REVISTA DE OBRAS PUBLICAS, Enero 1985. Págs. 13 a 24
Refuerzo de cimentaciones mediante inyeccionesde cemento-bentonita (e)
Por V. ESCARIO UBARRIIngeniero de Caminos. Canales y Puertos, M. S. Uoiv. Harvard. Consultor
J. M. RODRIGUEZ ORTIZIngeniero de Caminos. Cana fes y Puertos, EAT, S. A.
F. MUZAS LABADIngeniero de Caminos, Canales y Puertos. Cimentaciones Especiales, S. A. (Rodio)
Se describen tres casos donde el refuerzo de las cimentacionesmediante inyecciones de cemenro·bentoníta resultó más económico yeficaz que otras soluciones de recalce. El principal problema con estetipo de tratamientos estriba en la dificultad de controlar el proceso deejecución y los resultados obtenidos. Mediante nivelaciones de aftaprecisión (± O, 1 mm.) se ha procurado información diaria detallada dela respuesta de las estructuras al tratamiento, pudiéndose asl resolversatisfactoriamente dicho problema. Se consiguió una estabilizacióncompleta en cada punto sin que quedaran flJovimientos residuales. Lamejore general del terreno tiene la ventaja sobre el recalce local deeliminar también los movimientos de las soleras. Se puede aplicar enalgunos casos sin penurbar prácticamente el trabajo normal en lasinstalaciones.
1. INTRODUCCION
Se describen tres casos diferentes de refuerzo de cimen·taciones por medio de inyecciones de cemento-bentonitao cemento puro. Todos ellosse refieren a condiciones enlas que el fenómeno de di·solución del yeso fue el factordeterminante. Esta es la razónpor la que en varios sitios sehace mención a fenómenoscársticos. Pero, realmente, elprincipal problema tratado noha consistido en ningún casoen el relleno de cavernas ogrietas, sino en la estabiliza-
(·l Trabajo presentado al VIICongreso Europeo de Mecánica delSuelo y Cimentaciones. Helainkí.1983.
'U) Se admiten comentariossobre el presente articulo. que podrán remitirse a la Redacción deesta Revista hasta el 31 de abrilde 1985.
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ción de los residuos o zonasblandas originadas como con·secuencia de procesos de estanaturaleza. Los .métodos descritos son por tanto aplicablesa otras situaciones similaresen las que sea preciso estabilizar otros tipos de depósitos blandos o flojos. El lectorencontrará, sin embargo, unagran diferencia entre los dosprimeros casos, por un lado, yel tercero por otro. En esteúltimo, el tratamiento se ejecutó siguiendo lo que pudierallamarse el sistema tradicional. es decir, inyectar por procedimientos más o menos instintivos, con solamente uncontrol ligero de los resultados. Pero lo que se trató deconseguir en el primer casoque se describe, y con éxito,fue establecer un sistema detrabajo perfectamente instrumentado con el fin de conocer
en cada momento del trata·miento la respuesta de lascimentaciones. La direcciónde la obra puede de esta fur·ma tener una idea clara de loque está sucediendo y adaptarla intensidad y distribución delas inyecciones de acuerdo
. con la misma. El segundocaso es la aplicación posteriordel mismo pro.cedimiento auna situación menos entica.
2. REFUERZO DE LASCIMENTACIONES DELA NAVE DEMAYORISTAS DEPESCADOS DEMERCAMADRID
2.1 . Descripción general
Mercamadrid, S. A. es unaempresa pública creada paraproporcionar instalaciones adecuadas a los mayoristas de las
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REFUERZO DE CIMENTACIONES MEDIANTE INVECCION DE CEMENTO-BENTONITA
Fig. 2.-Sección transversal esquemática del terreno y la nave de pescadosde Mercamadrid.
2.2. Características delterreno
El emplazamiento está situado sobre las formacionesterciarias de Madrid constituidas por horizontes subhorizontales de arcillas o margas grises duras, con un límite 1(quido de 55 a 75 y un índicede 'plasticidad de 30 a 45.Intercaladas se encuentran capas de yeso que pueden alcanzar un espesor de variosmetros. Estos horizontes deyeso no están generalmentecarstificados en otras zonasde Madrid, pero en el área queestamos considerando, este fenómeno es muy común. debido probalemente a la existencia de grietas y fallas quepermitieron la circulación deagua.
Los procesos cársticos dieron· lugar a la formación dedolinas y frentes de disoluci6nque originaron perfiles del terreno del tipo representado enla figura 2. En ella puede versec6mo los estratos de yeso, ensu proceso regresivo, dejaronen el borde un depósito dedetritus formado por los residuos de la arcilla que pudiera existir intercalada, asícomo por los suelos que quedaban situados por encima de
Terreno firme
la nave están constituidas estructuralmente por dos pantallas paralelas de hormigón armado. mientras que 'Ias delper(metro tienen en plantauna forma en 71'. Las pantallasde hormigón armado estáncimentadas a unos 3 metrosde profundidad por medio dezapatas corridas.
