Soluciones para suelos expansivos

Pre-humectación del suelo

La teoría de pre-humectar el suelo antes de la construcción está basada en el hecho de que si al suelo se le

permite que se expanda antes de la construcción y si luego la humedad del suelo es mantenida, no es de

esperar cambios volumétricos y por lo tanto no es esperable daños sobre la estructura.

La experiencia indica que en las áreas cubiertas por una losa, contrapiso, pavimento, etc., el contenido de

humedad del suelo rara vez decrece. Si uno inunda el suelo, una vez que el suelo se hinche hasta su

máximo potencial, la migración del contenido de humedad hacia la parte de suelo subyacente que se

encuentra menos húmeda induce nuevas expansiones del suelo diferidas en el tiempo. Este proceso puede

continuar durante cerca de 10 años.

El tiempo requerido para lograr una adecuada humectación del suelo, aunque no sea necesario llegar a la

saturación, es de al menos uno o dos meses, lo que puede ser considerado como demasiado largo.

Además es muy cuestionable el hecho de que se obtenga una variación uniforme en el contenido de

humedad del suelo en las áreas pre-humectadas.

Los suelos arcillosos, que son los potencialmente expansivos, son muy difíciles de pre-humectar siendo lo

más factible que el agua penetre a través de fisuras, etc., no lográndose una humectación pareja del suelo.

Este método de inundación previa puede resultar útil para la cimentación mediante losas, construcción de

pavimentos, canales, etc., pero no es adecuado para cimentaciones aisladas (tipo patín).

La razón es que el pre-humectar el suelo conlleva a reducir en una forma muy significativa los parámetros

resistentes del suelo, lo que lo hace inadecuado para el apoyo de cimientos aislados.

Control de humedad

El suelo debe ser excavado a la misma profundidad que el peso del suelo contrarreste el levantamiento del

mismo, se pondrá un material plástico sobre toda la superficie de la excavación. La humedad alojada a una

profundidad igual al cambio de volumen es controlada por el peso del material sobre puesto y el peso de la

construcción. La humedad superficial podrá controlarse por medio de una capa de arena graduada de 0.30

a 1 m o tal vez un poco más gruesa que permita el flujo de agua en forma capilar, y mantendrá una

uniformidad del contenido de agua en la arcilla.

Si bien es relativamente sencillo sacar el agua libre que se ha introducido en la obra para la construcción de

una fundación, realizando los drenajes adecuados ya sean superficiales o subterráneos a tales efectos, pero

sin embargo no es tan sencillo el impedir la migración de la humedad desde el exterior de un local hacia el

interior de un área cubierta.

Para impedir la infiltración de aguas superficiales se puede disponer de:

Barreras horizontales contra la humectación del suelo alrededor de la construcción a través de:

membranas, construcción de veredas perimetrales, pavimentos asfálticos, drenaje adecuado.

Barreras verticales alrededor de la construcción para impedir las variaciones estacionales en el

contenido de humedad del suelo también mediante el uso de membranas, hormigón, etc.

Las barreras verticales usualmente están unidas a una horizontal para prevenir la humectación del suelo

entre la barrera vertical y la construcción, ya que las barreras verticales deben construirse al menos 70 a

100 cm alejadas del perímetro de la construcción.

Si bien las barreras verticales son más efectivas que las horizontales, las mismas resultan mucho más

costosas.

Para evitar la variación del contenido de humedad por variación del nivel de agua subterránea la alternativa

más adecuada la constituye la construcción de drenajes subterráneos.

El proyecto de drenes deberá tener presente el tipo de acuífero de que se trate, si es confinado o no, el

caudal de agua que escurre por el mismo, profundidad a la que se instala el dren, capacidad del sistema de

drenaje, etc.

Sustitución del suelo expansivo

Una alternativa simple de cimentar una losa o un patín en un material expansivo es remplazar el material

expansivo por otro que no lo sea.

La experiencia indica que si el suelo natural sobre el que estamos apoyando nuestro cimiento consiste en

más de 5 pies (aprox. 1.50 mts) de suelo granular del tipo (SC-SP), que a su vez se apoya en un suelo

altamente expansivo no existe riesgo de movimiento en la fundación cuando apoyamos la misma sobre

este material granular.

El primer requerimiento es, obviamente, que el material no sea expansivo, eso lo cumplen los suelos cuya

clasificación varía desde los materiales del tipo GW a los del tipo SC.

Los materiales granulares que podemos considerarlos “limpios”, es decir con escasa cantidad de finos,

aquellos cuya clasificación de acuerdo al S.U.C.S. varía del tipo GW a SP, tiene una permeabilidad tal que el

agua podría llegar hasta los materiales subyacentes arcillosos y expansibles.

Desde el punto de vista antes señalado sería preferible que los materiales del relleno sean menos

permeables, con cierto contenido de finos (del tipo SM o SC), aunque estos tiene la contra de que los finos

de estos materiales pueden a su vez presentar cierto grado de expansión.

Uno de los criterios usuales es el planteo de la siguiente condición:

Límite líquido % de Material que pasa el 200

Mayor a 50 15 – 30

Entre 30 a 50 10 – 40

Menor a 30 5 - 50

No es tan fácil que un suelo cumple con las condiciones antes planteadas. En caso de dudas razonables,

para poder determinar realmente el potencial expansivo del suelo hay que proceder a las metodologías

habituales a tales efectos.

Una alternativa para mejorar el potencial expansivo del suelo sería el poder mezclar el material granular

con el suelo emplazado en sitio. Si bien dicho método es teóricamente razonable, en la práctica se hace

muy dificultoso la mezcla de material granular con arcillas de bajo contenido de humedad. Se necesita

maquinaria especial, sobre todo por la dificultad de disgregar los terrones de arcilla a tamaños adecuados,

lo que lleva a costos tan caros como otros procedimientos en los que se obtienen mejores resultados como

la estabilización con suelo cal o suelo cemento.

La principal razón por la cual un relleno artificial de un material seleccionado no es tan efectivo como el

apoyar sobre una masa de suelo granular en estado natural, es por la extensión del mismo debajo de la

fundación en uno y otro caso. Cuanto mayor sea el área en que efectuamos el reemplazo, más efectivo

resulta el relleno.

Control de expansión

Permitiendo que el suelo se expanda dentro de las cavidades de la cimentación, los movimientos de una

cimentación pueden ser reducidos a un nivel tolerable. Un tipo de cimentación comúnmente usado es el

llamado “waffle”, denominado en el sistema de E.E.U.U., nosotros lo conocemos como losa de cimentación

con contratrabes, donde las contratrabes soportan la construcción y las cavidades permiten la expansión

del suelo.

Modificación de propiedades expansivas del suelo

La Estabilización por Inyección es un método in situ de

tratamiento de arcillas expansivas por inyección de presión de

una solución acuosa de agua, lechada de cal, o cloruro de

potasio.

