inyeccion y mejoramiento de suelos

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INGENIERIA CIVILPROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS II

“INYECCIÓN Y MEJORAMIENTO DE

SUELOS”

PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS II

GRUPO “A”

Universidad de Huánuco

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JUNIO 2014


DEDICATORIA:

Dedicamos este trabajo a Dios

que nos ayuda e ilumina cada

día; a nuestros Padres por estar

allí cuando más lo necesitamos

las cuales nos ayudan con su

apoyo incondicional a ampliar

nuestros conocimientos y a

estar más cerca de nuestras

metas profesionales.

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INTRODUCCIÓN

Es común enfrentar el problema de importantes asentamientos en estructuras o terraplenes

de obras viales o industriales que se fundan sobre suelos cohesivos blandos y muy blandos

(arcillas y limos saturados).

En dichos casos, el proceso de asentamiento puede durar años, la cual naturalmente

complica o impide la terminación completa de las obras asociadas en plazos razonables.

Antiguamente se utilizaban como soluciones a esta problemática geotécnica básicamente

dos alternativas: el cambio de suelos o los drenes (o pilotes) de arena. Mientras la primera

solución está limitada por la magnitud del volumen a cambiar, la segunda constituye un

método costoso y lento en grandes áreas.

En años recientes se han desarrollado varias técnicas para el mejoramiento de suelos para

fines de construcción de explanaciones viales, cimentaciones de edificios, túneles, etc., las

que seguidamente se enumeran y estudian de manera general:

1. Compactación profunda mediante Vibro Flotación y Vibro Sustitución de Suelos

(columnas de grava)

2. Las Inyecciones a los Suelos (Jet-Grouting. e Inyecciones de Compensación.)

3. Sistema de Pantallas.

4. Compactación Dinámica.

5. Sistema de drenaje vertical mediante Mechas Drenantes.

Las técnicas de mejoramiento de suelos consisten en modificar las características de un

suelo por una acción física (vibraciones por ejemplo) o por la inclusión en el suelo, de una

mezcla de un material más resistente, con el fin de:

- Aumentar la capacidad y/o la resistencia al corte y la respuesta esfuerzo-deformación.

- Disminuir los asentamientos, tanto absolutos como diferenciales, y acelerarlos cuando

sucedan.


http://www.monografias.com/Fisica/index.shtml

http://www.monografias.com/trabajos35/categoria-accion/categoria-accion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/elsu/elsu.shtml

http://www.monografias.com/trabajos34/cinematica-dinamica/cinematica-dinamica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml

http://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/soluciones/soluciones.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE

http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTRO

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- Disminuir o eliminar el riesgo de licuefacción en caso de terremoto o de vibraciones

importantes.

- Igualmente se busca que no sea susceptible al agrietamiento, mejorar su resistencia a la

erosión y, en casos específicos se procura disminuir su permeabilidad.

Los ámbitos de aplicación de las distintas técnicas dependen esencialmente de la naturaleza

y la granulometría de los terrenos que se desea mejorar.


http://www.monografias.com/trabajos36/naturaleza/naturaleza.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/mundi/mundi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/ripa/ripa.shtml

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INYECCIÓN Y MEJORAMIENTO DE SUELOS

LAS CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE UN TERRENO SON :

EN SU PARTE TOPOGRÁFICA:

Pendientes, desniveles con respecto a las vías de acceso, conexiones a las

Uniones domiciliarias de agua, alcantarillado.

Fortalezas y debilidades.

EN SU PARTE RESISTENCIA:

Resistencia media de trabajo, medida en varias calicatas dadas por el calculista.

Profundidad factible del sello de fundación.

Zonas de relleno y napas freáticas. Capacidad de eliminar aguas lluvias.

Permeabilidad.

EN SU EQUIPAMIENTO:

Agua potable, alcantarillado, luz, fuerza, vías de acceso, etc.

EL TIPO DE APOYO QUE SE DISEÑE DEPENDE DE:

A.- Características del suelo en términos de:

- Componentes

- Resistencia versus profundidad

- Aguas subterráneas

- Contracción

B.- Dimensión y tipo de estructura de la obra a construir en términos de:

- Forma de llegar al suelo


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- Magnitud de cargas

- Capacidad de absorber

CARACTERÍSTICAS DEL SUELO

Se denomina suelo a todo el espesor de la corteza que se encuentra afectado por la

actividad normal del hombre, hasta donde llega la erosión y que dicho espesor esté

compuesto por roca suelta.


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COMPOSICIÓN DE LOS SUELOS

PARTICULAS GRUESAS:

Granos de cuarzo que no han sufrido transformación química, son inertes y dan resistencia

a la compresión. Sus tamaños varían entre 0.02 y los 200 mm. Entre las arenas finas y los

bolones.

LIMO:


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Partículas muy finas, inertes, con un tamaño variable entre los 0.02 y los 0.002 mm.

Forman parte de los finos lavables.

ARCILLAS:

Corpúsculos menores de 0.002 mm. Son silicatos hidratados de Alúmina con impurezas.