Parte de la nave queda situada en desmonte y parte enrelleno, como puede verse enlas figuras 1 y 2. Tan prontocomo se terminó la construcción se detectaron asientosimportantes en la zona cimentada en rellenos, con velocidades que no tend(an a disminuir con el tiempo y que,dada su magnitud, requerianuna rápida aplicación de medidas correctoras.
--- .. -.....
Niveles
- _C~~I~ :,:~I~ "l\t._~~m~De~.~~~~.U.b~.iO;'.S~.:~~I.?~!OS;...~·~~~~'~~~C~!.~I·tc~,· 't3"~.''~'~';~:~:~'.'.:~.>~.m~':il:".~.;:........ '"," ~. Í"'.
Fig. 1.-Planta de la nave de pescados de Mercamadrid.
distintas ramas de la alimentación en Madrid. Hace algunos años se adquirió una extensa zona para construir todas estas instalaciones en lasproximidades de la villa, después de valorar los riesgosque supon(an las características del terreno, donde se sabía existían fenómenos cársticos relacionados con las formaciones yes(feras. JiménezSalas y Serrano (1975) estudiaron en un informe generalla localizaci6n de los horizontes cársticos, as( como lospeligros involucrados en la utilización de las distintas áreasdisponibles.
La nave para los mayoristasde pescado, que es el tema aque se refiere esta parte deltrabajo. se representa en planta en la figura 1. En la figura 2se da asimismo un croquis dela sección transversal tipo dela nave. Como puede observarse, consiste en esencia enuna estructura metálica contres luces independientes simplemente apoyadas en lo quedenominaremos pilas. Las pilas encierran en su interior tospuestos individuales del mercado (2 641. Las que estánsitua'das en la parte central de
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la capa en disolución. Estehorizonte de detritus está muyflojo, debido al tipo de formación que se ha descrito, yestá constituido asimismo porarcillas muy plásticas, con 1(mites de Atteberg similares alos citados para las arcillasterciarias, y con contenidos dehumedad aproximadamenteun 20 por 100 por encima delI(mite plástico. La capa de terreno compactado situada porencima de los detritus estáformada por arcilla de la mis~
ma naturaleza.
Se efectuaron varios ensayos de penetraci6n dinámica(puntaza cuadrada de 40 mm.de lado y 172 mm. de longitud, masa de 63,5 kp. Y altura de carda de 60 cm.). Losconteos de golpes fueron bajos, variando en general entre5 y 10 por cada 20 cm. depenetraci6n. En la zona decontacto de los detritus con elterreno firme resultaron enmuchos casos próximos a O.La capa freática se encuentrapróxima a dicho contacto entre los detritus cársticos y lasarcillas duras inferiores.
2.3. Análisis dela situacióny soluciones adoptadas
Se determinaron las velocidades de asiento de las distintas pilas, que resultaron variar en la zona problemáticaentre 3 y 5 mm./mes, menosen una de ellas, donde alcanzaban cerca de 20 mm./mes,inclinándose peligrosamentehacia uno de sus extremos.Las referencias de nivelaciónque se colocaron a diferentesprofundidades mostraron claramente cómo la cuna de los
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asientos se encontraba en lacapa de residuos cársticos,mientras que la capa de arcillacompactada no, daba lugar aasiento alguno.
Después de estudiar variassoluciones posibles de recalce, se tomó la decisión dehacer una mejora general delterreno mediante inyeccionesde cemento-bentonita. Se 1Ie.varon a cabo varios ensayosde inyección durante las fasesprevias de estudio. En uno deellos, después de ejecutada lainyección se excavó un pozohasta los 13 metros de profundidad a que se encontrabael terreno firme. La inspecciónvisual de las paredes del pozomostró cómo la lechada penetraba muy bien por fracturación ((c1aquage» en francés)en los detritus cársticos, fo~
mando principalmente venassubverticales de varios cent(~
metros de espesor. Por el contrario, la inyección práctica~
mente no penetraba en la arcilla compactada, salvo en algunas fisuras delgadas hori~
zontales en los contactos entre tongadas. La explicaciónde esta situación es a nuestroentender que en los detritus latensión principal menor erahorizontal, a causa de la formade deposición descrita, mientras que éste no era el caso enel relleno compactado. Porotro lado, al encontrarse muyflojos los detritus del Karst, lalechada tendra a penetrar hacia abajo; las grietas aún existentes 'de yeso disuelto en lasproximidades del terreno firme aumentaban aún más estatendencia.
2.4. Construcción
2.4.1 . Disposicionesgenersles
El proyecto se redactó detal forma que el volumen deinyección a aplicar bajo laspitas era del 4.5 por 100,mientras que en el resto de lanave era de solamente el 2,5por 100. Estos porcentajes están referidos al volumen desuelo tratad:>, que se extend(adesde la base de las cimen·taciones hasta el terreno firme, y son equivalentes a 600y 450 litros por metro linealde taladro, respectivamente,para las mallas que se definenmás adelante. Los dos metrosdel fondo se trataron con cantidades iguales al doble de lasindicadas, para tener en cuenta las posibles cavidades cársticas que aún pudieran existir.Para llevar a cabo este plan,se inyectaron 20 taladros dentro del área que circunscrib(a acada pila, formando una mallade aproximadamente 4,5 X 3,0metros. Todo el resto del áreapavimentada de la nave setrató con una malla de 4,5 XX 4,0 metros.