Las profundidades típicas de inyección son de 7 a 12 pies de

profundidad bajo cimientos de construcción y de hasta 40 pies

de profundidad o más bajo subsuelos de vías férreas y rellenos

sanitarios.

Un sistema de estabilización económico in situ con una historia de 40 años de tratamiento de suelos

cohesivos. Los métodos de inyección varían de acuerdo con el tipo de material que está siendo inyectado.

Inyección de agua, una técnica pre-inflamiento, es un método de introducir agua en la arcilla expansiva

con el fin de inflar la arcilla tanto como sea posible antes de la construcción

Se inyecta agua y surfactante (agente activo de la superficie) en la arcilla expansiva para pre-inflar la arcilla.

Cada “pase” de inyección es realizado en centros de 5 pies. Se requieren varios pases para pre-inflar

efectivamente un sitio. El pre-inflamiento se usa típicamente para grandes construcciones (50K+) y grandes

áreas de pavimento. La inyección de área es poco costosa, rápida y fácil de usar.

Se agrega un surfactante al agua para reducir la tensión del agua e incrementar el índice de absorción del

agua por la arcilla.

Metodología

Diversas condiciones se combinan para hacer de la inyección de agua una técnica efectiva.

A medida que se agrega agua a la arcilla por medio del proceso de inyección, esta es absorbida por las

partículas de la arcilla debido a la presencia de iones hidratantes localizados en el espaciamiento entre las

partículas de arcilla.

Eventualmente, la arcilla absorberá una cantidad de agua que satisfaga la carga de partículas de la arcilla,

punto en el que el proceso de inflamiento estará completado.

Un plano de esfuerzo cortante se desarrolla en las cubiertas exteriores del sistema de arcilla/agua que

corresponde a una reducción total en la fuerza de corte de la arcilla. Por esta razón, las mediciones de

fuerza de corte, como aquellas obtenidas con un penetrómetro de bolsillo, pueden ser una manera rápida y

efectiva para determinar el éxito de la inyección.

La Inyección de Cal es la inyección de lechada de cal a altas presiones (50 a 200 psi) resultando en una

cobertura del patrón de desecación de la arcilla con lechada.

Adicionalmente, la superficie del relleno de construcción será cubierta con la lechada de cal como resultado

del proceso. Este material es mezclado con el suelo para formar una plataforma de trabajo después de la

inyección.

La inyección de cal usualmente es seguida por la inyección de agua para pre-inflar la arcilla y distribuir

después la cal en el suelo.

La cal es inyectada para llenar el patrón de desecación de

la arcilla expansiva con lechada y estabilizar la superficie

del relleno para facilidad de operación.

La inyección de cal se usa para rellenos de construcción,

así como para calles, estacionamientos y carreteras.

Metodología

Cuando el hidróxido de calcio está en contacto con la

superficie de arcilla en el patrón de desecación del suelo,

este reacciona con la sílice y alúmina en la arcilla para

formar hidratos de sílice de calcio y alúminas de sílice de

calcio. Estos compuestos cementosos representan nuevas

moléculas y no son expansivas.

La Inyección de Cloruro de Potasio (CIS) es la mezcla junto con el cloruro de potasio y lignosulfonato de

amoníaco en una solución acuosa que es inyectada para limitar enormemente la elevación futura de un

suelo de arcilla expansiva.

A diferencia del pre-inflamiento, la inyección de potasio limita la cantidad de agua que absorbe la arcilla.

Por esta razón, la inyección de potasio también es un método para contener la elevación que ocurre en

estructuras existentes.

Usualmente, la inyección de potasio está limitada para usarse en estructuras existentes, así como en

aquellas que son altamente sensibles al movimiento, tales como las residencias.

Es mezclado con lignosulfonato de amoníaco e inyectado en arcillas expansivas para tratar químicamente la

arcilla y reducir dramáticamente su afinidad por el agua.

Usualmente es inyectado antes de la construcción de estructuras altamente sensibles, así como a través de

los pisos de estructuras existentes para reducir la elevación en curso.

Metodología

Diversas condiciones se combinan para hacer de la inyección de agua una técnica efectiva.

La cantidad de agua que absorbe la arcilla se dicta por el ion predominante localizado en el espaciamiento

entre las partículas de arcilla.

Al cambiar el ion predominante, el comportamiento del sistema de arcilla/agua puede ser alterado.

El potasio y el amoníaco son iones que pueden satisfacer la energía potencial de las partículas de arcilla y

no tienen una hidratación excesiva.

La Inyección de Cal/Ceniza Suelta es la mezcla de cal y ceniza suelta en una lechada y su inyección en

suelos de poca fuerza para mejorar la capacidad de soporte y transitabilidad.

En suelos menos reactivos, también se usa Geocem para mejorar la fortaleza del suelo.

Geocem es una mezcla de 80% de piedra caliza de base fina y 20% de clínker de cemento Portland. Estos

dos materiales son inyectados para mejorar las condiciones debajo de los subsuelos de las vías férreas,

pavimentos y rellenos sanitarios.

Se usa para tratar arcillas y cienos de menor fortaleza para mejorar la capacidad de soporte disminuyendo

el contenido de humedad e incrementando la densidad seca y la fortaleza de corte.

Se usa para tratar problemas de subsuelos de vías férreas en rellenos altos. También se usa para mejorar

las condiciones de subsuelos en estructuras de pavimento tales como carreteras y puentes.

Metodología

Cuando la cal/ceniza suelta es inyectada en una arcilla o cieno de baja fortaleza, esta desplaza el agua que

está atrapada en el suelo.

Después, el material reaccionará químicamente con el suelo, resultando en mayores incrementos en la

fuerza de corte.

Al inyectar cal/ceniza suelta o Geocem, es posible disminuir el contenido de humedad del suelo y mejorar la

densidad seca, lo que contribuirá con la fortaleza de corte.

Estabilización con cal por método de perforaciones

Esta técnica consiste básicamente en perforar huecos en la subrasante y llenarlos con una lechada de cal o

una mezcla de cal y arena. Una vez se llenan los huecos, la cal emigra o se difunde en el estrato de suelo

iniciándose las reacciones suelo-cal.

La experiencia ha demostrado que las reacciones se producen en la periferia del hueco y en el fondo del

mismo, pero se logra una reducción en el potencial expansivo debido al efecto de pre-humedecimiento y a

la liberación de esfuerzos alrededor de la perforación.

Lechadas de cal inyectadas a presión

Con el objeto de lograr una mayor distribución de la cal en las

subrasantes expansivas, se ha desarrollado la técnica de inyecciones a

presión. La técnica consiste en inyectar las lechadas con cal a presiones

del orden de 14.0 Kg/cm2r dependiendo de las condiciones del suelo la

tubería de inyección se penetra en éste, aproximadamente, 30 cms y la

lechada se prepara con 1 a 5 kgs de cal por galán de agua, la inyección

se hace hasta que el suelo rechace la lechada.