Son aglomerantes, resistentes en estado seco que pierden cohesión al estar empapadas en

agua.

SULFATOS, SALES COLOIDES:

Determinan agresividad del suelo y estabilidad del mismo en el tiempo (sales solubles).


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AGUA:

Determina adherencia de los suelos y su característica de plasticidad. Suelos sólidos,

semisólidos, plásticos y líquidos.

CONTENIDOS ORGÁNICOS:

Indeseables para suelos de fundación dado que tienden a transformarse, produciendo

huecos y posterior asentamiento.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS SUELOS

FRICCIÓN INTERNA: Fuerza que impida el deslizamiento de un grano sobre

otro.

COHESIÓN: Por presencia de arcillas y sus propiedades de atracción molecular.

COMPRESIBILIDAD: Capacidad de disminuir volumen en presencia de fuerzas.

ELASTICIDAD: Capacidad de recuperar volumen original al desaparecer las

fuerzas.

CAPILARIDAD: Capacidad de absorber agua por huecos producidos por

acomodación de granos.

TEXTURA: Según tipo y característica de los componentes.


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CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS

CLASIFICACIÓN POR COMPOSICIÓN

CLASIFICACION POR GRANULOMETRIA

CLASIFICACIÓN SEGÚN RESISTENCIA DEL SUELO


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CLASIFICACIÓN POR COMPOSICIÓN:

El criterio unificado (U.S.C.S.) indica:

G: Grava

C: Arcilla

S: Arena

O: Orgánico

M: Limo

Pt: Turba o tierra de hoja

CLASIFICACION POR GRANULOMETRIA

ARCILLA 0.002 mm.

LIMO 0.002 a 0.02 mm.

ARENA FINA 0.02 a 0.2 mm.

ARENA GRUESA 0.2 a 2.0 mm.

GRAVILLA 2.0 a 20 mm.

GRAVA 20 a 70 mm.

BLOQUES (BOLONES) 70 a 200mm.


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CLASIFICACIÓN SEGÚN RESISTENCIA DEL SUELO:

ROCA DURA O PRIMITIVA 20 a 25 kg/cm2

ROCA BLANDA (TOBA, ARENÍSTICA, CALIZA) 8 a 10 kg/cm2

TOSCA ó ARENÍSTICA ARCILLOSA 5 a 8 kg/cm2

GRAVA CONGLOMERADA DURA 5 a 7 kg/cm2

GRAVA SUELTA ó POCO CONGLOMERADA 3 a 4 kg/cm2

ARENA DE GRANO GRUESO 1.5 a 2 kg/cm2

ARCILLA COMPACTADA ó ARCILLA CON ARENA SECA 1 a 1.5 kg/cm2


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ARENA DE GRANO FINO 0.5 a 1.0 kg/cm2

ARCILLA HÚMEDA 0.5 kg/cm2

FANGO ó ARCILLA EMPAPADA 0.0 kg/cm2

PROSPECCIÓN DE SUELOS

A través de la ejecución de:

CALICATAS: permiten hacer un perfil estratigráfico.

SONDEOS : con extracción de muestras.

PENETRACIÓN : con penetró metro

La prospección pretende obtener información sobre:

Resistencia del terreno.

Contracción o Asiento.

Existencia de aguas subterráneas.

Determinación de componentes.


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SISTEMAS DE INYECCIÓN

Las inyecciones genéricamente consisten en un conjunto de operaciones necesarias para

rellenar hueco o fisuras no accesibles en el terreno. Su objetivo fundamental es mejorar las

características mecánicas del suelo (incremento de resistencia, disminución de la

deformabilidad, etc.) así como la disminución de la permeabilidad. Las finalidades de los

tratamientos de inyección pueden ser la mejora de las características resistentes del terreno,

reducir su permeabilidad, colmatar los huecos del terreno y el sellado con estructuras.

Inyecciones de suelos

Inyecciones de consolidación y/o impermeabilización de suelos y rocas

La inyecciones de suelo o roca se hacen necesarias cuando el terreno presenta poca

consolidación, o bien si es una roca muy fracturada y/o se busca impermeabilizarlo. Con esto


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se logra consolidarlo, estabilizarlo y/o hacerlo más impermeable al traspaso de líquidos que se

desean contener.

Estas inyecciones de suelo son ejecutadas generalmente con lechadas de cemento-bentonita

y/o incluyendo también aditivos tales como plastificantes y/o acelerantes de fraguado.

