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Jet grouting.



El jet grouting o “inyección de alta presión” es una técnica que consiste en la inyección de una lechada de cemento a alta presión que tritura el terreno y se mezcla con él, creando columnas de terreno-cemento.

 

Se utiliza en:
   · Recalce de cimientos.
   · Ejecución de cimientos profundos.
   · Mejoras de terrenos
   · Impermeabilizaciones.
   · Ejecución de pantallas, etc.

El origen de esta técnica hay que buscarlo en los sistemas convencionales de inyecciones de cemento o químicas, que se basan en la creación de una estructura multicapa en terrenos de tipo granular, rellenando las zonas más flojas mediante la mezcla inyectada.
Con respecto a los sistemas de vibroflotación o vibrosustitución, el jet grouting presenta una primera ventaja que es la posibilidad de aplicación no sólo en los terrenos de naturaleza granular (arenas y gravas) sino también cohesivos (limos y arcillas). Otra ventaja, de carácter ecológico, es que permite la inyección del terreno con el empleo exclusivo de mezclas de cemento, sin introducción de aditivos o composiciones químicas que pueden afectar al medio ambiente.




  • Ejecución.

Los medios y maquinaria para la ejecución son:
   · Equipo de perforación de pequeño diámetro (similar a los sondeos geotécnicos).
   · Sistema de varillaje preparado para altas presiones.
   · Toberas de inyección. En los sistemas múltiples: tobera superior con agua o aire-agua para  
     romper  el terreno y tobera inferior para inyectar la lechada de cemento.
   · Planta de preparación de lechada de bentonita.
   · Sistema de impulsión a alta presión que recibe y transporta la lechada al punto de perforación e  
     inyección.

El proceso de ejecución presenta dos fases principales:

Fase 1. Perforación mediante equipos convencionales de pequeño diámetro hasta alcanzar la profundidad deseada.

Fase 2. Extracción con inyección simultánea. Inyección ascendente de lechada de cemento o cemento-bentonita. El varillaje gira a medida que se produce el ascenso. La mezcla, a presión muy alta, sale a gran velocidad, con lo que consigue romper y desplazar el terreno circundante. Se mezcla con él y crea un terreno-cemento de mucha más resistencia que el terreno inicial. 



Los efectos sobre el terreno y las características del jet grouting son las siguientes:
 ·   Se produce una mejora del terreno natural entre columnas, debido a la compactación provocada por la expansión del terreno en los alrededores del taladro como consecuencia de la inyección de mezcla y de la lata presión.
 ·   No altera las presiones intersticiales del terreno fuera de las columnas tratadas.
 ·   No afecta a las condiciones de estabilidad de las estructuras existentes.
 ·   Tiene una gran versatilidad, lo que permite soluciones de pilotaje, muro-pantalla o anclajes de arriostramiento, sin dañar a estructuras próximas. Puede llevarse a cabo prácticamente en cualquier tipo de terreno y a través de obstáculos artificiales (galerías, cimientos, forjados, etc.)
 ·   La capacidad portante del terreno tratado debe considerarse como una suma de las columnas tratadas y del terreno natural mejorado situado entre ellas.


  • Aplicaciones.

Por sus características esta técnica se adapta a numerosas aplicaciones constructivas dentro del campo de cimientos especiales:
     1. Cimientos nuevos de estructuras en terrenos de baja capacidad portante bajo la influencia del nivel freático: aparcamientos subterráneos, pilas de puentes, protección contra la socavación.
     2. Excavaciones en zonas urbanas edificadas y con bajo nivel freático: pasos inferiores, vaciados para creación.
     3. Revestimientos de excavaciones subterráneas: túneles profundos, túneles con escaso recubrimiento.
     4. Recalces de edificios con cimientos deficientes o en los que se producen modificaciones en su forma de trabajo: recalces para la realización de excavaciones adyacentes al edificio, refuerzo por fallo de cimiento, creación de nuevos cimientos de edificios.
     5. Creación de barreras resistentes e impermeabilizantes.


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Vibroflotación y vibrosustitución.



Estos métodos consisten en la densificación de los terrenos flojos mediante vibración para conseguir:
   · Aumentar la capacidad portante de las zonas débiles del terreno.
   · Reducir los asientos producidos por cargas verticales.

Se puede distinguir entre:
   · Vibroflotación.
   · Vibrosustitución o columnas de grava.

La vibroflotación es de aplicación en suelos de naturaleza granular, en los cuales se compensa la pérdida de volumen mediante la aportación de material externo, que en muchas ocasiones puede ser el mismo que constituye el terreno que tiene que ser mejorado. Además de aumentar la capacidad portante del terreno aumenta la resistencia del mismo a la licuefacción.