La experiencia ha demostrado que con este sistema se logran buenos resultados si el suelo expansivo tiene

un extenso sistema de fisuras y grietas a través del cual la lechada pueda ser inyectada eficientemente. El

mayor beneficio de este tipo de tratamiento se obtiene también por el pre-humedecimiento producido, la

barrera de humedad formada por el suelo cal y a las limitadas cantidades del suelo que ha reaccionado

produciéndose la estabilización.

Estabilización con cal por el Método Deep-plow

La técnica consiste en remover un espesor aproximado de un pie antes de regar la cal, posteriormente se

riega la cal necesaria para la estabilización, se mezcla la cal con el suelo con tres pasadas del plow hasta una

profundidad de dos pies, se esparce agua sobre la mezcla seca en la vía, se hace un mezclado final con un

ripper profundo, se efectúa una compactación inicial del espesor de dos pies del material estabilizado en

una sola capa, utilizando un equipo de compactación pata de cabra o un rodillo pata de cabra vibratorio, la

compactación final se efectúa utilizando 6 pasadas con un rodillo de 70 toneladas de peso.

Esta técnica permite estabilizar con cal y compactar en forma adecuada espesores de 60 a 90

cms. Experiencias sobre la utilización de este método indican que se logran densidades superiores al 95%

del AASHTO-99 y que la distribución de la cal es homogénea en los primeros 40 cms y menos en los

restantes 20 cms.

Columnas de grava o arena

Vibrosustitución (Vibroflotación por vía húmeda)

Este procedimiento es aplicable en

el caso de suelos blando cohesivos

en los que las paredes laterales del

hueco practicado por el vibrador

no resultarían auto-estables, o en

el caso de que el nivel freático de

encuentre alto y sea preciso

penetrar bajo él. El rango habitual

de resistencias al corte sin drenaje

del terreno para que este tipo de

tratamiento sea aplicable oscila

entre 20 y 50 kPa, llegando

ocasionalmente a 15 kPa.

El vibrador penetra en el suelo por efecto de su peso propio y la vibración, ayudando por unas lanzas de

agua situada en la punta y en la parte superior del aparato. El flujo continuo de agua facilita el

mantenimiento de la estabilidad del hueco practicado en el suelo y el arrastre y evacuación del detritus

generado. Adicionalmente el agua permite refrigerar el motor, lo que puede ser un factor relevante en el

caso de motores eléctricos.

Vibrodesplazamiento (Vibroflotación por vía seca)

Cuando los suelos (cohesivos) a tratar son estables, no sensitivos, y cuando el nivel freático se encuentra

suficientemente bajo, se puede emplear este método para la formación de columnas de grava compactada.

La ventaja fundamental de este procedimiento con respecto al de vía húmeda deriva de que el empleo de

las lanzas de agua para ayudar en la penetración y estabilización del agujero practicado no es necesario.

Para ello es preciso lógicamente

que el hueco abierto con el

vibrador sea auto-estable, lo que

a su vez obliga a contar con una

suficiente resistencia al corte sin

drenaje del suelo natural, que ha

de sustituirse al menos entre 30

y 60 kPa. En este mismo sentido,

el nivel freático ha de

encontrarse suficientemente

profundo, por debajo de la

máxima profundidad de

tratamiento.

Empleo de vibroflotadores especiales

Con el fin de paliar los inconvenientes asociados al empleo de grandes cantidades de agua, varias empresas

especializadas han desarrollado vibroflotadores especiales con los que se pueden ejecutar columnas por vía

seca (o con muy poca adición de agua) en terrenos muy blandos, no auto-estables, o en zonas de nivel

freático elevado.

Lo que distingue a este tipo de vibroflotadores especiales es el

hecho de poder efectuar el vertido de la grava directamente por

la punta del aparato, bien sea a través de un hueco central en el

mismo, bien a través de un tubo adicional abosado lateralmente

al vibroflotador.

El proceso a seguir es análogo al vibrodesplazamiento. Así, el

vibrador penetra en el terreno por su propio peso, ayudando por

la vibración y por lanzas de aire comprimido situadas en la punta.

El mismo vibrador, que no se retira, sirve de revestimiento de la

perforación, con lo que el hueco practicado se puede mantener

estable.

Otros procedimientos

Si bien las técnicas específicas de Vibroflotación hacen uso de

vibradores o vibroflotadores especiales, obviamente es posible

construir columnas de grava (o de arena) mediante otros

procedimientos más o menos convencionales.

Resulta interesante destacar en cualquier caso que en Japón se ha

desarrollado y empleado con enorme profusión el procedimiento

basado en la hinca de una tubería mediante un vibrador pesado en

cabeza. En este caso el relleno por el interior del tubo se efectúa

empleando arena en lugar de grava, que se densifica y se imbrica con el

terreno natural mediante sucesivos descensos y elevaciones de la

tubería de revestimiento manteniendo la vibración.

Fundaciones superficiales en suelos expansivos

Las cimentaciones superficiales son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del

suelo, por tener éste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de importancia

secundaria y relativamente livianas.

En resumen las Cimentaciones Superficiales reparten la fuerza que le transmite la estructura a través de sus

elementos de apoyo sobre una superficie de terreno bastante grande que admite esas cargas.

Se considera cimentación superficial cuando tienen entre 0,50 m. y 4 m. de profundidad, y cuando las

tensiones admisibles de las diferentes capas del terreno que se hallan hasta esa cota permiten apoyar el

edificio en forma directa sin provocar asientos excesivos de la estructura que puedan afectar la

funcionalidad de la estructura; de no ser así, se harán Cimentaciones Profunda.

Esta clase de fundaciones, más comúnmente denominadas como zapatas o patines, pueden ser

implementadas con éxito sobre subsuelos conformados por materiales expansivos, siempre que se cumpla

al menos uno de los siguientes requisitos:

- La presión aplicada, debido a las cargas permanentes, resulte suficiente como para contrarrestar la

presión de expansión.

- La superestructura tenga el grado de rigidez necesario como para que una expansión diferencial no cause

fisuras o grietas en los elementos resistentes.

- El efecto expansivo pueda ser eliminado o al menos reducido de manera de evitar o mitigar los

desórdenes (ya sean éstos de carácter resistente, funcional o ambos).

Zapatas corridas

Como se sabe, es la tipología más común de fundación

superficial para estructuras livianas. Es claro, en

consecuencia, que para prevenir el efecto de la

expansión se vuelve necesario concentrar la presión

aplicada, lo que deriva en minimizar el ancho de la

zapata.

Por lo tanto el uso de zapatas corridas debería limitarse

a suelos de bajo grado de expansión, por ejemplo en

general inferior al 1%, medido en el ensayo de

expansión libre.