Tanques de relaves

Represas

Túneles

Ver Proyectos Realizados »

INYECCIÓN DE SUELOS

Es importante ser capaz de identificar los distintos procesos que se pueden utilizar para

mejorar la naturaleza de los terrenos, así como también los factores involucrados para fijar las

condiciones de empleo de las inyecciones, dado el comportamiento impredecible que pueden

tener los terrenos. Las inyecciones son un procedimiento de construcción relativamente


http://www.estratos-fundaciones.cl/galeria/inyecciones-de-suelo-01.jpg








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nuevo, aunque muy reconocido hoy en día. Se originaron en Francia a fines del siglo XIX,

cuando Bérigny inyectó con éxito morteros de cemento en el año 1802. Las inyecciones son

procedimientos que se realizan con el fin de mejorar la resistencia del suelo. Son

procedimientos que se aplican al subsuelo, introduciendo en los poros o fisuras del medio a

tratar un producto liquido (conocido como mortero o lechada de inyección), que se solidifica

adquiriendo resistencias determinadas a través del tiempo. Su objetivo básico es el de

impermeabilizar o fortificar el terreno, ya sean estos suelos granulares (gravas y arena), rocas

fisuradas o fundaciones defectuosas, incrementando de este modo las propiedades mecánicas

de los mismos.

USOS DE LAS INYECCIONES

Los principales usos de las inyecciones son:

Impermeabilizar cierto volumen de suelo debajo o alrededor de una estructura.

Densificar los suelos de fundación para aumentar la resistencia a rotura y reducir la

compresibilidad.

Rellenar grietas para prevenir asentamientos excesivos.

Controlar el movimiento del suelo durante el proceso de construcción de un túnel

MÉTODOS DE INYECCIÓN

La estabilización por inyección es un método in situ de tratamiento de arcillas expansivas


http://maquinariacimentaciones.wordpress.com/2013/04/02/metodos-de-inyeccion/

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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.

.

TRES TIPOS FUNDAMENTALES DE INYECCIÓN

A. Agua

B. Cal o Cal/Ceniza Suelta

C. Cloruro de Potasio

A. EL PROCESO DE INYECCIÓN DE AGUA:


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Aceptación Basada En

Contenidos en incremento de humedad in situ al límite plástico más 2 a 3 puntos de

humedad

Lecturas en reducción del penetró metro de bolsillo hasta 3.0 tsf o menos

Inflamiento promedio en reducción hasta 1.0% o menos en la zona tratada

* El método de ensayo de aceptación es dictado por el 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


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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.

B. INYECCIÓN DE CAL/CENIZA SUELTA

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.

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


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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.

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


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residencias.

C. INYECCIÓN DE CLORURO DE POTASIO

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 Clinker de

cemento Portland. Estos dos materiales son inyectados para mejorar las condiciones

debajo de los subsuelos de las vías férreas, pavimentos y rellenos sanitarios.

INYECCIONES Y TRATAMIENTOS EN SUELOS Y ROCAS :

Las inyecciones de cemento tienen como objetivo modificar suelos y rocas para:


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Aumentar la resistencia a la compresión y corte

Impermeabilizar

Rellenar

Compactar

Es una operación ciega, lo único que se sabe es la presión y el caudal de inyección.

Las inyecciones de lechadas pueden ser de forma ascendente o descendente.

Inyecciones ascendentes

Inyección de lechadas

Se pone la cañería

Se infla el packer (con prs.)

Se inyecta la lechada a presión

Se espera el inicio del fraguado

Se desinfla el packer

Se retira un trozo de cañería para inyectar otro tramo

Inyecciones descendentes

Se hace un tramo de perforación Se inyecta

Se vuelve a perforar y se inyecta


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Es bastante más caro y lento porque obliga a retirar equipo de perforación,

instalar equipo de inyección y volver a cambiar.

Es más seguro y controlable

INYECCIONES DE FRACTURACIÓN :

Las inyecciones de fracturación son inyecciones de lechada de cemento que rompen el

terreno, produciendo la densificación y rigidización del terreno, creando una red

estructuradora del terreno. Se introduce un material de baja viscosidad que busca la rotura del

terreno para la posterior introducción de la lechada de fraguado rápido para reestructurarle.

EJECUCIÓN DE INYECCIONES DE FRACTURACIÓN DEL SUELO

Se instala un tubo y se inyecta la vaina: El tubo manguito se coloca en la perforación


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efectuada, rellenando con una mezcla de bentonita-cemento.

Se fractura el suelo: se inserta un obturador doble, que independiza cada uno de los manguitos

durante su inyección.

Inyección múltiple: Los manguitos pueden inyectarse una o varias veces, de acuerdo con los

requisitos técnicos. El volumen de lechada, la presión máxima de inyección y, en el caso de

una inyección repetitiva, la velocidad de inyección, se mantiene de acuerdo con las

instrucciones. Los tubos manguitos pueden reutilizarse.

MICROCEMENTOS :

Los cementos micro finos son cementos basados en escoria de horno compuestos de partículas

ultra finas y son diseñados para inyectarse en suelos, rocas y concreto. Dependiendo del uso y

de la permeabilidad de los estratos, diversos tamaños de grano pueden ser utilizados. Se

utiliza para la estabilización o sello de todas las fundaciones soterradas: especialmente para

estructuras permanentes como túneles, represas, fundaciones profundas, carreteras, autopistas,

tanques de almacenamiento y otras más.

