28.2.11

MEJORA DEL SUELO

Técnicas de vibración profunda
Se agrupan en dos familias, cuyo aspecto común es la ejecución de las obras con un vibrador, que se crean y construyen en una amplia gama. En función de las condiciones concretas de cada obra, siempre existe un vibrador específicamente adaptado a cada uno.
Las columnas de grava (vibrosustitución), para mejorar suelos de muy blandos a medios (arenas limosas, limos, limos arcillosos, arcillas, rellenos heterogéneos, etc.).
La vibrocompactación (o vibroflotación) permite compactar, incluso a profundidades superiores a los 50 m, suelos granulares sin cohesión (arenas, gravas, piedras, ciertos terraplenes o rellenos, etc.).
El equipo habitual (vibradores montados sobre chasis Keller) permite ejecutar columnas de grava hasta 20 m de profundidad.
Ámbitos de aplicación de las técnicas de mejora de suelos
Aplicaciones singulares de los procedimientos de vibración profunda
Vibradores en batería y vibrocompactación en fondos marinos
La ejecución de obras de gran envergadura, en concreto bajo el agua, se facilita gracias a la utilización de vibradores gemelos.
Para la ejecución de columnas de grava destinadas, por ejemplo, a la cimentación de diques de cajón, se extiende en el fondo un colchón de materiales de aportación antes de la hinca de los vibradores.
Columnas de grava realizadas mediante vibrador sin cámara
En algunos casos concretos, las columnas de grava se pueden ejecutar con vibradores pendulares sobre grúa, por vía seca o con chorro de agua. El chorro de agua contribuye a una hinca más rápida y, a veces, a la obtención de diámetros más grandes.
En suelos cohesivos: columnas de grava
Equipos y puesta en obra
Aspectos geotécnicos
Por norma general, las columnas de grava se realizan con un vibrador con descarga inferior que lleva en su extremo superior una cámara de descarga y un tubo alargadoralimentador. Gracias al tubo alimentador y al aire comprimido, se transportan los materiales de aportación hasta la punta. Para este equipo especial, Keller ha creado un chasis-guía que activa la hinca, eleva el vibrador y el material va cayendo por el orificio de salida. Entonces se vuelve a descender el vibrador dentro del material de aportación, que se compacta y expande lateralmente contra el terreno. Las
columnas así ejecutadas concentran en ellas las cargas esenciales a soportar.
Aspectos geotécnicos
Contrariamente a la vibrocompactación, al principio no se contempla una mejora de la compacidad entre columnas, aunque ésta se dé en algunos casos. La mejora reside en la realización de inclusiones flexibles de módulo de elasticidad elevado, sin cohesión, con capacidad portante mejorada, disminuyendo y controlando los asientos.
Los suelos cohesivos tienen a menudo una capacidad portante insuficiente. Cuando contienen más de 10 a 15 % de limos y arcillas, se pueden mejorar mediante una red de columnas de grava.
Este procedimiento se utiliza igualmente en suelos no evolutivos, como vertederos, escorias o rellenos heterogéneos.
Ventajas de la vía seca
-El material de aportación llega directamente al orificio interior de salida, con lo que se asegura la continuidad de la columna.
-La compactación se hace de una sola pasada.
-No hay riesgo de desprendimiento de la perforación en suelos inestables.
-Los vibradores montados sobre chasis-guía garantizan la perfecta verticalidad de las columnas.
-Al no utilizar el chorro de agua a presión, la plataforma no se contamina. No se precisa gestión de agua y lodos.
1. Preparación:
La máquina se estaciona sobre el punto de hinca y se estabiliza sobre los patines. Una pala cargadora se encarga de suministrar el material de aportación.
2. Relleno:
El contenido de la tolva se vierte en la cámara. Al cerrarla, el aire comprimido permite mantener un flujo continuo de materiales hasta el orificio de salida.
3. Hinca:
El vibrador desciende, desplazando lateralmente el suelo, hasta la profundidad prevista, gracias a la acción del aire comprimido y del empuje estático del conjunto.