Sin embargo, el uso de fundaciones alternativas, al caso pilotes, puede ser antieconómico y por ello en

muchas situaciones se aceptan daños menores (como fisuras en paredes y techos), cuyos costos de

reparación resultan inferiores a los de un sistema de fundación diferente.

Una variante, cuando no es factible cambiar el sistema de fundación, es implantar las zapatas a

profundidades mayores, esto es a salvo de la capa de suelo donde las variaciones en el contenido de

humedad son mayores (al menos 1,50 a 2,00 m por debajo del nivel del terreno natural). Esta ubicación

reduce y limita además los desplazamientos diferenciales.

En general, se sugiere a las zapatas corridas como una alternativa en principio válida cuando:

El subsuelo no es altamente expansivo (básicamente illita en vez de montmorillonita)

Es poco probable que se verifique un ascenso del nivel freático.

No hay disponibilidad de fundar con pilotes.

La superestructura está conformada por madera.

Una variante a veces empleada es la fundación en “cajón”, esto es una estructura de hormigón

fuertemente armada, cuya altura media es del orden de 2,00 m. Es notorio que este tipo de fundación

protege a la estructura de eventuales fisuraciones derivadas de expansiones diferenciales. En estos casos,

no deben existir discontinuidades a nivel de la superestructura, que introduzcan puntos débiles. En

especial, en estructuras complejas, se sugiere agregar juntas para separarlas en dos o más módulos. Cada

módulo actuará entonces en forma independiente y los desplazamientos diferenciales podrán absorberse

en las juntas.

Zapatas aisladas

Como es sabido, este sistema consiste en una serie de zapatas apoyadas sobre las capas superiores del

subsuelo, conectadas entre sí por vigas de fundación. Como en el caso de las fundaciones indirectas o

profundas, la carga de la estructura es trasmitida al suelo en forma concentrada en diferentes puntos; la

diferencia es que naturalmente en este caso la descarga se realiza en las capas superiores del terreno y no

se involucra la resistencia lateral por fricción.

El uso de este sistema puede ser ventajoso cuando:

El techo de roca o el estrato resistente es

profundo y no puede ser económicamente

alcanzado por pilotes.

Las capas superiores del suelo poseen un

potencial expansivo moderado.

La capacidad portante de las capas superiores es

relativamente alta.

Existe nivel freático o capas blandas que impiden

el uso de pilotes trabajando por fricción.

En el caso de un suelo expansivo, si la presión aplicada es mayor que la presión de expansión (para cambio

de volumen nulo) no deberían observarse desplazamientos debidos a esta causa.

En general puede decirse que la magnitud de la presión aplicada está limitada por la capacidad portante del

suelo de fundación y es función del coeficiente de seguridad adoptado (usualmente entre 2 y 3). Por lo

tanto, considerando los valores habituales de tensiones admisibles para suelos arcillosos de Formación

Libertad (1,0 a 2.0 kg/cm2), este sistema de fundación sólo podrá aplicarse en suelos con potenciales

expansivos medios (1 a 5% de expansión libre y presión de expansión en el rango de 1 a 2 kg/cm2).

Para permitir en estos casos la concentración de tensiones aplicadas en las zapatas individuales se requiere

descalzar las vigas de fundación, esto es dejar un espacio vacío bajo éstas.

De todas formas, algunos investigadores como Peck entre otros, han señalado además que la expansión del

suelo sólo se puede impedir en una zona localizada bajo la zapata donde se concentran las tensiones

inducidas por la fundación.

Congelación de suelos

A la hora de realizar una excavación y conseguir estabilizar el

suelo, aunque sea de forma provisional, una posibilidad

consiste en congelar el suelo, especialmente cuando éstos

son blandos y están saturados. Ello permite disponer de una

pared provisional que impide el desmoronamiento del

terreno.

El estudio de la congelación artificial del suelo precisa

conocimientos en relación con las técnicas de congelación

existentes, así como de las propiedades térmicas y

geotécnicas del terreno. Como es fácil de entender, este procedimiento constructivo requiere la presencia

de empresas altamente especializadas.

Fundamento teórico

La congelación del terreno con el fin de conseguir su estabilización temporal es una técnica antigua

empleada ya en minería desde mediados del siglo pasado. Se basa en la transformación del agua intersticial

en hielo, que en ese estado actúa como elemento aglutinante de las partículas que componen el suelo.

Se consiguen así dos efectos, por una parte un aumento de la resistencia del terreno y por otra una

completa impermeabilidad que facilita durante un tiempo las condiciones de excavación. Pero al mismo

tiempo, también se alteran otras condiciones geotécnicas que pueden afectar a estructuras contiguas a la

obra, que en el proyecto previo han de ser estudiadas cuidadosamente.

Aplicabilidad

La congelación es adecuada en una gran variedad de suelos, incluso en casos donde las inyecciones y otros

métodos no pueden ser utilizados. El requisito que plantea es la necesidad de que los suelos estén

saturados de agua, ya que de lo contrario el método no mejora las características del terreno.

Sistemas de congelación

El procedimiento general se aplica instalando en torno al

bloque de suelo que se quiera estabilizar, un conjunto de

tubos o sondas de congelación por las que habrá de

circular la sustancia refrigerante, con la disposición y

separación entre sondas que aconsejen las condiciones

de obra (profundidad de excavación, planta, etc.) y el

terreno.

Como sustancias refrigerantes pueden emplearse

salmueras (frecuentemente de cloruro cálcico), anhídrido

carbónico, o nitrógeno líquido, todas ellas con el mismo

fundamento físico: la capacidad de absorción de calor de

estas sustancias, al pasar de líquido a gas.

La instalación es diferente, según el elemento refrigerante sea recuperado (circuito cerrado) o no (circuito

abierto). En el primer caso, ha de establecerse un circuito cerrado como el que se muestra en la figura. El

fluido en forma líquida, pasa por los tubos refrigerantes y al evaporarse a través de ellos absorbe calorías

del terreno. Conseguido este efecto, la sustancia en forma de gas se hace pasar por un compresor que en

combinación con un sistema refrigerador lo licua a baja temperatura, y después es conducida a un

depósito, en el que es almacenada en forma líquida a alta presión. Desde este depósito el caudal será

bombeado de nuevo a las sondas refrigerantes para ser reutilizado en un nuevo recorrido a través del

circuito cerrado de congelación.

Cuando la congelación se aplica sin recuperar la sustancia refrigerante, ésta (normalmente nitrógeno

líquido), es transportada a pie de obra en camiones cisterna y desde ellos es bombeada a baja temperatura

(» -196 °C), directamente hacia las sondas o tubos congeladores de la instalación: el fluido, después de

pasar a través de las sondas, ya evaporado es dirigido hasta el final del circuito, en este caso abierto, del

cual sale a la atmósfera en forma de gas a unos -60 °C de temperatura.