Porque curan en un concreto endurecido, los cementos MICROFINOS no causan ninguna

contaminación a los suelos o a los abastecimientos de agua subterráneos.

Aplicaciones apropiadas:

Grouts geotécnicos

Sellado de corrientes de agua subterráneas

Reforzamiento de las fundaciones en represas y edificaciones

Reforzamiento e impermeabilización de paredes y techos de túneles

Estabilización de suelos en carreteras y autopistas

Impermeabilización de suelos porosos, arenosos y bajos en consolidación

Ventajas:

Poder penetrante – el tamaño de partícula ultra fino permite que la lechada penetre las


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arenas finas y la roca finamente agrietada

Alta resistencia – los granos ultra finos son químicamente activados así que el curado

proporciona una alta resistencia.

Proyectos de Referencia

AUTOPISTAS:

Estabilización del suelo, impermeabilización y desvío de aguas subterráneas en una

importante autopista en Panamá. Las aguas subterráneas estaban afectando la capa base de

una importante autopista en Panamá al punto que ya no ofrecía apoyo a la losa de concreto lo

que provoco la aparición de grietas y eventualmente podría darse un hundimiento del

pavimento. Esta situación era de preocupación para la concesionaria de la autopista debido a

la importancia de la vía y al alto tráfico vehicular que maneja diariamente. Los trabajos de

reparación posteriores serían más costosos y traumáticos de no solucionarse previamente con

la utilización de inyecciones de micro cemento.

SITUACION ACTUAL:


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Los estragos de las corrientes de agua subterránea eran visibles y evidentes. Se podía

observar que había un gran espacio debajo del pavimento de concreto. Existía grandes vacíos

y un flujo de agua continua salía por debajo del pavimento. El personal de mantenimiento de

la empresa coloco unas cuantas rocas para tratar de contener los finos que eran lavados por

agua. Por otro lado se trató de encausar el flujo para que el mismo saliera en un solo punto y

se colocó una tubería de pvc.

Rocas

Agua Corriente

TRABAJOS PREVIOS A LA INYECCIÓN:


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Las lechadas de inyección de los Micro cementos son muy fluidas para que puedan penetrar

con facilidad todos los espacios y vacíos existentes en el suelo o en el lugar donde se utilicen.

Esta consistencia garantiza que la misma rellene cualquier espacio vacío existente. Esta

cualidad importante de la lechada de Micro cemento también puede causar problemas de

contención del material y evitar que el mismo se pierda por un lado y se desperdicie. Para tal

efecto el contratista sello superficialmente todas las aberturas en los costados del pavimento

por donde la lechada podría escaparse. Este sello lo hicieron colocando un mortero de

cemento portland con arena.

Sello superficial

Sello superficial

EQUIPOS:


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Los equipos requeridos para este trabajo eran una mezcladora de altas revoluciones con una

bomba de grout con una presión lo suficientemente grande para que pueda bombear la lechada

sin problemas debajo del pavimento y que cubriera un radio de acción lo más grande posible.

Fue difícil conseguir una mezcladora coloidal como se establece en las especificaciones por lo

que se utilizó una mezcladora normal haciendo unas adaptaciones para que la mezcla del

micro cemento fuera homogéneo y se mantuviera conforme a lo que establecemos en las

especificaciones. Por otro lado se fabricó localmente los puertos de inyección de acuerdo a

las especificaciones que fueron brindadas por nuestro departamento técnico. Este puerto de

inyección se confecciono utilizando materiales sencillos que fueron adquiridos en una

ferretería de la localidad. Nada complicado.

Bomba y Mezcladora

Puerto de Inyección


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PERFORACIÓN DE PUNTO DE INYECCIÓN:

taladro

Los ingenieros del contratista determinaron por medios sencillos las áreas debajo del

pavimento donde se encontraban los vacíos y donde se requería llenar los mismos. Esto es

muy importante para el éxito de la inyección de la lechada. Se determinó la geometría del

área para entonces determinar dónde hacer las perforaciones en el pavimento de concreto. Se

determinó la cantidad de perforaciones y la distancia entre las mismas. Luego de marcar en el

pavimento donde se colocaban las perforaciones se procedió a efectuar las mismas. Para tal

efecto se utilizó un taladro con broca de diamante para perforar un hoyo de un diámetro de 1-

1/2″.

MEZCLA DEL MICROCEMENTO:

El Microcemento utilizado, MC-500 de De Neef, viene en sacos. El mismo se mezcló con

una cantidad determinada de agua y un aditivo superplastificante que le brinda a la lechada

una mayor fluidez que facilita su inyección. La mezcla se realiza colocando la cantidad pre

medida de agua en el mezclador primero luego se le adiciona la cantidad establecida del

aditivo superplastificante. Por último se agrega lentamente el microcemento.