2.4.2. CSl1Jcterfsticas de /8lechada
La lechada era una mezclacemento-bentonita con las siguientes proporciones:
Cemento Portland (P-35oV, resistente a los sulfatos),450 kp.: bentonita, 35 kp.;agua, 84Ó litros.
En las épocas fr(as se aliadió a la mezcla el 1,5 por 100de cloruro cálcico con respecto al peso de cemen'to, con el
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fin de conseguir resistenciasmayores a corto plazo.
Las características de laslechadas fueron como términomedio las siguientes:
Agua libre, 1,6-2,0 por 100;viscosidad Marsh, 62-68 segundos; rigidez Swissboring,>4 kPa a las seis horas.
La resistencia a compresiónsimple de probetas de 6 cm.de diámetro por 12 de altura,moldeadas a la presión atmosférica, fue la siguiente: superior a 0,3 MPa a los tres dfas,0.7 MPa a los siete d(as ymayor de 1,5 MPa a los veintiocho d(as; para perfodos denoventa d(as o m~s. las resistencias alcanzaron valoresde 2.0 MPa o superiores.
2.4.3. Procedimientos deperforációne inyección
La inyección en la zona pavimentada se llevó a cabohincando tuberfa de unos 50milfmetros de diámetro conpuntaza perdida. por 'el procedimiento de rotopercusión,hasta arcanzar rechazo. E$tatuberfa se hada después ascender en tramos de 0.50 m.,sucesivam·ente. aplicando Joscorrespondientes volúmenesde inyección en cada uno deellos. El tratamiento se deten(a cada 2 m. inyectados y nose permit(a reanudar el trabajohasta ,el d(a siguiente.
Dentro del per(metro decada pila la inyección se aplicaba por el procedimiento denominado tubo manguito. Coneste objeto,' se empezaba porperforar unos taladros con sonda helicoidal hasta penetrar
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de 1.5 a 2 metros en la arcillafirme inferior. En las perforaciones de 10 cm. que de estaforma se preparaban, se colocaban a continuación tuberiasde acero de 38 mm. de diámetro con válvulas anti-retorno cada 0,50 m.; el espacio quequedaba entre la tuberia y eltaladro se rellenaba con unalechada de cemento-bentonita de resistencia final relativamente baja. La inyección seejecutaba en cada nivel con laayuda de obturadores, peroefectuando la operación deuna sola vez desde el fondohasta arriba. El volumen equivalente en cada una de dichasoperaciones se limitaba, sinembargo, a un 20 por 100diario. La principal ventaja deeste procedimiento es quecada taladro se puede reínyectar varias veces. Los dos metros superiores de tuber(a seretiraban después de terminarla inyección, para evitar unposible efecto (cmicropilote».
2.5. Dirección y controlde los trabajos
2.5.1. Consideracionesgenera/es
La principal dificultad en trabajos de este tipo consiste encómo controlar los' resultadosque se van obteniendo y cómo juzgar cuándo puede con·siderarse satisfactorio el tratamiento.
Para resolver este problema, antes de comenzar lostrabajos se ejecutaron variaspruebas de inyección, comose ha indicado en el ep(grafe 2.3, realizándose- ensayos
de penetración antes y después del tratamiento. Desgraciadamente. las diferencias quese obten(an en los diagramasresultaban irrelevantes.
Después de abandonar elcontrol mediante ensayos depenetración, se decidió utilizarnivelaciones de alta precisión(± 0,1 mm.) como medio. tanto para seguir como para juzgar los resultados del tratamiento. El método que se describe brevemente en el ep(grafe próximo había sido ya utilizado por el primer· autor conresultados satisfactorios paraotros estudios geotécnicos.pero fue mirado con reservasen sus comienzos por partedel personal técnico relacionado con el problema; sin embargo, demostró ser una poderosa herramienta para controlar este tipo de trabajos yresultó un éxito desde el puntode vista pr~ctico. Este m~todo,
que dio los movimientos d{s ad{a de manera muy precisa, secomplementaba en los puntosque se estaban inyectando encada momento con procedimientos normales de nivelación. para controlar inmediatamente cualquier posible movimiento brusco, con órdenesde magnitud superiores - a± 1 mm.
2.5.2. Montaje para elseguimiento deltratamiento
Lo primero que se necesitapara llevar a cabó una nivelación de alta precisión esdisponer de unas bases fijasde referencia muy buenas. Esto se consiguió en este casopor medio de redondos de
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Flg. 3.-Curvas tlpicas de asientos durante el tratami.~nto en la nave de pescados de Mercamadrid lel origen de ordenadas de las curvas. de asientos es
arbitrario).
acero de 24 mm. de diámetro,cementados en terreno firme,convenientemente protegidosmediante una tubería de plás.tico, rellena tanto en su coronaexterior como en la interiormediante una mezcla plásticade bentonita-cemento.