Este sistema resulta más caro que el anterior por no recuperarse la sustancia refrigerante, pero los efectos

de congelación que se consiguen en la práctica son más rápidos.

Existe la opción de utilizar un procedimiento mixto, consistente en combinar la capacidad frigorífica del

nitrógeno líquido, para efectuar la congelación del terreno de forma rápida, y la economía de la salmuera,

para el mantenimiento durante los trabajos de excavación y ejecución de la estructura. Para ello, los

circuitos de sondas deben estar separados de forma que se puedan utilizar ambos procedimientos.

Condiciones de ejecución

La elección del procedimiento y medios de congelación más efectivos, requiere el estudio del terreno y de

la obra en tres etapas:

Estudio de viabilidad

Elección del sistema

Ejecución y control

El objeto del estudio de viabilidad es decidir en primer término si la congelación es factible, con o sin

medidas correctoras del terreno y en el primer caso definir qué tipo de medidas deben adaptarse.

Como es lógico, es esencial partir de un buen conocimiento hidrogeológico del terreno y de todo el entorno

al que pueda afectar el proceso de congelación. En este estudio tienen especial interés los parámetros

térmicos del suelo, y los geotécnicos antes y después de la congelación, y en las situaciones intermedias.

Es importante conocer el volumen y las condiciones del agua que pueda estar en contacto con la masa

congelada, por la aportación de calor que puede proporcionar y por los efectos producidos por la velocidad

de circulación: a partir de velocidades de 1,5 – 2 m/día si no es con nitrógeno líquido la congelación no es

factible; con velocidades mayores los tratamientos previos de inyección por su eficacia y por su escasa

incidencia económica, pueden ser un buen medio corrector. En general los procesos de congelación son

más viables en suelos saturados pero también son aplicables en suelos con grados muy bajos (10 %) de

saturación.

Con las conclusiones del estudio de viabilidad debe decidirse el sistema de congelación y la forma y

disposición de los tubos que mejor se adapten a las condiciones del terreno y del espacio disponible. Si la

obra lo permite, se suele recurrir a superficies cilíndricas (circulares o elípticas) para que los esfuerzos que

se produzcan sobre el bloque congelado sean principalmente de compresión.

El análisis térmico previo del bloque a congelar es esencial para decidir:

La disposición más favorable de las sondas

La potencia del equipo de congelación y

El tiempo de funcionamiento que es necesario para conseguir la temperatura de congelación

prevista.

En este tratamiento es muy importante el control de temperaturas en el interior del suelo congelado

mediante la disposición de sondas termométricas. Así, puede controlarse cómo progresa la formación del

muro, además de vigilar su evolución durante la fase de excavación, establecer los periodos de

mantenimiento y fijar la potencia frigorífica necesaria en función de la respuesta térmica del suelo y la

transmisión de calor a través del paramento excavado.

La resistencia de un suelo congelado está definida como en cualquier otro, por la cohesión y el ángulo de

rozamiento. Pero estos parámetros en este caso, varían en función de la temperatura y del tiempo con

leyes diferentes no sólo en función de la composición del suelo sino también de la duración de la carga

aplicada.

Ventajas y limitaciones

Las ventajas del tratamiento de congelación del terreno radica en la posibilidad de ahorro de tiempo y de

coste frente a problemas de presencia importante de agua en excavaciones bajo el nivel freático, además

de en la amplia variedad de suelos donde puede aplicarse. Como limitaciones destacan la alta

especialización que precisa su aplicación y su elevado coste, por lo que no es muy utilizado en España.

También hay que apuntar como inconvenientes que, en el caso de gravas, con cierta velocidad del agua

subálvea, la congelación se hace complicada y necesitaría alguna inyección complementaria. Tampoco es

despreciable el asiento producido tras la descongelación del suelo.

Soluciones para suelos colapsables

Prehumedecimiento

Significa que el suelo es humedecido antes de que la estructura sea construida, de tal manera que el

asentamiento debido al colapso sea pequeño o despreciable después de que la estructura se construya. El

agua puede introducirse cerca de la superficie por medio de estancamientos, trincheras o ambos. Los pozos

de infiltración pueden usarse para la aceleración de la distancia del agua hasta cierta profundidad y

controlar la zona con más presión. Esta técnica generalmente se emplea bajo el peso de sobrecarga

solamente, pero una sobrecarga puede ser usada y después retirada cuando ya se haya estabilizado la

precarga.

Métodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por compactación

Compactación dinámica

Este método es adecuado para compactar mantos de suelos

colapsables superficiales con espesores menores a 3,50

metros. El método consiste en dejar caer en caída libre desde

una altura de 4 a 8 metros, pilones de 3 a 8 Ton. sobre la

superficie del terreno, a razón de 10 a 16 impactos en cada

lugar (Abelev y Abelev, 1979). El impacto genera una rotura de

la estructura del suelo, un aumento de la presión de poros y

una compresión del aire presente en los poros, produciendo

un reacomodamiento de las partículas, dando como resultado una estructura más compacta. Según

Malyshev et al (1983) el contenido de humedad del suelo juega un papel importante, lográndose la máxima

eficiencia con un contenido de humedad cercano al Límite Plástico. Si el contenido de humedad es menor a

éste, es necesario humedecer el espesor de suelo de modo

de alcanzar una mejor eficacia. Varios son los factores que

controlan los resultados del método, así por ejemplo el

espesor compactado es función principalmente del peso y del

diámetro del pilón. En tanto el grado de compactación está

controlado por el número de impactos y la humedad del

suelo. El grado de compactación no es uniforme a lo largo de

todo el espesor compactado, lográndose la máxima

densificación a 1,2 a 1,5 veces el diámetro del pilón. Sin

embargo, se pueden obtener Pesos Unitarios secos superiores a 1,6 t/m3

en espesores de 2,5 a 3,5 m., lo

cual en la mayoría de los casos es suficiente para disminuir o anular la susceptibilidad al colapso del suelo.

Una variante a este método es realizar la compactación solamente en los lugares donde actúan las cargas y

no en toda el área de la construcción. Por ejemplo, en casos de fundaciones de muros de carga o fundación

de columnas, el mejoramiento del suelo se logra densificando la zona de influencia del bulbo de presiones,

o sea la zona donde los incrementos de presión pueden hacer colapsar el suelo.

Compactación por medio de pequeños pilotes piramidales

En cierta forma este método es una variante del método anterior. Consiste en hincar un pilote piramidal de

3 a 4 metros de longitud, con una sección transversal superior de 60 x 60 a 70 x 70 cm., y una sección

transversal inferior de 10 x 10 cm. Una vez retirado el pilote la cavidad se rellena con hormigón. Este tipo

de metodología da excelentes resultados en áreas en donde existe un espesor de suelos potencialmente

colapsables (no autocolapsables) de 3,0 o 4,0 m de profundidad, pero que colapsarán si están sometidos a

los incrementos de carga transmitidos por las construcciones. Una de las ventajas del método es la

completa mecanización de todas las operaciones. Una variante a este método consiste en realizar la hinca

sobre una capa de piedra partida, dando como resultado un bulbo de suelo compactado alrededor de la

capa de piedra, mejorando la capacidad de carga por la punta del pilote así construido.