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Agregando el agua al mezclador

Agregando el aditivo superplastificante


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Agregando el Microcemento

Consistencia de la lechada


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INYECCION DE LA LECHADA:

Una vez todo este ya listo con el equipo y con la lechada se procede a realizar la inyección de

la misma. Se establece el patrón de inyección de acuerdo a factores y condiciones del área a

inyectar como pendiente, áreas, etc. El puerto de inyección se hace del largo establecido de

acuerdo a la profundidad de la inyección. Se introduce el puerto de inyección en la

perforación hecha en el concreto y se introduce a toda profundidad. Se le coloco una arandela

de caucho en el tope para evitar que la presión de la inyección bote la lechada por la

abertura. Se mantuvo un flujo continuo a una presión regular de no menos de 125 psi.

Inyección de lechada


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RETROALIMENTACIÓN:

Luego de iniciada la inyección de la lechada con micro cemento comenzamos a notar que el

agua subterránea que está corriendo debajo de la losa empezó a disminuir su intensidad y su

flujo. Poco a poco empezamos a notar que el agua que lograba salir tenía una coloración

blancuzca. Esta coloración nos indicaba que la lechada estaba penetrando todas las cavidades,

sellando las mismas, interrumpiendo el paso del agua poco a poco. Se siguió inyectando hasta

que la perforación no acepto más lechada y se terminaron los trabajos en un solo día.

Posteriormente el contratista regreso al área para terminar de rellenar aquellos espacios que

por razón de las aguas subterráneas pudieran haberse lavado. Las perforaciones se sellaron

con un mortero de alta resistencia y se solucionó el problema en esta sección de la autopista.

Aparición de la lechada


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Aparición de la lechada

Esta es una de las tantas aplicaciones del Micro cemento dentro de la industria de la

construcción. Este material tan versátil tiene otras aplicaciones para trabajos de reparación

como inyección de grietas en pavimentos, relleno de fisuras en roca, y otras más. Estamos a

su disposición para brindarles cualquier información técnica adicional sobre nuestros

productos o también si desea una cotización formal de los productos para sus proyectos

particulares.


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COMPACTACIÓN

Se entiende por compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar

artificialmente las características de resistencia, compresibilidad y el comportamiento

esfuerzo – deformación de los mismos, que mejora sus propiedades como son:

- Aumento de densidad.

- Disminución de la relación de vacíos.

- Disminución de la deformabilidad.

- Disminución de permeabilidad.

- Aumento de resistencia al corte.

En general implica una reducción de los vacíos y, como consecuencia de ello, en el suelo

ocurren cambios volumétricos de importancia ligados a la pérdida de aire, porque por lo

común no se presenta expulsión de agua.

Normalmente el esfuerzo de compactación le imparte al suelo un aumento de la resistencia al

corte, un incremento en la densidad, una disminución de la contracción, una disminución de la

permeabilidad y una disminución de la compresibilidad.

Habitualmente esta técnica se aplica a rellenos artificiales, como terraplenes para caminos o

ferrocarriles, bases o sub - bases para pavimentos, estabilizados, presas de tierra, etc. Sin

embargo, en no pocas ocasiones se hace necesario compactar el terreno natural a fin de

mejorar su capacidad portante.


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Un equipo vial típico empleado para compactar suelos cohesivos (arcillas-limos) es el rodillo

“pata de cabra”.

LA COMPACTACION DEPENDE DE VARIOS FACTORES COMO POR

EJEMPLO:

- Tipo de suelo.

- Distribución granulométrica.

- Formas de partículas.

- Energía de compactación.

- Contenido de humedad.


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EFICACIA DE LA COMPACTACIÓN EN OBRA

La eficacia de la compactación que se puede lograr en obra depende, entre otros factores, de:

- Naturaleza del suelo a compactar.

- Elección adecuada del equipo: tipo, peso, presión de inflado de neumáticos, área de

contacto, frecuencia de vibración, etc.

- La energía específica de compactación (energía que se le entrega al suelo por unidad

de volumen durante el proceso mecánico de que se trate).

- Contenido de humedad del suelo.

- Cantidad y espesor de las capas del terraplén.

- Número de pasadas del equipo de compactación.

Los métodos usados para la compactación dependen del tipo de suelo. Los friccionales, como

las arenas, se compactan eficientemente por métodos vibratorios (placas vibratorias), mientras

que los suelos tipo arcillosos se compactan mejor por métodos estáticos (rodillos pata de

cabra, rodillos neumáticos, rodillos lisos).

VENTATAJAS DE LA COMPACTACION:

- Aumenta la resistencia y capacidad de carga del suelo.

- Reduce la compresibilidad y disminuye la aptitud para absorber el agua.

- Reduce los asentamientos debido a la disminucion de la relacion de vacios.

- Reduce el efecto de contraccion.

- Mejora las condiciones de esfuerzo-deformacion del suelo.

DESVENTAJAS DE LA COMPACTAICON:

- La compactación muy intensa produce un material muy susceptible al agrietamiento.

- Aumenta el potencial de hinchamiento (con la humedad) en suelos finos y el potencial

de expansión por las heladas.