Las referencias para seguimiento de los movimientosQue se colocaron en los puntos elegidos de la estructurafueron de dos tipos. En laspilas y columnas estaban constituidas por reglillas graduadascomerciales de buena calidad.divididas en milímetros, adheridas al paramento de hormigón en posición vertical. Paramedir los movimientos de lazona de solera se colocaronredondos de tipo similar aldescrito pa ra las referenc iasfijas. en perforaciones de unos2 metros de profundidad atravesando la losa de hormigón.
El nivel utilizado fue unWild N 3 (de burbuja) y mirasde invar.
En total se dispusieron 238puntos de referencia en lazona tratada. 43 de los cualescorrespondían al tipo descritopara la zona de solera y losdemás se encontraban fijos enpilas y pilares. Una gran partede estos puntos se nivelabandiariamente por un solo eQuipo (topógrafo y ayudante) y losresultados se dibujaban y entregaban de manera inmediataa la dirección facultativa. Porconsiguiehte, se podía conocer perfectamente la respuestade la estructura al tratamientoaplicado el día anterior o incluso unas horas antes y eltrabajo. podía ser inmediata-
mente adaptado de acuerdocon la misma.
2.6. Resultados dettratamiento
Como ya indicamos anteriormente, los movimientos decada punto de observaciónfueron representados a unaescala de 1 mm. = 0,1 mm. deasiento. En la figura 3 se dauna representación fotográficadel gráfico de obra de laslecturas en los dos extremosde una pila. en la primera partede cada curva se deduce lavelocidad de asentamiento an·tes de que se comenzara eltratamiento en lo Que se con·sideraba el área de influenciacorrespondiente. los diagra-
mas de barras representan Jo~
volúmenes de lecMda inyectados: los situados por encimade la "nea de referencia corresponden a las inyeccionesalrededor de la pila, mientrasQue los situados por debajo,son los correspondientes a lainyección por debajo de lamisma. Como puede verse enla figura, tan pronto como seinició la inyección en pilasapoyadas sobre terreno inestable, las correspondientes velocidades de asiento se incrementaron. Cunado llegabael momento en que se consideraba que dicha velocidadestaba aumentando demasiado. se suspend(a el trabajo enel área correspondiente y losequipos se trasladaban a otrazona.
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Al cabo de algunos días, lavelocidad de asiento disminuía de nuevo (como se puedever también en el 'gráfico), y eltratamiento se volvía a reanudar. Aplicando varias fases deeste tipo, la pila sol(a estabilizarse, como sucede en elcasp de la curva A-10. Enotros, como ocurre en el de lacurva A-9, al llegar a una ciertaproporci6n, en lugar de originarse asientos, la aplicaci6nde más inyecci6n levantaba lapila; en algún caso se provocaron levantamientos hasta tresveces sucesivas para quedarplenamente satisfechos encuanto a los resultados.
En todas las pilas inestablestratadas se lIeg6 a una estabilización completa dentro de laprecisión ± 0.1 mm. que enprincipio podía ser atribuida alas curvas de asientos.'
Los asientos de las pilasantes del tratamiento habranalcanzado valores de lOa13 cm. en varias de ellas, conmovimientos frecuentes de 4 a6 cm. en las restantes. Durante el tratamiento, los asientos adicionales oscilaron entrelos 2 y 3 cm., salvo en loscasos más cnticos, donde llegaron de 4 a 6,6 cm. Sin embargo, hay que tener en cuentaque. como el proceso de inyecci6n duró varios meses,parte de los asientos adiciona·les corresponden al curso normal de los asentamientos anteriores al tratamiento. Losgrandes asientos finales, quehan alcanzado frecuentemente valores entre 10 Y 18 cm.,han sido soportados adecuadamente por la estructura, debido a su naturaleza prácticamente isostática, y solamen-
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te fueron necesarios algunosajustes en las alineaciones dela cubierta m~tálica a la terminación de los trabajos.
En uno de los extremos dela zona tratada de la nave estáemplazada un ala para cafetena y otros servicios auxiliares,según puede verse en la fi·gura 1, estando constituida poruna sola planta. La mayor partede esta extensión está for·mada por una estructura dehormig6n armado con lucesde unos 6 metros en unadirección y 9 en la otra. perocon un bajo grado de hiperestatismo en esta última. Lospilares de la estructura éstáncimentados sobre zapatas aisladas de unos 2,0 X 2.0 m. y3,0 m. de profundidad. La velocidad máxima de asientoinicial era de 1,5 mm./mes.
En esta área se aplicó elmismo tipo de tratamiento,pero teniendo especial cuidado, no sólo con los asientostotales, sino también con losdiferenciales. Los asientos máximos originados por las inyecciones oscilaron generalmente entre 1,5 y 2.0 cms.con asientos diferenciales normalmente entre 0,5 y 1 cm. El
mayor de los asientos máximos observados fue de 3,3 cm.y dio también origen al asientodiferencial máximo de 3,3 cm.en una luz de 9,0 m. debido aque el pilar próximo estabacimentado sobre terreno firme.No se observaron grietas en laestructura de hormigón, perose produjeron daños en la tabiquena de ladrillo y enlucidos.Sin embargo, debe tenerse encuenta que la mayoría de estoselementos estaban dañados
antes de que se iniciara laaplicaci6n de inyecciones.