Compactación por pilotes de suelo

Este es uno de los métodos más usuales para

compactar espesores importantes (18 a 20 m.) de

suelos loéssicos susceptibles al colapso. El

procedimiento consta de dos partes: primero se realiza

la perforación y segundo se llena la cavidad con suelo

compactado. La perforación se realiza usualmente

mediante la hinca de un pilote metálico con base

ensanchada (1,5 veces). En otra metodología de

reciente uso, la excavación se hace de la siguiente

forma: se perfora hasta la profundidad deseada un

hoyo de 8 cm. de diámetro dentro del cual se coloca

una columna de explosivos, que luego de estallar crea

una perforación de aproximadamente 0,80 m de

diámetro. Después de efectuada esta perforación

dinámica" la cavidad se rellena con suelo local, introducido en tongadas de 100 a 200 Kg, que luego son

compactadas dinámicamente por medio de un útil especial. Concluidas ambas etapas quedan formadas

columnas de suelo compactado con un diámetro aproximado igual a dos veces el de la perforación. El grado

de compactación va decreciendo a medida que se aleja del centro de la columna, por tal motivo es

importante conocer esta ley de decrecimiento para diseñar correctamente la cuadrícula de pilotes de suelo.

Al igual que en los otros métodos, la eficiencia del sistema aumenta en la medida que la humedad del suelo

natural y compactado se encuentre a una humedad cercana al Limite Plástico. Por tal motivo es usual que

previo a la perforación se realice una humectación del espesor de suelos a compactar. Las densidades

alcanzadas son del orden de 1,70 a 1,80 t/m3

, que son suficientes para evitar el colapso por peso propio y

permiten el use del espesor compactado como manto de fundación.

Compactación por explosiones de gas

Esta relativamente nueva metodología de compactar espesores de suelos colapsables consiste en

introducir, a través de una lanza de agua a presión, una cámara de compresión que contiene una mezcla de

gas propano y oxígeno, la cual se va elevando a medida que se producen una serie de explosiones de la

mezcla. De este modo se va generando una columna 1,20 1,40 m de suelo compactado (Densidad de 1,50

t/cm3

) (Martemyanov et al, 1979).

Compactación por humedecimiento (Hidrocompactación)

En este caso se utiliza la propia susceptibilidad del suelo a colapsar bajo peso propio. El método más

frecuente de realizar la humectación o saturación del terreno, es a través de infiltración del agua desde la

superficie del terreno, para lo cual se efectúan excavaciones poco profundas (0,40 a 0,80 m) o bien se

construyen grandes estanques. En muchos casos a efectos de acelerar el ingreso del agua al terreno se

construye dentro del estanque, drenes de arena convenientemente espaciados. Este sistema ha sido

empleado ampliamente en varias partes del mundo, por ejemplo en EE.UU. por Gibbs y Bara (1967) y

Clevenger (1956); en Rumania por Bally et al (1965,1969); en la URSS por Lomize (1968) y Mustafaef (1967);

en China por Lin y Liang (1982); y en Argentina por Moll et al (1979). A pesar de su amplia utilización y su

bajo costo, el método presenta una serie de inconvenientes: aparición de grietas de tracción en el contorno

del área inundada; existencia de importantes deformaciones posteriores al colapso; necesidad de

recompactar los 4 ó 5 primeros metros utilizando otro tipo de metodología. La efectividad de este método

se mejora sustancialmente si al mismo se lo combina con otro método de compactación dinámica.

Compactación por humedecimiento previo y por explosiones profundas

Este método fue desarrollado en la Unión Soviética por Livinov (1976) en la década de los 60. El espesor de

suelos a compactar es previamente humedecido a través de un sistema de drenes (cuadrícula de 3 x 3 a 5 x

5 m). Las cargas explosivas (5 a 7 Kg.) son colocadas en el fondo de los mismos drenes o bien en tubos

metálicos colocados en perforaciones adicionales. La cuadrícula con las cargas es aproximadamente de 4 x

4 m. En este procedimiento no es necesaria la completa saturación del suelo, que por ejemplo necesita el

método anterior. Posterior al humedecimiento se hacen estallar las cargas de toda un área (2.000 a 50.000

m2

). La explosión genera una onda de choque que hace licuar la estructura del suelo, lo cual permite un

reacomodamiento de las partículas y un crecimiento de la densidad del suelo. En ciertos casos es

aconsejable la construcción de trincheras alrededor de la zona a compactar a efectos de evitar la

propagación de grietas fuera de ella. La explosión produce un importante a inmediato asentamiento de la

superficie del terreno. Los asentamientos en general se estabilizan al cabo de 3 ó 4 semanas. Este tipo de

método es aconsejable cuando se desea compactar grandes volúmenes de suelo, particularmente en

grandes complejos industriales o bien en obras hidroeléctricas.

Métodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por modificación de su granulometría

En este apartado se incluyen aquellos métodos de estabilización consistentes en la mezcla y posterior

compactación de suelo colapsable con otros materiales (arena, gravas) a efectos de conseguir mayor

resistencia y mayor rigidez. Este tipo de estabilización es de amplio use en la ingeniería vial, en la

construcción de bases y de sub-bases.

Métodos de mejoramiento de las propiedades del suelo por la creación de nuevos contactos

cohesivos

Inyecciones de agentes químicos

Las investigaciones y las realizaciones en este tipo de estabilizaciones se han desarrollado principalmente

en la Unión Soviética. Según Mitchell (1981) la razón principal por la cual estos métodos no se han

extendido universalmente se debe principalmente a los altos costos, frente a otros tipos de

estabilizaciones. Sin embargo, Esvtatiev (1988) da cuenta de la existencia, en la URSS, de más de 800

proyectos en donde se han utilizado satisfactoriamente p. ej. el método de silicatización). Esto ha permitido

un continuo mejoramiento de la tecnología, una reducción de los costos y una abundante normativa en la

regulación de su uso. El agente químico más utilizado, por su bajo costo frente a otros agentes químicos, es

el Silicato de Sodio. El método consiste en inyectar en todo el espesor de suelo a tratar, una solución de

silicato de sodio diámetro con perforaciones de 3 mm protegidas por un manguito de goma. La inyección se

realiza a una presión de 2,0 a 4,0 Kg/cm2 y una descarga de 48 litros por minuto (Zvyagin et al, 1978). La

silicatización del suelo es sólo posible en un medio fuertemente alcalino. Según Sokolovic (1973) se logra

una mejor eficiencia mediante una pre y post gasificación con carbonato de calcio. Luego de la inyección,

tres son los cambios que se observan en el suelo: un aumento significativo de la resistencia a la compresión

(superior a 20 Kg/cm2

), una eliminación de la susceptibilidad al colapso y una disminución de la

permeabilidad. Otro de los tratamientos con agentes químicos es la inyección de amoníaco. La mejora en el

suelo es inferior al tratamiento por silicatización, además presenta la desventaja de ser un elemento tóxico

y su utilización requiere medidas especiales de protección (Sokolovic, 1973).

