la pérdida de volumen mediante la aportación de material externo, que en muchas ocasiones puede ser el mismo que constituye el terreno que debe ser mejorado. Además de aumentar la capacidad portante del terreno aumenta la resistencia del mismo a la licuefacción.El metodo de vibrosustitución, también denominado “de columnas de grava”, es aplicable en terrenos de naturaleza cohesiva, donde es necesaria la aportación de grava de determinadas características para densificar y rigidizar el terreno.De este modo, además de aumentar la capacidad portante del terreno se incrementa su permeabilidad.En los dos procedimientos se debe conseguir la compactación máxima, tanto del terreno natural como del material aportado. Para conseguirlo el vibrador se eleva en escalones de 30 a 50cm y se mantiene en cada uno de ellos entre 0,5 y 2 minutos.

E.1. Vibroflotación: El proceso del tratamiento de vibroflotaciónconsta de las siguientes fases.

1. Introducción del vibrador en el terreno, gracias a su peso propio y a la ayuda de la inyección de agua por la punta. Se provoca así un estado de licuefacción local del terreno que facilita la penetración hasta la profundidad requerida.

2. Una vez alcanzada la profundidad deseada, se corta la inyección de agua en punta y se inicia la compactación o consolidación forzada del suelo lateral por aplicación de la vibración; ésta conforma un embudo en la superficie del terreno por la densificación conseguida. Simultáneamente se procede al aporte de arena o grava para compensar esta disminución de volumen. El proceso de compactación se puede correlacionar con la energía

consumida (motores eléctricos) o la presión suministrada (motores hidráulicos) al vibrador, que tendrán que ser mayores a medida que se vaya compactando el terreno.

3. Conforme se consigue la consolidación del terreno, se va elevando el vibrador, repitiendo el proceso de compactación por tongadas de 30 a 60 cm de espesor. Así hasta alcanzar la superficie del terreno, con lo que se consigue un elemento de forma sensiblemente cilíndrica con mayor o menor material de aportación y un terreno lateral con una densidad mayor que la inicial.

La mejora de la zona deseada se consigue aplicando a toda la superficie a tratar este proceso puntual mediante una malla, normalmente triangular, con distancias de 1 a 3 m entre los puntos de tratamiento consiguiendo una efectividad, en términos de densidad relativa, entre un 70 y un 80%.El radio de influencia del vibrador decrece según el tipo de terrenos, desde 2m en arenas limpias, hasta 0,7 m en arenas con más del 20% de finos. Thorburn admite que pueden ser compactados terrenos con un contenido de finos de hasta el 30% de los que pasan por el tamiz de 0,063 mm de abertura UNE

En suelos granulares, no cohesivos, la vibración origina una licuefacción del terreno a una distancia de entre 30 y 55 cm del vibrador; que disminuye conforme nos alejamos del mismo hasta hacerse prácticamente nula a 2,50 m.La vibración originada por el aparato es transmitida al terreno en la fase de extracción, en la cual y de forma simultánea puede aportarse material, produciéndose la compactación del terreno.En los terrenos granulares, en los que la distancia entre perforaciones oscila entre 1,8 y 2,5 m, pueden conseguirse presiones admisibles de 0,1 a0,4 N/mm2 para zapatas de 1 a 3 m de ancho, con asientos de 2,5 cm.

E.2. Vibrosustitución. Columnas de Grava

En este sistema también se actúa mediante mallas, generalmente triangulares, con separaciones de 1,5 a 3,5 m.

El diámetro de la columna de grava compactada varía entre 0,6 y 0,8 m.En los suelos de naturaleza cohesiva se consigue un aumento de resistencia mediante la aplicación de vibradores con un procedimiento similar al de l vibroflotación, introduciendo el vibrador en el terreno con el aporte simultáneo de grava que es mezclada con el terreno tratado.Así se consiguen dos efectos: bien el desplazamiento lateral del terreno con inclusión de grava y la correspondiente densificación, o bien la sustitución del suelo por grava que supone la creación de unos drenes verticales que aumentan la permeabilidad del terreno adyacente, produciéndose el drenaje del mismo y el consiguiente aumento de resistencia.En este caso, se consiguen resultados de mejora de terreno, disponiendo puntos o columnasde gravas cuya superficie de influencia varía entre1 y 6 m2, en función del mayor o menor contenido de finos del suelo.Este relleno de material granular sin finos y compactado puede realizarse por “método húmedo”, a base de chorros de agua que eliminan los finos o por el “método seco”, con la ayuda de aire comprimido.Los resultados suelen expresarse en función del factor de mejora, que se define como el cociente entre el asiento del terreno antes y después del tratamiento.Los asientos pueden disminuirse de 2 a 5 veces.Desde el punto de vista de la capacidad portante puede admitirse una presión admisible de 0,2 MPa y una carga admisible por columna de