2.7. Volúmenes deinyección aplicados
Según se indic6 en el ep(grafe 2.4.1. el volumen de inyección se expresa en tantopor ciento respecto al volumende suelo te6ricamente tratado.Sin embargo, para una adecuada interpretación de las cifras que se manejan, debetenerse en cuenta que la profundidad inyectáda incluía elrelleno compactado superiorhasta el nivel de cimentación yno solamente los detritus dekarst, porque la zona de contacto no era fácil de definir.Como el relleno compactadono admitió prácticamente inyecci6n alguna, el volumencorrespondiente se desplaz6muy probablemente a los detritus del karst.
la media total para la nave ycafeter(a resultó del 4,6 por1OO. el máximo normal fue delorden del 10 por 100, aunqueen zonas muy especfficas selleg6 a alcanzar el 15 por 100.
3. ESTABllIZACrON DELA CIMENTACION DELPALACIO DE LADIPUTACIONDE CUENCA
3.1. Descripción generaldel problema
El Palacio de la Diputación(PD) de Cuenca, España, fue
construido hace bastantes añosen la parte inferior de un suavetalud. El edmcio tiene unaplanta rectangular (aproxima-
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damente 50X 28 m.), segúnpuede verse en la figura 4, yconsta de dos plantas en todael área, con la única excepciónde la esquina Norte (zonasombreada en dicha figura), enla que se construyó un sótano.
Los muros del PO son desiller(a de piedra caliza, y descansan sobre una cimentacióncorrida de 1,5 m. de anchura.constituida por cantos calizosy mortero de cal. la cimentación tiene una profundidaddel orden de 2,0 m. bajo lasuperficie actual del terreno,excepto en el sótano que llegaa los 3,5 m.
Desde su construcción elPO ha ido experimentando pequeños asientos que han producido algunas grietas verticales, principalmente en la parteposterior del edificio. Recientemente se inició la construcción de una tercera planta,incrementándose los asientos.A la vista de ello se efectuóuna investigación de las condiciones del terreno, estimán~
dose aconsejable proceder aun recalce del edificio o a unamejora de las caracter(sticasdel terreno.
3.2. Condicionesdel terreno
El perfil estratigráfico delterreno es el siguiente:
i) Relleno; ii) arcilla limosacon intercalación errática demateriales grahulares; iii) ar~
cilla limosa, gris blanda; iv) arci lIa limosa, gris dura conyeso.
El -nivel freático se localizaaproximadamente a una pro-
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fundidad de 7,5 m., con ungradente de 0,05 en direcciónSur·Norte hacia el rio Huácar.La capa blanda iii) se encuentra a profundidades compren~
didas entre 8;5 y 10m., en correspondencia con la presencia del nivel freático.
En la capa H), en la que sesitúa la base de la cimentación, los ensayos de penetración dinámica, del tipo descrito en el apartado 2.2, mostraron valores comprendidosentre 10 Y 30 golpes para unapenetración de 20 cm. y unaaltura de carda de la maza de50 cm. En la capa iii) estosensayos mostraron yalorescomprendidos entre 2 y 4golpes, y en la capa iv) valoressuperiores a 100 golpes.
Las conclusiones de la investigación geotácnica fueronque las capas iii) y iv) correspond(an a la misma for~
mación original, habiendo perdido su compacidad. la primera de ellas. debido a un fen6meno de disolución de yesos,y además que la presencia deesta zona blanda era la causade los asientos y grietas.
3.3. Solución adoptada
El PO es un edificio que al~
berga todas las oficinas de_losServicios Públicos de ta provincia de Cuenca. Por etlo, unasolución de recalce del edificiocon micropilotes se habr(a traducido en una gran perturba~
ción para la continuidad de losservicios públicos.
Como en el caso de Mercamadrid, mencionado anteriormente en este artrculo, la solución adoptada consistió enuna mejora de Iss condiciones
del terreno mediante inyec~
ción de una mezcla de cemento-bentonita, ya que el tratamiento pod(a llevarse a cabo,principalmente, desde el exterior del edmcio, sin perturbar laactividad normal de las oficinas. Además, esta soluciónresultaba más económica queel recalce con micropilotes.
El proyecto de inyección seestableció de tal manera queel volumen de mezcla a inyectar, referido al votumen desuelo a tratar, fuera igual al 2,5por 100 bajo el plano de cimentación, e igual al 10 por100 en 108 2 m. inferiores correspondientes a la zonablanda.
Los taladros de inyecciónse previeron, inicialmente, enun área de 60X 36 m. aproximadamente, formando unamalla de 3,0 X 3.0 m. ~n elexterior del edificio se dispusieron 123 taladros vdrticalesen dos filas al tresboliilo, situapas a 1 y 3 m. de los murosdel edificio. En el interior deledifi,!.!io se dispusieron 89 taladros verticales, situados enel sótano. en los pasillos, en elvestfbulo' de entrada, en losdos patios existentes y en elsalón de actos. Los taladrosque pod(an perturbar la actividad norma1 de las oficinasfueron sustituidos por taladrosinclinados, perforados desdeel exterior (76 taladros) odesde el interior (9 taladros).