Estas técnicas se proyectan para aplicar cementación y resistencia a los suelos colapsables de tal forma que

se reduzca el colapso si se presenta un humedecimiento posterior, por supuesto, algo de humedecimiento

ocurre en el proceso mismo del inyectado del agente cementante. La extensión a la cual este

prehumedecimiento es efectivo en reducir asentamientos futuros depende de la minuciosidad con que se

llevó a cabo el humedecimiento y del porcentaje de esfuerzo total debido a la sobrecarga. La inyección de

una solución de silicato de sodio ha sido usada extensivamente en la antes Unión Soviética y en Bulgaria.

Esta técnica se usa tanto para suelos colapsables secos, como para suelos húmedos, que se espera se

compriman bajo el preso de estructuras que se colocarán sobre ellos. Aunque parece que han sido

principalmente los suelos que han sido humedecidos, los que mejor responden a esta técnica, han sido

también usadas como una medida de remedio cuando un humedecimiento parcial ha causado algo de

daño.

Esta técnica consta de las siguientes fases:

Inyección de dióxido de carbono para remover parcialmente el contenido de agua presente, y también para

lograr una activación parcial del suelo.

Inyección de una lechada de silicato de sodio.

Inyección de dióxido de carbono para neutralizar el álcali.

Se logra con esto una modificación del equilibrio químico y la formación de un gel de sílice ácido. Un

resultado característico de la reacción, es el rápido endurecimiento del gel que envuelve a las partículas de

suelo en la forma de una película y logra cementarlos, convirtiendo así al suelo en una masa monolítica

dura que tiene una permeabilidad relativamente baja. La inyección de amonio ha sido también usada en los

suelos húmedos; sin embargo, el efecto de estabilización es mucho menor al efecto causado por el silicato

de sodio, además el uso de amonia es peligroso.

Estabilización térmica

Esta técnica comenzó a desarroIlarse en la URSS en la década de los años 50, y ha sido utilizada

exitosamente en un importante número de emprendimientos. Según Esvtatiev (1988) la aplicación de este

método es técnica y económicamente aconsejable en los siguientes casos: a) en la estabilización de

fundaciones existentes de estructuras altas como chimeneas, tanques de agua; b) en la paralización de los

asentamientos en construcciones existentes, provocados por el colapso del suelo. Las propiedades de los

minerales arcillosos cambian cuando éstos son sometidos a altas temperaturas, lo cual genera un aumento

importante de la resistencia y por ende la eliminación de la susceptibilidad al colapso del suelo. La

tecnología ha ido variando y mejorando su eficiencia a lo largo de estas décadas. No obstante la variedad

de métodos, casi todos ellos consisten en la introducción de un quemador de fuel o gas dentro de un pre

pozo de 0,20 metros de diámetro, con una presión de aire de 2,0 a 3,0 Kg/cm2

. De esta forma al cabo de 10

a 15 días se consigue una columna estabilizada de suelo de 2,0 a 3,0 metros y una profundidad de 10 a 15

metros (Beles y Stanculescu, 1958).

Estabilización mediante mezclado mecánico con agentes cementantes

El objetivo de este tipo de estabilización es la creación de columnas o pilotes de suelo con alta resistencia y

rigidez, que permitan la transferencia de las cargas a mantos más profundos y estables. Varios son los

métodos constructivos que pueden agruparse dentro de este grupo. Los subdividiremos en los siguientes

subgrupos, dependiendo del lugar en donde se realiza la mezcla del suelo con el agente cementante.

1. La mezcla del suelo y el agente cementante se realiza en superficie. En este caso la excavación se puede

realizar bien utilizando la técnica constructiva empleada en los pilotes de suelo (hinca), o bien usar técnicas

usuales de perforación. La mezcla del suelo con el agente cementante (preferentemente Cemento

Portland) puede ser fluida (suelo cemento plástico) a introducirse dentro de la excavación en forma de

pastones; o bien mezclar el suelo y el cemento con porcentaje de humedad óptimo a introducirlos en la

perforación en tongadas (100 a 200 Kg) las cuales posteriormente son compactadas dentro de la misma

excavación. Por lo tanto existen cuatro variantes según sea el tipo de excavación y el tipo de mezcla.

2. La mezcla del suelo y el cemento se realiza en el mismo proceso de perforación. En este caso la mezcla

del agente cementante se realiza con el propio suelo. La mezcla puede realizarse mediante útiles especiales

que van mezclando el suelo con una lechada de cemento o bien usar la técnica del jet grouting mediante un

chorro de lechada a alta presión.

Métodos de mejoramiento por medio del reemplazo del suelo colapsable por suelo no

colapsable

Este tipo de estabilización se realiza principalmente en terrenos con suelos potencialmente colapsables, en

los cuales la presencia de cargas adicionales en superficie puede generar asentamientos adicionales ante un

incremento de la humedad del suelo. Así, una parte del suelo colapsable superficial, ubicado directamente

debajo de las fundaciones, es excavado, extraído y reemplazado por otro material más competente. Los

materiales generalmente utilizados son los siguientes: el mismo suelo extraído, compactado y

eventualmente estabilizado granulométricamente; arena compactada o suelo cemento compactado. La

elección del tipo de material está condicionada generalmente por variables técnico económicas. Los

espesores de estos mantos son variables (1 a 4 m) dependiendo del tipo de cargas y de las características

del proyecto. Por ejemplo en algunos proyectos, los condicionantes pueden ser los asentamientos

diferenciales (edificios), en cambio en otros (canales), no sólo importa disminuir la probabilidad que se

produzca el colapso, sino también lograr una capa de suelo más impermeable. Este tipo de metodología ha

sido utilizada con éxito en numerosos países y en innumerables tipos de obras. También es frecuente el

empleo de esta metodología en forma conjunta con otro tipo de estabilización profunda, cuando se

presentan mantos de suelos colapsables profundos y con espesores muy dispares.

Medidas conducentes a evitar la iniciación del colapso

Arriba, se señalaron los tipos de humedecimientos, que según Goldstein (1969), pueden presentarse en una

masa de suelo:

a) humedecimiento localizado por rotura de conducciones hidráulicas o infiltraciones de aguas de lluvia;

b) humedecimiento extenso causado por roturas de canales o efluentes industriales;

c) ascenso del nivel freático;

d) aumento gradual y lento del contenido de humedad, por condensación del vapor de agua, provocados

por condiciones ambientales.

