Seminario «Mejoramiento de suelos en obras de construcción» Métodos de mejoramiento de suelos más utilizados en construcción.

Transcripción

1 Seminario «Mejoramiento de suelos en obras de construcción» 17 de marzo de 2016 Métodos de mejoramiento de suelos más utilizados en construcción Manuel Ruz Ingeniero civil estructural de la Universidad de Chile y socio en Ruz y Vukasovic Ingenieros 57 páginas

2 MEJORAMIENTO DEL SUELO DE FUNDACIÓN Autor: Manuel Ruz

3 Mejoramiento del suelo de fundación 2 Cuando un suelo no es adecuado para soportar la estructura que se apoyará sobre él, se puede recurrir a algún método de mejoramiento del suelos. El objetivo de los mejoramientos es: - Aumentar la resistencia al corte de suelo - Reducir los asentamientos del terreno. - -Mitigar la licuefacción

4 Principales técnicas de mejoramiento de suelos 3 - Reemplazo del suelo existente por un relleno controlado. - Vibroflotación - Compactación Dinámica - Columnas de Grava. - Inyecciones - Precarga - Jet Grouting.

5 Compactación de suelos 4 Se define como la densificación de un suelo mediante métodos mecánicos. Es la disminución del volumen de poros o vacíos cuando las partículas de suelo son presionadas. TRES tipo de fuerzas son usadas para compactar: Fuerza estática. Impacto. vibración. Existe una Relación entre humedad y densidad Efecto de la energía de compactación

6 Fases durante la compactación 5

7 Densidad seca 6 La densidad seca que se obtiene mediante un proceso de compactación depende de los siguientes factores: a) Agua (humedad)

8 Densidad seca 7 b) Energía de Compactación E1 > E2 > E3 gd1 > gd2 > gd3 Wopt1 > Wopt2> Wopt3

9 Ensayos de Laboratorio 8 Los ensayos de laboratorio más conocidos y utilizados para compactar son: Ensayo Proctor Estándar Norma ASTM D Ensayo Proctor Modificado Norma ASTM D 155 Para arenas o gravas con menos de 7% de finos se utiliza: Ensayo de Densidad Máxima. Ensayos de Densidad Mínima. Determinación de la Densidad Relativa

10 Ensayo Proctor 9

11 Procedimiento del ensayo 10

12 Tipos de ensayo 11

13 Peso unitario seco y contenido de humedad 12

14 Energía de compactación. 13 Donde: W = Peso del Pisón h = altura de caída libre n = Número de Golpes por capa. N = Número de capas V = Volumen de suelo compactado LO NORMAL ES EXIGIR EN OBRA PARA RELLENOS UNA DENSIDAD SECA MAXIMA DE UN 95% DEL ENSAYO PROCTOR MODIFICADO.

15 Ensayo densidad relativa 14 Cuando un suelo contiene una cantidad de finos inferior al 7%, su densidad seca máxima deja de ser sensible a la humedad. Para este tipo de suelos la comparación se realiza en función a la densidad Relativa D.R cuya expresión e es: e g g g Dr(%) e max max e min *100 d max g d * g d d max d min g d min *100 Suelos Gruesos Dr (%) g d (KN/m 3 ) w (%) e Muy sueltos 0 40 <14 > 16 > 0.9 Sueltos Medianamente densos Densos Muy Densos > 18.5 < 6 < 0.4

16 15 Equipos Determinación de las densidades máxima y mínima Molde patrón de compactación o molde de volumen calibrado. Equipo de vibración manual o mecánica. Procedimiento y Cálculo A. Para la Densidad Mínima 1. El suelo secado al horno y sin grumos se coloca en el molde distribuyéndolo con un movimiento circular cuidadoso; se debe vaciar suficiente material de tal manera que sobresalga levemente del molde y luego, con una regla, se debe retirar el exceso de material con el máximo cuidado; se obtiene el peso neto del suelo. 2. Se repite dos veces el ensayo. Utilizar la menor densidad obtenida como valor de la densidad mínima del suelo. B. Para la Densidad Máxima Se toma una muestra de suelo granular previamente secada al horno, 3. Se coloca el material sobre una mesa vibratoria y se hace vibrar por 8 minutos.

17 16 Método 1 :Reemplazo del suelo existente por relleno controlado Consiste en excavar el suelo existente con un sobreancho y rellenar con un suelo compactado de mejores características que el suelo natural. La definición del sobreancho del mejoramiento tiene directa relación con el bulbo de presiones bajo la zapata, lo que generalmente se considera de pendiente 2V:1H. En definitiva, la presión de la zapata se distribuye en un ancho mayor que la contemplada en el proyecto original, reduciendo la tensión que se transmite al terreno natural.

18 Tipos de fundación 17 ZAPATAS AISLADAS ZAPATAS CORRIDAS

19 Mejoramientos tradicionales 18 Ruz & Vukasovic Ingenieros Asociados Ltda.

20 Mejoramientos tradicionales 19

21 Mejoramientos tradicionales 20

22 21 Método 2: Vibrocompactación y vibrosustitución VIBROCOMPACTACION DE SUELOS - Es conocida también como vibro-flotación. - Es utilizada esta técnica para densificar estratos gruesos de suelos granulares sueltos. - Se usa en suelos granulares con un contenido de finos inferior a un 15 a 20%. - Se utiliza una sonda con vibrador, usualmente acompañada por agua a presión que ayuda su hincado - La vibración induce un reacomodamiento de los granos gruesos aumentando su densidad. - Típicamente se logran densidades entre un 75 y 85%. - Produce un aumento en el módulo de deformación. - Reduce la permeabilidad del suelo. - Incrementa el ángulo de fricción interna

23 Vibrocompactación de suelos 22

24 23 Método 2: Vibrocompactación y vibrosustitución VIBROCOMPACTACION DE SUELOS - Utilizado en suelos mixtos, granulares o cohesivos. - La compactación se loga mediante la introducción de una cantidad importante de material de aporte (grava) en el pozo producido por el vibrador. - El vibrador se introduce en el suelo por peso propio y ayuda de agua a presión (que ayuda a su hincado). - Cuando el vibrador ha alcanzado la profundidad necesaria, cesa la inyección de agua y comienza la aportación de grava.

