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Técnicas de densificación

Los métodos de densificación o compactación implican la reorganización de las partículas del suelo en una configuración más apretada, lo que resulta en un aumento de la densidad. Esto aumenta la resistencia al cizallamiento y a la licuefacción del suelo.

La densificación tiene la ventaja de que el grado de tratamiento puede verificarse fácilmente, y si se desencadena la licuefacción, los desplazamientos casi siempre se reducen.

Sin embargo, las técnicas de densificación suelen producir altos niveles de ruido y vibración, la extensión lateral de la mejora debe ser más amplia que en el caso de las técnicas de solidificación o refuerzo y puede llevar varias semanas verificar el tratamiento. Con la excepción de la lechada de compactación y la inyección de resina, las técnicas de densificación tampoco suelen ser adecuadas para tratar el suelo por debajo de las estructuras existentes.

No obstante, la densificación de los depósitos sueltos y arenosos con vibración o compactación por impacto se ha utilizado ampliamente, convirtiéndose en una de las contramedidas de licuefacción más populares.

Compactación dinámica

La compactación dinámica consiste en dejar caer repetidamente un gran peso (normalmente de 5 a 20 toneladas) sobre la superficie del terreno para aumentar la densidad del suelo directamente por debajo del punto de impacto.

A medida que el suelo se compacta, se forman grandes cráteres de impacto en la superficie, que deben rellenarse y volverse a compactar repetidamente hasta que el suelo alcance la resistencia deseada.

La altura de caída, el peso y el espaciado varían en función de las condiciones del suelo y de las aguas subterráneas.

La compactación dinámica se ha utilizado ampliamente en proyectos en Nueva Zelanda, y puede proporcionar un excelente grado de mejora del suelo. Se sabe que es rápida y económica, especialmente en el tratamiento de grandes áreas. Sin embargo, el alto nivel de vibración que se genera durante el procedimiento significa que puede no ser adecuado para zonas sensibles a las vibraciones o lugares cercanos a estructuras de gran valor.

Compactación de impacto rápido

La compactación de impacto rápido es una versión a menor escala de la compactación dinámica. Utiliza un martillo perforador unido a una gran placa final de acero instalada en el brazo de una excavadora. La placa final se clava en el suelo con un martilleo rápido.

Esto aumenta la densidad del suelo mediante la compactación de las capas superficiales a medida que se martillea la placa y mediante la vibrocompactación de los suelos inferiores.

La compactación de impacto rápido puede mejorar la densidad del suelo hasta varios metros y es especialmente adecuada para suelos arenosos en zonas donde hay una distancia adecuada con respecto a los edificios vecinos.

La compactación de impacto rápido funciona mediante la vibración de la matriz de partículas del suelo para aumentar su densidad.

La vibrocompactación

La vibrocompactación implica la inserción de una sonda ponderada (o vibroflot) en el suelo para aplicar vibraciones horizontales.

Una vez insertada hasta la profundidad más baja del suelo a compactar, la sonda se activa y se retrae y baja repetidamente entre las profundidades objetivo superior e inferior, se retrae a una velocidad establecida o se retrae en incrementos establecidos.

El proceso suele repetirse varias veces en una cuadrícula cuadrada o triangular, dependiendo del tamaño del lugar a compactar.

A veces se utiliza agua, chorros de aire o excavación para ayudar a la sonda a alcanzar su profundidad objetivo. A medida que el suelo se compacta, se crea un vacío alrededor de la sonda y hay que añadir material al agujero para compensarlo.

Las profundidades típicas de tratamiento oscilan entre 5 y 15 m, pero la vibrocompactación se ha llevado a cabo hasta profundidades de 35 m.

Columnas de piedra

Esta técnica consiste en insertar columnas verticales de relleno granular compactado en el suelo en una cuadrícula triangular o cuadrada a lo largo del emplazamiento. El proceso no utiliza la excavación. En su lugar, se basa en una técnica de inyección por desplazamiento, que densifica el suelo circundante.

El relleno se compacta entonces utilizando una de las otras técnicas de densificación (a menudo la vibrocompactación), aumentando aún más la densidad del suelo circundante.

Las columnas de piedra son más eficaces en el tratamiento de arenas con menos del 20% de finos, pero pueden tratar eficazmente sitios con arenas limosas y limos arenosos.

Las columnas de piedra suelen tener una separación de 1,5-4,0 m y pueden densificar el suelo hasta una profundidad de 4-15 m, pero se han tratado suelos de hasta 30 m con este método.

Las columnas de piedra pueden dispersar los contaminantes del suelo o de las aguas subterráneas durante la construcción y mientras están en servicio. Deben utilizarse técnicas alternativas si existe un riesgo de contaminación en el emplazamiento o en sus proximidades.

Los pilotes de compactación

El pilotaje de compactación consiste en la instalación de pilotes permanentes hincados para densificar el suelo mediante el desplazamiento y la vibración.

Los pilotes suelen ser de hormigón pretensado o de madera y se disponen en una retícula cuadrada o triangular separada por tres o cuatro diámetros de pilotes en el emplazamiento. Pueden hincarse a profundidades de hasta 16 m.

Hasta cierto punto, los pilotes también pueden reducir las tensiones de cizallamiento en el suelo entre los pilotes, mejorando la resistencia a la licuefacción. Esto puede ser una ventaja útil cuando no resulta práctico mejorar el suelo sólo mediante la densificación.

La lechada de compactación

La lechada de compactación consiste en inyectar una lechada muy rígida en el suelo a alta presión. La lechada no se mezcla con el suelo. El proceso de inyección hace que se expanda en una serie de bulbos escalonados, que empujan y desplazan el suelo circundante para aumentar la densidad adyacente.

Típicamente, la lechada consiste en una mezcla de suelo-cemento-agua, aunque la resistencia de la lechada no es importante, ya que la técnica densifica en lugar de reforzar el suelo.

Dado que utiliza equipos de pequeña escala, maniobrables y sin vibraciones, la lechada de compactación es especialmente adecuada para su uso debajo de estructuras existentes y en combinación con aplicaciones de renivelación de edificios.

Sin embargo, esta técnica puede provocar un levantamiento del terreno en los suelos superficiales que carecen de la suficiente contención para limitar la expansión de la lechada.

Inyección de resina

La inyección de resina es similar a la lechada de compactación, pero utiliza una resina de poliuretano de expansión agresiva en lugar de la lechada.

Se introducen tubos de inyección en el terreno a intervalos regulares en la obra, y se bombean volúmenes controlados de una mezcla de resina en el suelo. La mezcla de resina reacciona químicamente poco después de la inyección, pasando de un estado fluido a uno sólido y expandiéndose rápidamente hasta varias veces su volumen original. Esta expansión da lugar a la densificación de los suelos adyacentes.

En una instalación típica, el tubo de inyección se retrae en etapas con volúmenes fijos de resina inyectados en cada etapa o se retira lentamente a un ritmo uniforme mientras se inyecta un volumen fijo de resina a lo largo del camino.

Los mejores resultados se obtienen en arenas limpias, pero también se pueden conseguir buenos resultados en arenas limosas.

Aunque es aplicable a lugares despejados, la inyección de resina es especialmente adecuada para su uso bajo estructuras existentes.