Muchos de estos tipos de humedecimientos pueden ser prevenidos, principalmente los primeros, pues en

general éstos son debidos a fallas o roturas de las instalaciones de la misma construcción. En cambio los

otros tipos de humedecimientos están condicionados por factores externos al proyecto, como por ejemplo

puede ser el ascenso del nivel freático o la rotura de un canal cercano y ajeno al proyecto. La acción del

proyectista debe estar encaminada principalmente a impedir, dentro de los límites del proyecto, la

generación de estos humedecimientos provocados por elementos de la propia construcción. Robinson y

Narkiewicz (1982) sugieren las siguientes medidas de protección contra el humedecimiento de edificios:

a) Pendientes adecuadas en la superficie del terreno que rodea a la construcción, de modo que no se

produzcan embalsamientos de agua en las cercanías de las fundaciones y que cualquier pérdida de agua

pueda ser eliminada con rapidez.

b) Canalización de todos los desagües de techos y patios hacia el exterior de la construcción.

c) Instalación de membranas impermeables o pavimentación de la superase que rodea a la construcción, de

modo de limitar la infiltración de agua en el suelo adyacente a las construcciones.

d) Encerrar las conducciones de agua o efluentes cloacales dentro de conductos de fácil acceso, a efectos

de detectar posibles pérdidas.

Algunas de estas medidas requieren una serie de medidas de control y mantenimiento durante la vida útil

de la obra, de manera que periódicamente se realicen inspecciones a las instalaciones y puedan detectarse

pérdidas o daños en las mismas. También es aconsejable que los propietarios de la obra conozcan

perfectamente los riegos a que está expuesta la misma, de modo que su actividad y/o descuidos no inicie

procesos de humedecimiento del terreno.

Las medidas de protección, en otros tipos de obras civiles (canales o caminos), tienen la misma filosofía, es

decir, elementos de protección que impidan o dificulten la entrada del agua en el terreno de fundación. Así

por ejemplo, en las obras lineales se debe prestar una especial atención al diseño del sistema de

alcantarillado y de desagües. En algunos casos, estas obras suelen seguir parcialmente las curvas de nivel

del terreno, convirtiéndose en verdaderas presas que impiden el natural escurrimiento de las aguas,

provocando la acumulación de agua en su entorno, lo que genera un humedecimiento generalizado del

terreno de fundación con los consecuentes daños en la obra.

Es frecuente que en ciertos tipos de obras, como viviendas unifamiliares de una planta o incluso caminos y

canales, las únicas medidas a adoptar sean las presentadas en este apartado, ya que la utilización de

técnicas de mejoramiento o fundaciones profundas resultan prohibitivas. En realidad la mayoría de las

obras aludidas se construyen admitiendo el riesgo de un posible colapso del terreno. El buen

comportamiento que han tenido la mayoría de ellas se debe fundamentalmente a que no se ha producido

ningún tipo de humedecimiento. En contraste, los daños son serios en aquellas obras que los han sufrido.

Por todo ello, es un deber de los investigadores a ingenieros buscar nuevas soluciones económicas que

permitan disminuir los riesgos, y por ende los daños en este tipo de obras. Uno de los caminos en tal

sentido, es el estudio de estructuras que absorban o minimicen los posibles asentamientos diferenciales

provocados por el humedecimiento localizado del suelo sin un aumento excesivo de los costos.

Estructuras y/o fundaciones que admiten y resisten los fenómenos provocados por el colapso

El análisis de este apartado se centrará principalmente en el estudio de las fundaciones superficiales en

suelos potencialmente colapsables, ya que el otro gran grupo de soluciones: fundaciones profundas

mediante pilotes, será objeto de un examen detallado en los apartados siguientes.

La lista de estructuras que se asientan directamente sobre mantos de suelos potencialmente colapsables es

amplia, entre ellas pueden señalarse: viviendas unifamiliares, construcciones transitorias, galpones, ductos

enterrados, canales, caminos, etc.

Las fundaciones directas sobre suelos colapsables pueden ser divididas en dos grupos:

a) Fundaciones rígidas, utilizadas principalmente en estructuras livianas y con cargas puntuales, por

ejemplo, torres de líneas de alta tensión, columnas de naves industriales o depósitos. En general, este tipo

de estructuras tienen algunos rasgos comunes, como son por ejemplo: cargas verticales bajas, cargas

horizontales importantes, y en general suelen aceptar asentamientos admisibles mayores.

b) Fundaciones de baja rigidez longitudinal, en este caso se trata de estructuras con cargas lineales (muros

de carga, canales, etc.) con baja rigidez en el sentido de las cargas. Este tipo de estructuras son sensibles a

humedecimientos localizados del terreno que generan asientos diferenciales importantes. En general, las

medidas que suelen tomarse para disminuir los efectos de los asientos diferenciales son las siguientes:

diseño de elementos que rigidicen la estructura (Clemence Y Finbarr, 1981), y el diseño de elementos

constructivos que eviten la introducción del agua en el terreno, señalados anteriormente.

Vibroflotación

El uso de Vibroflotación para suelos colapsables es esencialmente el mismo que se emplea para suelos

arenosos sueltos, una sonda vibratoria es hincada a chorros en el lugar y después se introduce grava o

arena a lo largo del sitio. Se logra a través de prehumedecimiento, así como el reforzamiento y rigidez

debido a las columnas de roca que se forman.

Voladuras profundas combinadas con prehumedecimiento

El suelo colapsable es prehumedecido a un grado de saturación del orden del 80% o más, luego una

voladura profunda sencilla se emplea para romper la estructura del suelo, de tal manera que se densifique

completamente bajo su propio peso.

Otra forma difiere en que la perforación se usa para formar una zona compactada (alrededor de la

perforación) por medio de la acción de un conjunto de cargas de voladuras simultáneas, las cavidades

formadas son primeramente rellenadas con agua, después arena y grava.

Humedecimiento controlado

Difiere a la de prehumedecimiento en que es ejecutada con la estructura en el lugar. El humedecimiento

Debe ser cuidadosa y progresivamente con un monitoreo concurrente de la posición de la estructura para

asegurar que los movimientos diferenciales permanezcan dentro de los límites tolerables, als cantidades de

agua deben ser aproximadamente medidas y agregadas en incrementos. El humedecimiento deberá ser

hecho antes de que las conexiones estructurales sensitivas fueran instaladas y también antes de que los

componentes, tales como vidrios de ventana, mosaicos y azulejos sean colocados. Idealmente la primera

etapa del humedecimiento sería completada antes de que la estructura fuera construida, esta técnica

podría también ser usada como una medida de remedio o arreglo para renivelar la estructura que ha

experimentado humedecimiento diferencial y su consecuente asentamiento diferencial.

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