25 Vibrosustitución de suelos 24

26 Vibrosustitución de suelos 25 - La extracción del vibrador es lenta y crea una zona densificada. - Las Columnas de grava actúan además como drenes verticales que permiten y aceleran el drenaje del suelo mejorando su resistencia. Se utilizan además para disminuir el potencial de licuefacción de los suelos. - La grava a utilizar varían entre 2 y 80mm. - Los diámetros de las columnas de grava son de 0,5 a 0,75cm, espaciadas entre 1.5m y 3m entre centros. - Para controlar el resultado obtenido se suelen utilizar plazas de carga sobre una o varias columnas.

27 Columnas de gravas 26

28 Columnas de grava 27

29 Columnas de gravas en puertos 28

30 Columnas de gravas en puertos 29

31 30

32 31 Diseño de sistemas de vibrocompactación o vibrosustitución

33 32 Diseño de sistemas de vibrocompactación o vibrosustitución

34 33 Diseño de sistemas de vibrocompactación o vibrosustitución Suelos Granulares (finos Menor a 15%)

35 34 Diseño de sistemas de vibrocompactación o vibrosustitución Suelos con mas de 15% de finos - Vibrosustitución

36 35 Diseño de sistemas de vibrocompactación o vibrosustitución

37 36 Diseño de sistemas de vibrocompactación o vibrosustitución

38 Método 3: Compactación dinámica 37 Consiste en dejar caer un peso, en caída libre, desde gran altura para aumentar la compacidad y densificación del terreno. Se debe dejar caer dicho peso reiteradas veces a intervalos regulares. Es especialmente efectivo en suelos granulares, particularmente si son licuables. Indicado para tratar grandes superficies, alejadas de edificios o instalaciones sensibles. Es importante considerar la forma del peso que se deja caer, pues varia el nivel de compactación obtenido. También puede servir para limos y arcillas limo-arenosas, complementando el tratamiento con drenes y, eventualmente, sobrecargas estáticas. Permite tratar capas de gran espesor. Aplicable tanto a suelos con bajo contenido de agua como saturados bajo el nivel freático o en fondos marinos.

39 Método 3: Compactación dinámica 38

40 Método 3: Compactación dinámica 39 Espesor a compactar: D: Espesor en metros. WH : Peso del Bloque. h: Altura de Caída n : Factor de Proporcionalidad

41 Método 3: Compactación dinámica 40 La energía aplicada se calcula con la siguiente expresión AE: Energía Aplicada N: Número de Caídas WH: Peso del Martillo H: Altura de caída P: Número de Pasadas S: distancia entre puntos de la grilla

42 Método 4: Inyecciones 41 Método de mejoramiento de suelos (no cohesivos) y rocas. Se clasifican según su aplicación en: Inyecciones de Consolidación. Inyecciones de Impermeabilización. Es una operación CIEGA Este método no sólo consiste en bombear un mortero en las grietas o poros, sino que debe considerar el comportamiento de suelo frente a este procedimiento. Los Objetivos de este método son: Aumentar la resistencia a la compresión y al corte. Impermeabilizar Rellenar Compactar Aumentar el talud de excavación y socalzar estructuras. En macizos rocosos, la abertura de las fisuras se considera prácticamente constante, mientras que en suelos los poros son muy desiguales. Cuando la permeabilidad es baja pueden utilizarse geles de silicatos y resinas.

43 Método 4: Inyecciones 42

44 Método 4: Inyecciones 43

45 Método 4: Inyecciones 44

46 Método 4: Inyecciones 45

47 Método 4: Inyecciones 46

48 Método 4: Inyecciones 47

49 Método 4: Inyecciones 48

50 Método 5: Jet Grouting 49 Es un caso particular de inyección de suelos. Esta técnica mejora las características mecánicas y el comportamiento hidráulico del suelo. Consiste en inyectar material a muy alta velocidad a través de una o mas boquillas de diámetro muy pequeño. Este proceso destruye la estructura primitiva del suelo t crea un material estructura con características determinadas en función al terreno de origen. Método utilizable para tratar una gama de terrenos muy amplia desde gravas hasta arcillas.

51 Método 5: Jet Grouting 50 Se inyecta la lechada de cemento o el estabilizador a muy alta presión (300 a 600 kg/cm2) a través de un orificio en la barra de perforación.

52 Método 5: Jet Grouting 51

53 Sistemas de Ejecución de Jet Grouting 52 Jet 1: Fluido Simple - Se inyecta lechada de cemento. - Se genera una mezcla suelocemento. Jet 2: Fluido Doble - Se emplea lechada y aire en la inyección. - La lechada se inyecta a menor presión. - Logra columnas de inyección mas grandes que con Jet 1.

54 Sistemas de Ejecución de Jet Grouting 53 Jet 3: Fluido Triple - Se emplea lechada, aire y agua en la inyección. - La lechada se inyecta agua y lechada a presión, pero en toberas distintas. - No es un procedimiento de mezcla in situ, sino de reemplazo.

55 Método 6: Precarga 54

56 Método 6: Precarga 55

57 Método 6: Precarga 56

58 MEJORAMIENTO DEL SUELO DE FUNDACIÓN Autor: Manuel Ruz