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APLICACIONES DE LA COMPACTACIÓN

Los suelos pueden ser usados como relleno para muchos propósitos:

1. Rellenar una excavación o vacíos adyacente a una estructura.

2. Servir de apoyo a una estructura.

3. Como sub - base para carreteras y ferrocarriles o aeropuertos.

4. Estructuras como terraplenes o presas de tierra.

La compactación aumenta la densidad del suelo, mejora las propiedades ingenieriles del

suelo. Lo más importante es el mejoramiento y los efectos resultantes sobre la masa de

relleno.

EQUIPO DE COMPACTACIÓN PARA EL CAMPO

- Compactación vibratorio (tipo plancha)

- Rodillo liso vibratorio autopropulsado 7 – 23 ton.

- Rodillo liso vibratorio de tiro 70 – 210 HP

- Rodillo neumático autopropulsado 60 – 135 HP

- Rodillo pata de cabra vibratorio autopropulsado 84 – 180 HP

- Rodillo pata de cabra vibratorio de tiro 8 – 22 ton.

- Rodillo tandem estático autopropulsado 3 – 15 ton.

- Tractor de tiro 27 – 158 HP.

- Rodillo de tres ruedas autopropulsado 58 HP. 3 – 15 ton.


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Rodillo liso: ( compactación practica o por presión)

La Rana Compactadora.( por vibración)

Apisonador: (compactación por impacto)


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EL ENSAYO DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO

En mecánica de suelos, el ensayo de compactación Proctor es uno de los más importantes

procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno. A través de

él es posible determinar la compactación máxima de un terreno en relación con su grado de

humedad, condición que optimiza el inicio de la obra con relación al costo y el desarrollo

estructural e hidráulico. Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados; el "Ensayo Proctor

Normal", y el "Ensayo Proctor Modificado". La diferencia entre ambos estriba en la distinta

energía utilizada, debido al mayor peso del pisón y mayor altura de caída en el Proctor

modificado.

Ambos ensayos se deben al ingeniero que les da nombre, Ralph R. Proctor (1933), y

determinan la máxima densidad que es posible alcanzar para suelos o áridos, en unas

determinadas condiciones de humedad, con la condición de que no tengan excesivo porcentaje

de finos, pues la prueba Proctor está limitada a los suelos que pasen totalmente por la malla

No 4, o que tengan un retenido máximo del 10 % en esta malla, pero que pase (dicho

retenido) totalmente por la malla 3/8”. Cuando el material tenga retenido en la malla 3/8”

deberá determinarse la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo con la prueba de

Proctor estándar. El ensayo consiste en compactar una porción de suelo en un cilindro con

volumen conocido, haciéndose variar la humedad para obtener el punto de compactación

máxima en el cual se obtiene la humedad óptima de compactación. El ensayo puede ser

realizado en tres niveles de energía de compactación, conforme las especificaciones de la


http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Energ%C3%ADa_de_compactaci%C3%B3n&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen

http://es.wikipedia.org/wiki/Cilindro

http://es.wikipedia.org/wiki/Humedad

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rido_(miner%C3%ADa)

http://es.wikipedia.org/wiki/Suelo

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Control_de_calidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_suelos

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obra: normal, intermedia y modificada.

La energía de compactación viene dada por la ecuación:

Dónde:

Y - energía a aplicar en la muestra de suelo;

n - número de capas a ser compactadas en el cilindro de moldeado;

N - número de golpes aplicados por capa;

P - peso del pisón;

H - altura de caída del pisón; y

V - volumen del cilindro.

El Grado de compactación de un terreno se expresa en porcentaje respecto al ensayo Proctor;

es decir, una compactación del 85% de Proctor Normal quiere decir que se alcanza el 85% de

la máxima densidad posible para ese terreno.

Las principales normativas que definen estos ensayos son las normas americanas ASTM D-

698 (ASTM es la American Society for Testing Materials, Sociedad Americana para el

Ensayo de Materiales) para el ensayo Proctor estándar y la ASTM D-1557 para el ensayo

Proctor modificado. En España existen las normas UNE 103-500-94 que define el ensayo de

compactación Proctor normal y la UNE 103-501-94 que define el ensayo Proctor modificado.

ALGUNAS CONSIDERACIONES

En los casos en que sea necesario realizar ensayos de compactación se deben tener en cuenta

las siguientes consideraciones:

1) El suelo con el que se realice la prueba de compactación debe ser representativo del que se


http://es.wikipedia.org/wiki/Norma_UNE

http://es.wikipedia.org/wiki/ASTM

http://es.wikipedia.org/wiki/Normativa

http://es.wikipedia.org/wiki/Construcci%C3%B3n

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utilizará en obra.

2) Si la obra es muy extensa (por ejemplo caminos) o el suelo a utilizar se tomara en préstamo

de distintos yacimientos, se deberán ejecutar tantos ensayos de compactación como fuesen

necesarios, a fin de asegurar la representatividad del mismo en relación al suelo empleado.

3) En caso de empleo de suelos modificados (con cemento, cal, arena, etc.), se deberán

realizar los ensayos con la adición estabilizadora o modificadora correspondiente.