300 kN para tratamientos con separación de perforaciones de 1,2 a 4 m. Según Thorburn, a partir de distancias de 2,5 m medidas desde el vibrador, prácticamente no se produce compactación alguna. Baumn y Bauder midieron la amortiguación de las vibraciones en ambos métodos, obteniendo los resultados que se reflejan en la figura:

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

E.3. Aplicación: Los tipos de terrenos adecuados para el tratamiento por vibroflotación deben presentar un contenido de finos no superior al 15% en peso. (Se entiende por fino la fracción de terreno que pasa por el Tamiz de 0,063 mm, ó bien Tamiz 200 A.S.T.M. de abertura 0,074 mm).

La figura representa las curvas granulométricas de terrenos y señala las zonas en las que se recomienda que se encuentren las curvas correspondientes a los mismos para la aplicación de los métodos de vibroflotación y de vibrosustitución.

En las zonas A y B resulta idónea la aplicación de la vibroflotación, mientras que en la zona C es el límite entre la idoneidad de la vibroflotación y la aplicación de las columnas de grava (vibrosustitución).La fórmula empírica de Brown define el campo de aplicación de ambos métodos en función de un parámetro S, cuyo valor se calcula del siguiente modo:

Siendo:S: Parámetro de Brown.D50: Diámetro en mm del tamiz que deja pasar el 50% de la muestra.D20: Se define de modo análogo para el 20%.D10: Se define de modo análogo para el 10%.

Los límites de aplicación del método de vibroflotación se sitúan en valores de S comprendidos entre 5 y 40. Para valores mayores de S se recomienda el uso de columnas de grava (vibrosustitución).

F. INYECCIONESLos sistemas de inyección consisten en la modificación de las características de un terreno mediante la introducción de materiales diversos a altas presiones dentro del mismo con objeto de conseguir determinadas mejoras. Con la inyección se consigue reducir la permeabilidad y aumentar la compacidad y por tanto la capacidad portante.Entre los sistemas de inyección se consideran las siguientes clases:

• Inyección de compactación: se provoca el desplazamiento del terreno, sin que el material inyectado se mezcle con él.• Inyección de relleno o impregnación: se rellenan los poros o huecos del terreno y, en su caso, de la infraestructura de cimientos deteriorados.• Inyección de fracturación: se provoca la ruptura y posterior mezcla del terreno con la inyección, modificando su estructura.También suele denominarse “jet-grouting”.

Los materiales inyectables pueden ser:

• Morteros en estado líquido.• Morteros o suspensiones inestables.• Morteros o suspensiones estables.

En los dos grupos primeros de inyecciones se supone que no hay aumento de cargas, ya que si la hubiera, teóricamente al menos, el refuerzo o recalce tendría que afectar a los dos sub-componentes del cimiento, en cuyo caso estaría comprendido en el tercer grupo.

También se suele utilizar la siguiente terminología:• Inyecciones convencionales: realizadas con impregnaciones de morteros estables e inestables.• Inyecciones químicas: realizadas con morteros líquidos de resinas y geles de sílice.

Métodos de inyecciónExisten tres procedimientos para realizar la inyección del material en el terreno:

1. De abajo hacia arriba.2. Mediante tubos con manguito.3. De arriba hacia abajo, simultaneamente a la ejecución del taladro.

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

- 40% del volumen tratado en el caso de gravas sueltas o rellenos flojos mal compactados.- 20% para terrenos arenosos relativamente compactos.

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

• Pérdida de inyección (presión nula).• Levantamientos de soleras (presión excesiva).• Levantamiento y giro de elementos estructurales o del edificio.

Las precauciones deben ser mayores cuando las inyecciones pueden afectar a edificios históricos, debiendo llevarse a cabo en estos casos con mayor lentitud.

Entre las aplicaciones de los métodos de inyección pueden recogerse las siguientes:

• Mejoras de terrenos para cimientos.• Consolidaciones de terrenos bajo edificios existentes para soporte de nuevas cargas.• Solidarización de cimientos antiguos, creando auténticas losas cementadas.• Impermeabilización de terrenos.• Construcción de pantallas o elementos rígidos en el contorno de un edificio para evitar posibles desplazamientos horizontales causados por excavaciones próximas.

G. “JET GROUTING”El “jet grouting” o “inyección a alta presión” es una técnica que consiste en la inyección de lechada de cemento a alta presión que tritura el terreno y se mezcla con él, creando columnas de terrenocemento.Se utiliza en recalce de cimientos, ejecución de cimientos profundos, mejoras de terrenos, impermeabilización, ejecución de pantallas, etc. El origen de esta técnica hay que buscarlo en los sistemas convencionales de inyecciones de cemento o químicas, que se basan en la creación de una estructura multicapa en terrenos de tipo granular, rellenando las zonas más flojas mediante la mezcla inyectada.