3.4. Construcción
3.4.1. Perforacióne inyección
Para la inyeccjón se utilizóla técnica conocida como
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Fjg. 4-.~PI8nta de cimientos del Palacio de la Diputación de Cuenca. CUNas denivel de los asientos originados oor el tratamiento.
0,50
} 27.50
Agua libre, 2,5-3,0 por 100;viscosidad Marsh, 44-48 segundos; rigidez Swissboring,) 4 KPa a las seis horas.
La resistencia a compresiónsimple obtenida con probetasmoldeadas a presión atmosférica fue de 0,25 MPa a los tresd(as; de 0,60 MPa a los sieted(as, y de 1,20 MPa a losveintiocho d(as.
Como en el caso de Mercamadrid. el control de los trabajos de inyección se llevó acabo mediante una nivelaciónde alta precisión. Para ello seinstalaron tres bases fijas de
debido a la presencia de yesos. La bentonita ten(a unlrmite 'Irquido >/ 400 por 100.
La mezcla ten(a las siguientes caraeter(sticas medias:
3.4.3. Controlde los trabajos
~19,00
~12.00 19,00
~O
3,00~ ,,' 3.00.;
Se utilizó una mezcla de cemento-bentonita dosificadapor metro cúbico con las siguientes proporciones:
Cemento Portland, 350 Kp.;bentonita, 30 Kp" Y agua,844 litros.
El cemento fue del tipo p.350-Y resistente a los sulfatos,
3.4.2. Característicasde la mezcla
1,
metros cúbicos, con presionescomprendidas entre 0,0 y0,3 MPa. Posteriormente, sedecidió reinyectar aquellaszonas en las que la presión nohab(a alcanzado 0,1 MPa. Enesta segunda fase se inyectaron 425 mJ • Los trabajos deinyección de la primera fase sellevaron a cabo en los mesesde marzo y mayo hasta el 15de junio de 1982. y los de lasegunda fase durante el mesde agosto de 1982.
___ Asien'os en mm
«tubo-manguito». Los taladrosfueron perforados con barrenas continuas hasta penetrardel orden de 1 m. en la capainferior de arcilla dura. Posteriormente se instaló en cadauno de ellos una tuber(a metálica de 38 mm; de diámetro,provista con válvulas anti·retomo cada 50 cm.
Durante la perforación sedetectaron dos circunstancias.En primer lugar, que la zonablanda ten(a mayor espesorbajo el sótano, y en segundoque la capa de arcilla dura conyeso aparec(a a un nivel másalto que el previsto, en elcentro del mu ro posterior. lalongitud total de perforaciónfue de 2.285 m. para los tala,dros verticales y de 1.111 m.para los inclinados.
Los trabajos de inyecciónse iniciaron en los taladrosverticales de las filas exteriores, comenzando por la esquina Sur del edificio, y siguiendohacia la esquina Norte, conobjeto de cortar la filtración deagua por debajo del edificio.En la 'parte frontal se dejaroninicialmente algunos taladrossin inyectar, para facilitar lasalida del agua durante lasoperaciones de inyección debajo del edificio.
En cada taladro las operaciones de inyección se llevaron a cabo en dos fases; enprimer lugar se inyectaron losdos metros inferiores, y un d(adespués el resto. Las presiones se limitaron 80;5 MPa enla parte inferiory a 0.3 MPa enla superior.
En una primera fase de Jostrabajos, el volumen total demezcla inyectado fue de 840
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OFICINAS
CARACTERISTICAS DEL TERREORIGINAL
___ I!)
Los pórticos de hormigón ylos pilares metálicos descansan sobre zapatas de hormigón a profundidades del oraden de 1.50 m.
oLa solera
apoya sobre una base de zahorra mal compactada, ocasionalmente colocada a su vezsobre rellenos.
El perfil medio del terreno
rramientos de ladrillo macizo.
En la nave frontal se intercaló una estructura metálicapara crear una entreplanta,con algunos pilares interm8*dios.
OOLINA
ZONAS DEPRIMIDAS PORSUBSIOENCIA I(ARSTICA
o
4. MEJORA DELTERRENO MEDIANTEINVECCION DECEMENTO EN UNASINSTALACIONESPROXIMAS A MADRID
b) OET4U.E DE LA ESQUINA A
@- CEMENTO INVECTAOO EN TONEl.AOAS
- N - ASIENTO EN c.m
Un tercer ejemplo se refiere a un bloque cuadrado denaves, transformadas en parteen oficinas. Cada lado delbloque es de 80 m. de longitud. con un ancho de navede 14.50 m. La estructura tiene 8 m. de altura y es depórticos de hormigón armadode un solo vano, con cubiertade cerchas de hormigón y ce-
o) PLANTA
referencia en el exterior deledificio y 33 puntos de lectura(1,1 en el exterior y 22 en elinterior del edificio), constituidos por reglas graduadascomerciales.