4) De no prescribirse en pliegos, es el Director de Obra quien debe establecer qué prueba

ejecutar (estándar, modificada o alguna de sus variantes) conforme a las características de la

obra.

5) Cuando se realicen ensayos de compactación, siempre es necesario efectuar el control en

obra del porcentaje alcanzado.

6) Al realizar una compactación siempre es conveniente hacer un control en un pequeño

sector de la obra, determinando el porcentaje alcanzado para establecer el número de pasadas

apropiado del equipo. Con un número de pasadas insuficiente no se alcanzará la densidad

requerida, mientras que un excesivo número de pasadas resultará antieconómico.

METODOS DE COMPACTACION

1.- MÉTODOS ESTÁTICOS:

A) Precarga : En general las deformaciones de los suelos no son elásticas. Si se aplica

una carga disminuye el volumen (baja el terreno). Al retirarla no desaparece la

deformación. Se construye sobre la futura fundación un terraplén (es la tierra con que

se rellena un terreno para levantar su nivel y formar un plano de apoyo adecuado para

hacer una obra.) que aplique una carga mayor que la futura estructura o equipo a

fundar. Si el suelo está saturado, la presión produce reducción de volumen a condición

que emigre el agua cuando el suelo está saturado. El plazo en que debe mantenerse la

carga dependerá de la permeabilidad del suelo a compactar.


http://es.wikipedia.org/wiki/Construcci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Plano_(geometr%C3%ADa)

http://es.wikipedia.org/wiki/Solar_edificable

http://es.wikipedia.org/wiki/Suelo

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Mediante la aplicación de cargas estáticas en superficie se logra sobre consolidar el

suelo ante futuras cargas. De esta manera, se reducen los asientos y se disminuyen

los fenómenos de consolidación secundaria.

Aunque, en general, la manera de aplicar la carga estática es mediante rellenos de tierra,

existen múltiples maneras:

• Tanques de agua

• Rebajamiento del nivel freático

• Técnicas de vacío

• Precarga radial

Esta técnica sirve para mejorar prácticamente casi todo tipo de terreno, aunque es más

empleada en suelos arcillosos. Por el contrario, tiene el inconveniente de que la duración del

tratamiento suele ser elevada, por lo que muchas veces, su aplicación es imposible para los

tiempos de construcción fijados.

B) Inyección de compactación: Se inyecta mortero a gran presión (no lechada) usando

bombas para hormigones, similar a inflar un globo dentro del suelo. Es muy efectivo en

arenas finas, pues las comprime y densifica.

Este método se utiliza para incrementar la capacidad de carga y reducir asentamientos en

materiales granulares y suelos limo-arenosos de baja compacidad.

También se utiliza para mitigar el potencial de licuación de arenas ante eventos sísmicos.

Esta técnica además es ideal para corregir y detener asentamientos de estructuras existentes

causados por suelos o rellenos granulares mal compactados.

En las inyecciones de compactación se utiliza un mortero de bajo revenimiento formado por

cemento y arena. La introducción de mortero forma bulbos que desplazan y densifican el

suelo.


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MAQUINAS QUE COMPACTAN POR PRESION ESTATICA:

—Apisonadoras clásicas de rodillos lisos.

—Rodillos patas de cabra.

—Compactadores de ruedas neumáticas.

APISONADORAS CLASICAS DE RODILLOS LISOS

En estas apisonadoras la característica más importante es la preside que ejercen sobre el

terreno. Se considera un área de contacto en función del diámetro de los rodillos, peso de la

máquina y tipo de suelo, a través del cual se transmite la preside estática.

Estas máquinas, aunque muy empleadas, la verdad es que su efecto de compactación

alcanza muy poca profundidad en suelos coherentes. En los no coherentes, causan desgarros

en la superficie, transversales a la dirección de la marcha, destruyendo de esta manera parte de

su propio trabajo. Sin embargo son útiles pare el <<planchado, de macadam y sellado de

superficies regadas con emulsiones asfálticas. Su utilización máxima la tienen hoy día en las

primeras pasadas de compactación de aglomerados asfálticos.


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Nosotros hemos combinado los triciclos de 16 Tm. con los tamaños de 10 Tm. siendo

suficientes para compactar con cuatro a seis pasadas capes de 1~9 centímetros. Para que no se

adhiera la mezcla asfáltica van provistas de depósitos de agua que mojan constantemente los

rodillos.

La pericia del maquinista es muy importante, sobre todo, pare borrar sus propias huellas y

no <<enrollar, el material delante de los rodillos, para lo cual

Hay que esperar a que la mezcla se enfríe algo y alcance la temperatura adecuada.