El método de vibrosustitución, también denominado de “columnas de grava”, es aplicable en terrenos de naturaleza cohesiva, donde es necesaria la aportación de grava de determinadas características para densificar y rigidizar el terreno. De este modo, además de aumentar la capacidad portante del terreno se incrementa su permeabilidad.



En los dos procedimientos se debe conseguir la compactación máxima, tanto para el terreno natural como del material aportado.


  • Vibroflotación.

El proceso consta de las siguientes fases:

1. Introducción del vibrador en el terreno, gracias a su peso propio y a la ayuda de la inyección de agua por la punta. Se provoca un estado de licuefacción local en el terreno que facilita la penetración hasta la profundidad requerida.

2. Una vez alcanzada la profundidad deseada, se corta la inyección de agua en punta y se inicia la compactación o consolidación forzada del suelo lateral por aplicación de la vibración. Simultáneamente se procede al aporte de arena o grava para compensar la disminución de volumen.

3. Conforme se consigue la consolidación del terreno, se va elevando el vibrador, repitiendo el proceso de compactación por tongadas de 30 a 60 cm de espesor. Así hasta alcanzar la superficie del terreno, con lo que se consigue un elemento de forma sensiblemente cilíndrica con mayor o menor material de aportación y un terreno lateral con una densidad mayor que la inicial.

La mejora de la zona deseada se consigue aplicando a toda la superficie a tratar este proceso puntual mediante una malla, normalmente triangular, con distancias de 1 a 3 m entre los puntos de tratamiento consiguiendo una efectividad, en términos de densidad relativa, entre un 70 y un 80%.




  • Vibrosustitución. Columnas de grava.

En este sistema también se actúa mediante mallas, generalmente triangulares, con separaciones entre 1 y 3,5 m. El diámetro de la columna compactada varía entre 0,6 y 0,8 m.

En los suelos de naturaleza cohesiva se consigue un aumento de resistencia mediante la aplicación de vibradores con un procedimiento similar al de la vibroflotación, introduciendo el vibrador en el terreno con el aporte simultáneo de grava que es mezclada con el terreno tratado.

Así se consiguen dos efectos: bien el desplazamiento lateral del terreno con inclusión de grava y la correspondiente densificación, o bien la sustitución del suelo por grava que supone la creación de unos drenes verticales que aumentan la permeabilidad del terreno adyacente, produciéndose el drenaje del mismo y el consiguiente aumento de resistencia.





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Precarga.



El método de la precarga consiste en someter al terreno a una presión aplicada a la superficie antes de colocar la carga estructural, con la finalidad de aumentar la densidad del mismo, disminuir los asientos que puedan originar posteriormente las construcciones y, en consecuencia, aumentar la capacidad portante.


 
La aplicación de la precarga suele realizarse mediante rellenos de tierra o mediante la colocación de tanques de agua sobre la superficie. 

Estos sistemas se suelen utilizar para acelerar la consolidación de los terrenos cohesivos blandos, aunque también se aplican para la mejora de rellenos, limos orgánicos e inorgánicos, turbas, etc.

Se requiere un conocimiento minucioso del terreno que se va a consolidar para poder predecir la magnitud de los asientos y el tiempo de consolidación.

Para ejecutar este método de compactación se extiende sobre el terreno que se desea compactar una carga que tiene un valor de una a dos veces el de las cargas que transmitirá al terreno la estructura que se pretenda construir. La consolidación debe de hacerse por zonas, utilizando las tierras existentes, que son transportadas de uno a otro sitio, o en su caso, trasladando los tanques de agua.
Lo que se pretende es conseguir, con la carga permanente más la sobrecarga, es el asiento final que produciría la carga permanente pero en mucho menos tiempo.



El método de precarga puede ser la solución más viable cuando el terreno tiene una capacidad portante insuficiente y las cargas de las futuras construcciones son ligeras y uniformes, presentando los siguientes inconvenientes:

  · Excesivo plazo de ejecución ya que el tiempo de consolidación puede ser de varios meses o años.
  · Este tiempo se suele reducir mediante el uso de drenes, aunque los mismos encarecen el coste.
  · Coste elevado respecto a otras soluciones.
  · Necesidad de utilizar instrumentos y ensayos de control para proyectar correctamente la precarga   
    y  prever el tiempo de aplicación. Hay que instalar una gran cantidad de piezómetros y hacer un 
    reconocimiento muy completo del terreno.
  · El tratamiento afecta a instalación estructuras próximas, pudiendo originar asientos inadmisibles 
    en  sus cimientos. En el caso de pilotes origina esfuerzos laterales y/o rozamiento negativo.
  · La velocidad de los asientos aumenta notablemente con drenes verticales que pueden ser de arena.





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