Los asientos registrados durante la inyección alcanzaronvalores de hasta 9 mm., comopuede verse en las curvas denivel representadas en la fi·gura 4.
Fig. S.-Planta de la8 zonas karstificadas. isollneas de asientos antes del tratamiento y admisiones de cemento en unasinstalaciones pr6ximas 8 Madrid.
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Fig. 6.-Detalle de la inyeCCIón.
I La existencia de nivelescarstificados, inicialmente cons'iderados erráticos, se investig6 mediante fotograf(as aéreasantiguas donde se pudieronapreciar claramente depresiones superficiales canalizadas,
está formado por un recubrimiento de rellenos arcillosos,cascotes, gravas, etc.. recubriendo la tierra vegetal original. El terreno de cimentaci6n es una arcilla miocenapreconsolidada (peñuela) concontenido de yeso crecientecon la profundidad. En algunaszonas el yeso ha sido arrastrado por disoluci6n. quedando una estructura muy floja. Aprofundidades de 1 a 4 m. aparece un estrato duro de yesom~sivo.
(L~2 m.) y presiones de inyección muy bajas, esta campaña no produjo resultadosapreciables, creyéndose quegran parte de la lechada quedóen los rellenos de apoyo desoleras. Después de este tratamiento los asientos aumentaron y el segundo autor fueconsultado sobre posibles soluciones. Se decidió perlorartaladros de inyección hasta elyeso compacto, atravesandolas zapatas y cementando cuidadosamente la parte superiorpara evitar fugas hacia el relleno. Al llegar al yeso lostubos de inyección se levantaban ligeramente para permitir la salida de la lechada y unavez completado el tratamientose dejaban abandonados, constituyendo una especie de micropilotes (fig. 6). En este casoel coste adicional era muy bajodebido a la existencia de unimportante stock de tuberíausada no aprovechable paraotros fines. Es importante señalar que las condiciones departida de este trabajo eranmuy diferentes de las de loscasos antes citados. Por razones de coste el propietariodecidi6 utilizar un equipo manual existente en su almacén yprescindir de los controles denivelación mientras los eventuales movimientos se mantuvieran dentro de I(mites tolerables (asientos inferiores a2 cm. y algunas pequeñas fisuras).
Pór otra parte todo el trabajo de inyecci6n deb(a realizarse desde el exterior paramantener en servicio las oficinas y almacenes. F.sto obligóa realizar algunos taladros subhorizontales para alcanzar las
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PILAR DE H.A.
FACHADA DE LADRILLOSOLERA
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Para frenar estos movimientos se realizó una primeracampaña de inyecciones en1979. Debido a que se emplearon taladros muy cortos
a veces con dolinas de disoluci6n (fig. 5a).
Poco después de terminadala construcción el edificio mostró movimientos diferencialesconcentrados en una esquinade la nave que segura destinada a almacén y en la que sehabran depositado fuertes cargas. Los movimientos pudieron seguirse con más detalle alocupar las nuevas oficinas debido a la fisuración de la tabiquena y falsos techos. Lafigura 5b muestra los asientosmedidos en noviembre de1981.
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REFUERZO DE CIMENTACIONES MEDIANTE INVECCION DE CEMENTO-BENTONITA
zapatas interiores, cementando ros primero 6 u 8 m.
La relación agua/cementode la mezcla variaba de 1 a1,2, empleando cementQ resistente a los sulfatos. No seutilizó bentonitet salvo en dostaladros de admisión excesiva.La presi6n de inyecci6n selimitó a 0.25 MPa y únicamente en un caso se observó unpequeño entumecimiento dela solera (unos 2 cm. en 3 m.).
El consumo máximo de lechada fue de 13 toneladas decemento en un pilar (5 taladros de 7 m.), en la zona máscarstificada y sin llegar a producirse el rechazo. Un consumonormal medio puede ser de500 Kg. de cemento por m3 deterreno.
Las inyecciones se llevarona cabo en dos perradas de 3meses cada uno, separadospor un per(odo intermedio deobservaci6n de 5 meses. Losmovimientos observados durante el tratamiento fueronmrnimos.
No obstante se pudierondetectar al poco tiempo algunos ligeros levantamientos,del orden de 1 cm., probablemente debidos a la reducciónde los canales de circulacióndel agua freática a causa de lasinyecciones y al consiguienteaumento de humedad de lascapas arcillosas superiores, denaturaleza expansiva.
A f¡oales del verano de1983 se pudo observar queeste esquema habra variado yse producfan algunos asientosen la zona central de lasoficinas.
ENERO 1985
Una investigaci6n adicionalpuso de manifiesto que a unper(odo de prolongada sequ(as.e habra sumado un descensogeneral del nivel freático delorden de 3 m. ocasionado porla limpieza de un pozo deevacuación de residuos. Estoprodujo una desecaci6n delterrero del orden de 1·2 cm.bajo las soleras y las zapatascentrales, inyectadas lateralmente y por tanto no recalzadas. Por el contrario los pilaresperiféricos se mantuvieron perfectamente.