Ventajas: Con respecto a los sistemas de vibroflotación o vibrosustitución, el

“jet grouting” presenta la ventaja que es la posibilidad de aplicación no sólo a terrenos de naturaleza granular (arenas y gravas) sino también cohesiva (limos y arcillas).

Otra ventaja, de carácter ecológico, es que permite la inyección del terreno con el empleo exclusivo de mezclas de cementos, sin introducción de aditivos o composiciones químicas que puedan afectar al medio ambiente.

Posibilidad de tratamiento particularizado in situ Diseñable su resistencia y permeabilidad Tratamiento de estratos específicos Sólo componentes inertes- Sin vibraciones Puede ser ejecutado en espacios de trabajos limitados Libre de mantenimiento Es el método más seguro y directo de recalces Habilidad para trabajar alrededor de instalaciones enterradas en

servicio Más veloz que métodos alternativos

Maquinaria y equipo:Los medios y maquinaria para la ejecución del “jet grouting” son:• Equipo de perforación de pequeño diámetro (similar al de los sondeos geotécnicos)• Sistema de varillaje preparado para altas presiones (700 atm).

• Toberas de inyección. En los sistemas múltiples: tobera superior con agua aire-agua para romper el terreno y tobera inferior para inyectar la lechada de cemento.• Planta de preparación de la lechada de cemento o cemento-bentonita.• Sistema de impulsión a alta presión que recibe y transporta la lechada al punto de perforación e inyección.

Esquema de equipo de “jet grouting”

Ejecución:El proceso de ejecución consta de dos fasesprincipales: Fase 1

Perforación mediante equipos convencionales de pequeño diámetro, hasta alcanzar la profundidad deseada(a). En la extremidad inferior, el equipo está dotado con una cabeza de perforación con toberas de inyección perpendiculares al eje del taladro. La perforación se realiza en terrenos cohesivos, arenas y rocas blandas por rotación con tricono o trialeta. En gravas, rocas duras y hormigón o fábricas duras la perforación se realiza por roto-percusión con martillo en cabeza. La mezcla normal es lechada agua-cemento, en una proporción:

La mezcla puede también ser de bentonita, sustancias químicas o bituminosas, siempre que las dosificaciones proporcionen una viscosidad admitida por la bomba. Raras veces se inyectan otrassustancias químicas.Puede aplicarse incluso con filtraciones de agua con velocidades de 1 cm/s, inyectando mezclas de fraguado rápido.

Las propiedades mecánicas de las columnas dependen del tipo de terreno tratado y de la mezcla inyectada. La comprobación de la resistencia mecánica se puede hacer realizando ensayos con penetrométricos estáticos, ensayos dinámicos S.P.T., Borros o mediante ensayos presiométricos.Los valores más frecuentes de la resistencia a compresión simple de una columna varían entre 5 y 20 MPa, aún cuando los límites máximo y mínimo son 50 MPa y 0,1 MPa, respectivamente.

Fase 2Extracción con inyección simultánea. Inyección ascendente de lechada de cemento ó cementobentonita.

Proceso deextracción con inyección simultanea

El varillaje gira a medida que se produce el ascenso. La mezcla, a presión muy alta, sale a gran velocidad, con lo que consigue romper y desplazar el terreno circundante. Se mezcla con él y crea un terreno-cemento de mucha más resistencia que el terreno inicial(a1,b1,c1).El varillaje se retira mediante traslación ascendente a velocidad y rotación controlada, lo que provoca la creación de una columna sensiblemente cilíndrica (figuras b - d).

Control de ejecuciónEl control de la ejecución debe atender a los siguientes aspectos:• Cumplimiento de las especificaciones del proyecto.• Profundidad de la perforación.• Composición y caudales de mezcla.• Admisión media de cemento a inyectar (CA en kg/m).• Cantidad de cemento a inyectar (CD en kg/m).• Coeficiente de inyección (CA/CD).• Velocidad global (m/min).• Velocidad de inyección (m/min).

Después de la ejecución del tratamiento pueden utilizarse los siguientes métodos de control:• Inspección directa de las columnas, si es posible.• Sondeo con toma de muestras para ensayar en laboratorio.• Ensayos con penetrométricos dinámicos o estáticos.• Auscultación geofísica (diagrafías sónicas ó gamma-gamma, sísmica de ondas superficiales).• Ensayos a escala real de carga de impermeabilidad.