4. Compactación:
Cuando se alcanza la profundidad final, el vibrador es elevado ligeramente y el material de aportación ocupa el espacio liberado. Después se vuelve a bajar el vibrador para expandir el material lateralmente contra el suelo y compactarlo.
5. Acabado:
La columna se ejecuta así, por pasadas sucesivas, hasta el nivel previsto. Las zapatas de cimentación se ejecutan entonces de forma directa tradicional.
Vibrocompactación en arenas y otros suelos granulares
Equipos y puesta en obra
La compactación en masa de los suelos granulares se realiza mediante vibradores específicos de baja frecuencia. Los vibradores se cuelgan de grúas, pero también se pueden montar sobre equipos Keller para bajas profundidades. La penetración del vibrador, así como opcionalmente la compactación, se facilita con un chorro de fluido, generalmente agua a presión. La compactación se lleva a cabo por pasadas ascendentes, según los criterios determinados en los ensayos previos. La resistencia del
suelo tras el tratamiento depende de la granulometría del terreno y de la adecuación del tipo de vibrador.
Aspectos geotécnicos
Las vibraciones emitidas por el vibrador permiten una recolocación óptima de la partículas, de forma que ocupen el menor volumen posible. Así pues, este procedimiento actúa por aumento de la densidad in situ o reducción de la porosidad. No consiste en crear elementos portantes, sino en aumentar la capacidad portante del terreno, para que pueda soportar cimentaciones superficiales.
Concepto del tratamiento
En función de la naturaleza e importancia de las cargas, se puede proceder a una vibrocompactación general mediante una malla regular, o a un tratamiento localizado bajo las zapatas. La malla óptima en función del resultado que se quiere alcanzar queda determinada en los campos de ensayos previos. Los controles posteriores al tratamiento se realizan mediante ensayos con presiómetros o penetrómetros.
Aplicaciones especiales
Otro campo de aplicación de la vibrocompactación es la reducción de la permeabilidad de los suelos granulares, con el objetivo de disminuir el caudal a bombear para rebajar el nivel freático.
Esta técnica permite compactar de forma óptima y homogeneizar las características de todos los suelos granulares, ya sean rellenos o terraplenes, secos o bajo el nivel freático.
1. Hinca
El vibrador, cuya potencia y características varían en función del terreno, se hinca hasta la profundidad final que se quiere alcanzar. La bajada se efectúa gracias al efecto combinado del peso, la vibración y el chorro de agua. El caudal de agua se reduce en ese momento.
2. Compactación
La vibrocompactación se realiza por pasadas sucesivas de abajo a arriba. El volumen compactado resultante es un cilindro de un diámetro de hasta 5m. El aumento progresivo de la intensidad consumida por el vibrador permite medir el incremento de la compacidad del suelo.
3. Aporte de materiales
Alrededor del vibrador se forma un cono de hundimiento, que se va rellenando poco a poco, bien con los materiales de aportación (A), bien decapando progresivamente la plataforma de trabajo (B). En función del estado inicial, se puede alcanzar una cantidad del 10%de material aportado con respecto al volumen tratado.
4. Acabado
Tras el tratamiento, la plataforma se nivela y se vuelve a compactar con un rodillo.
Métodos de control eficaces y fiables
Se pueden utilizar sensores electrónicos en todos los procedimientos de vibración profunda, con objeto de controlar la obtención de criterios de ejecución y establecer documentos de comprobación.
Instrumentación
Los datos fundamentales de cada fase de ejecución pueden ser medidos, registrados e impresos bajo el formato de fichas individuales y recapitulativas.
El equipo de medida M4 está compuesto por:
- un monitor de control en la cabina,
- una unidad central con grabación de datos,
- y un ordenador con impresora.
Parámetros medidos
Cuando se ejecutan las columnas de grava, se registran automáticamente diferentes parámetros. Datos como el tiempo, la profundidad, el avance, el empuje vertical sobre el equipo y la intensidad de corriente del vibrador, pueden presentarse en forma de gráfico. También es posible registrar el consumo de energía.