En el momento actual seespera una estabilizaci6n delproceso de retracción- o lainversi6n estacional del mismo antes de considerar eltratamiento tiel interior deleOlficio, lo cual entrañaña eldesalojo parcial del mismo.
5. CONCLUSIONES
- El tratamiento mediantela lechada de cemento-bentonita ha demostrado ser muysatisfactorio en los casos descritos, habiendo conducido auna completa eliminaci6n delos movimientos. Aunque lostrabajos son aún muy recientes, no se espera que seproduzcan problemas en elfuturo.
- Dese el punto de vistaeconómico el procedimientoha demostrado ser preferible aotros sistemas de recalce y,además, en algunos casos sepuede aplicar sin interferir conla utilidad normal de los edificios.
- La mejora del conjuntodel terreno de cimentaci6n
tiene la ventaja de suprimtrtambién los asientos bajo lassoleras, que, como es sabido,con frecuencia constituyen unserio problema si se recalzansolamente los cimientos.
- El tratamiento de terrenos flojos origina asientos quedeben tenerse en cuenta antes de tomar decisiones sobre su posible aplicación; estepuede ser en algunos casos elproblema principal para estetipo de soluci6n, dada la dificultad de predecir los valoresfinales de los mismos.
- El método de controldesarrollado, por medio denivelaciones diarias de altaprecisi6n, puede considerarsecompletamente satisfactoriopara trabajos de este tipo.Gracias a él:
a) La respuesta del terreno se pudo seguir muy decerca y, como consecuencia,el tratamiento adaptarse ° detenerse si se consideraba necesario.
b) La estabilización decada elemento estructural po-d(a definirse de manera confiable en un corto perlorto detiempo.
e) Se pudieron ahorrarvolúmenes importantes de inyeccí6n en los elementos decimentaci6n situados en lazona de inestabilidad, puestoque, si resultaba que se encontraban en buenas condiciones, al comenzar a aplicarel tratamiento el terreno selevantaba, lo que era inmediatamente detectado por las nivelaciones de precisión.
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REFUERZO DE CIMENTACIONES MEDIANTE INVECCION DE CEMENTO-BENTONITA
6. AGRADECIMIENTOSVentura Escario Ubarri
José M.- Rodrlguez Orta
Doctor ingeniero de Caminos de la promoci6n de1965. Trabai6 durante diez silos en el Laboratoriodel Transporte y Mecánica del Suelo, de dondepes6 8 ser jefe de la División de Geotecnia de AltosHornos Ingenieros Consultores, S. A, cargo queocupó nasta 1978. Al año siguiente constituyÓ laempresa constructora EAT, S. A -Equipo de Asis·tencia Técnica-, especializada en ingeniería gaotécnica. Desde 1980 es catedrático de Mecánicadel Suelo y Cimentaciones de la ETS de Arquitectura de Madrid.
Doctor ingeniero de Caminos, Canales y Puertosde la promoción de 1950, especializado en Geotec·nia en la Universidad de Harvard (USA), dondeobtuvo el título de M. S. (1953) con los profesoresK. Tel2aghi y A. Casagrande. Se ha dedicado a estetema en el Laboratorio de Carreteras y GeotecniactJosá Luis Escario» desde prácticamente su fundaciÓn, siendo autor de numerosas publicaciones,tanto en España como en el extranjero. Ha intervenido como consultor privado en diversos trabajosde cimentaciones y obras de tierra. Es en la actualidad vicepresidente de la Sociedad Española de
Mecánica del Suelo y Cimentaciones.
En el caso de Mercamadrid,INTEMAC. S. A. llevó a cabolos trabajos de control .decalidad requeridos por la Di·rección y hab(a previamentepresentado un informe geotécnico completo sobre losproblemas observados. El anterior Director de Mercamadrid, José Miguel San Miguel,el Delegado de Obras y Servicios del Excmo. Ayuntamiento, D. Juan Claudia de Ramón,y el Delegado de Mercasa, D.Manuel Chaure, tuvieron unpapel muy activo en las primeras fases de selección desoluciones. El siguiente Director de Mercamadrid, Luis Velasco, y Director Adjunto, Francisco Sola, constituyeron unagran ayuda durante el desarrollo de los trabajos reales.
Femandt\ Muzas Labad
Doctor ingeniero de Caminos, Canales y Puertos,promoci6n de 1960. Trabaj6 en Auxini y en el Centro de Estudios Hidrogrlificos (Laboratorio de Reologla y Geotecnia). Desde 1969 es profesor encargado de curso de Geotecnia y Cimientos en laEscuela Técnica Superior de Ingenieros de Cami·nos, Canales y Puertos de Madrid. En el mismo añoentró a prestar sus servicios en la empresa Cimentaciones Especiales, S. A -Procedimientos Radio-.donde es director de Estudios e Investigaci6n. Esvocal de la Junta Rectora de la Sociedad Españolade Mecánica del Suelo y Cimentaciones, y también
de la Junta Directiva de la Sociedad Española de Mecánica de Rocas. Es autorde diversas publicaciones y comunicaciones a congresos, en España y en elextranjero, y ha participado como conferencíante en reuniones cientfficas y cursos para postgraduedos.
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