Efectos sobre el terreno:1) Se produce una mejora del terreno natural entre columnas, debido

a la compactación provocada por la expansión del terreno en los alrededores del taladro como consecuencia de la inyección de mezcla a alta presión. Se ha comprobado haciendo ensayos de reconocimiento “in situ”, antes y después del tratamiento. Esta mejora se ha observado con taladros realizados con separación de 2 metros.

2) No altera las presiones intersticiales del terreno fuera de las columnas tratadas.

3) No afecta a las condiciones de estabilidad de las estructuras existentes.

4) Tiene una gran versatilidad, lo que permite soluciones de pilotaje, muro-pantalla o anclajes de arriostramiento, sin dañar a estructuras próximas. Puede llevarse a cabo prácticamente en cualquier tipo de terreno y a través de obstáculos artificiales (galerías, cimientos, forjados, etc.)

5) La capacidad portante del terreno tratado debe considerarse como una suma de las columnas tratadas y del terreno natural mejorado situado entre ellas. La carga por columna suele tomarse de 200 a 1000 kN y la presión admisible bajo cimientos de 0,5 MPa a 1,5 MPa.

TécnicasExisten tres métodos distintos de inyección, en función de los terrenos a tratar y de las exigencias del tratamiento.

“Jet grouting” simple (figura 7.25) Se inyecta únicamente lechada de cemento a alta presión. Se aplica en terrenos arenosos de compacidad muy suelta y

terrenos cohesivos de consistencia blanda y muy blanda. Se consiguen diámetros de 50 a 80 cm.

“Jet grouting” doble (figura 7.26) Se inyecta una mezcla de lechada de cemento y aire. Presiones de inyección

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

Se aplica en arenas medias a densas y terrenos cohesivos de consistencia blanda a media.

Se consiguen diámetros de 80 a 200 cm. La mayor penetración se debe a la acción del aire

comprimido.

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

rotura y desplazamiento del terreno. Se inyecta agua-aire a presión entre 40 y 60 MPa el agua y entre 0,5 y 1 MPa el aire. Se inyecta en los terrenos de consistencias y compacidades

hasta media y gravas con matriz arcillosa de consistencia media.

Se consiguen diámetros de columna entre120 y 300 cm.

Aplicación:Por sus características, esta técnica se adapta a numerosas de aplicaciones constructivas dentro del campo de cimientos especiales:1. Cimientos nuevos de estructuras en terrenos de baja capacidad portante bajo la influencia del nivel freático:• Aparcamientos subterráneos.• Pilas de puentes.• Protección contra la socavación.2. Excavaciones en zonas urbanas edificadas y con bajo nivel freático:• Pasos inferiores.• Vaciados para creación de sótanos.3. Revestimientos excavaciones subterráneas:• Túneles profundos.• Túneles con escaso recubrimiento.4. Recalces de edificios con cimientos deficientes o en las que se producen modificaciones en su forma de trabajo:

• Recalces para la realización de excavaciones adyacentes al edificio.• Refuerzo por fallo en el cimiento.• Creación de nuevos cimientos en edificios antiguos de fábrica de piedra o ladrillo.

5. Creación de barreras resistentes e impermeabilizantes

Ejemplo:RECALCE DE EDIFICIOS DE VIVIENDAS

CON “JET GROUTING”

La actuación se produjo sobre un edificio del siglo XX, compuesto por planta baja y 6 alturas. El edificio contaba con un cimiento de pozos

circulares aislados de hormigón en masa de 1 m de diámetro y aproximadamente 5,50 m de profundidad.La estructura estaba compuesta por muros de carga de ladrillo en cerramientos exteriores, pilares centrales y forjados unidireccionales.Problemas- Fisuración generalizada por asentamiento diferencial de la cimentación.- El problema tenía mayor incidencia en los elementos de unión más débiles, como los núcleos de escalera y los paramentos verticales.- Los sondeos revelaron un terreno de apoyo compuesto por rellenos antrópicos (Material variado depositado por el hombre para cubrir cañadas, cauces o depresiones del suelo en general.), en los 2 a 4 m superiores y arenas arcillosas hasta 3 a 6,5 m de profundidad, que se apoyaban en peñuelas sanas.

Estado del edificio antes de la intervención

Condicionantes- Espacio reducido.- Excavación bajo forjados.- Flexibilidad para adaptar el recalce a la cimentación que se iba descubriendo y al espacio disponible.

Solución adoptada- Se construyeron columnas de 600 mm de diámetro, empotradas 1,5 m en las peñuelas sanas.- Se sitúan 3 columnas por punto de carga.- Se extiende la solución a toda la estructura.- De acuerdo con las cargas transmitidas por la estructura, la tensión máxima en las columnas no resultó superior a 9 kg/cm2.- Se llevó a cabo la penetración por rotación para atravesar los pozos de cimiento existentes, y con trialeta para continuar en el terreno.

Planta de una parte de la intervención