RODILLOS DE <<PATAS DE CABRA>>.-

Estos Compactadores concentran su peso sobre la pequeña superficie de las puntas troncos

cónicos solidarios al rodillo, ejerciendo por lo tanto unas presiones estáticas muy grandes en

los puntos en que las mencionadas partes penetran en el suelo. Conforme se van dando

pasadas y el material se compacta, dichas partes profundizan cada vez menos en el terreno,

llegando un momento en que no se aprecia mejora alguna, pues la superficie, en una

profundidad de unos 6 centímetros siempre quedara distorsionada. Al pasar la maquina sobre

la nueva tongada de material se compacta perfectamente esa superficie distorsionada de la

cape anterior.

Este tipo de compactador trabaja bien con suelos coherentes, sin piedras, en capes de 20

cm. Con humedad adecuada, se consiguen resultados satisfactorios en unas 8/10 pasadas.

Debido a su alta preside especifica (15/30 kg/cm2) y a los efectos de amasado que producen

las partes, compactan bien los suelos altamente plásticos, con poco contenido de agua e

incluso pobres de aire y de vacíos.

Como se trata de una maquina muy sencilla y robusta, el rendimiento que se obtiene es

francamente bueno.

Los pesos de estos Compactadores utilizados por nosotros oscilan entre 1.000 y 8.000 kg.,

pudiendo acoplarse en paralelo o en también varias unidades pare obtener mejores


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rendimientos.

Existen varios tipos de compactador fundados en el mismo principio, con los que se

consiguen también presiones específicas altas, s61O con modificar las

superficies de contacto tales como rejas, trenes de ruedas pequeñas, etc.

COMPACTADORES CON RUEDAS NEUMATICAS.-

Estas máquinas trabajan principalmente por el efecto de la presión estática que producen

debido a su peso, pero hay un segundo efecto, debido al modo de transmitir esta preside por

los neumáticos que tiene singular importancia. Las superficies de contacto de un neumático

dependen de la carga que soporte y de la preside a que este inflado, pero la presión que

transmite al suelo el neumático a través de la superficie elíptica de contacto no es uniforme.

Por lo tanto y pare simplificar el problema se emplea el termino <<presión media>> de

contacto que se obtiene dividiendo la carga sobre cada rueda por la superficie de contacto.

Estas superficies de contacto se obtienen pare las diferentes presiones de inflado y cargas

sobre rueda, marcando las huellas de contacto sobre una placa de acero con el neumático en

posición estática.

Es norma general esperar una presión del orden del 90 % de la preside en la superficie a

profundidades de 70 cm. y actuando en un ancho de unos 2/3 del ancho de la huella del

neumático. Esto obliga a las maquinas compactadoras de estos tipos a procurar un cierto

solape entre las huellas de los neumáticos delanteros y traseros.

Un compactador de neumáticos inflado a poca preside da unas superficies de contacto

cóncavas y en los bordes del neumático, en los que la cubierta recibe el apoyo estructural de

los laterales aparecen unas presiones horizontales adicionales que ayudan a l asentamiento de

las partículas y a su mezclado.

Los neumáticos pare Compactadores deben ser de banda de rodadura ancha y lisa y capaces

de ejercer una preside media de contacto entre 60 y 9() p.s.i. uniformemente sobre la

superficie de contacto ajustando lastre y preside de inflado.


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COMPACTADORES CON RUEDAS NEUMATICAS AUTOPROPULSADAS.-

Equipados, generalmente, con dos ejes, con pesos normales entre 9 y 15 toneladas y con 8

hasta 13 neumáticos, son apropiados pare suelos coherentes de granulado fino y arenas y

graves bien graduadas. Los que conocemos por <<13 ruedas>>, son específicos para cerrar

los aglomerados asfálticos.

Son máquinas complicadas que exigen entretenimiento cuidadoso; la altura de tongadas suele

variar de 15 a 20 cm., y requieren 8/12 pasadas. Su velocidad de trabajo oscila sobre los 3

km./in.

COMPACTADORES CON RUEDAS NEUMATICAS REMOLCADOS.-

Por lo general poseen un solo eje y pocos neumáticos, con pesos de trabajo hasta de 200

Tm. Son apropiados pare terrenos coherentes, margas, zahorras, etc., influyendo poco los

grandes tamaños de piedra. Estas máquinas son muy sencillas y no requieren más cuidado que

el vigilar las presiones de los neumáticos. Los grandes Compactadores de este tipo hay que

arrastrarlos con bulldozers de grandes potencies y por lo tanto requieren pare su buena

utilización grandes áreas de trabajo.

Hemos compactado bien zonas, algo cohesivas en capas de 30 a 40 cm. en 6 u 8 pasadas con

un compacto de 100 Tm., arrastrado por un D-8.

Naturalmente, que cualquier maquina o vehículo, en el sentido más amplio del concepto de

compactación, se puede considerar un compactador por presión estática, ya que su peso

actuando a través del área de contacto de sus elementos de soporte, produce una preside sobre

el terreno y como tal un efecto de consolidación.

En este sentido, las propias maquinas pare el movimiento de sierras ejecutan un trabajo de

compactación que en muchos caves puede ser importante.


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Normalmente el material de relleno es transportado con equipos pesados, precisamente

circulando por encima de los propios terraplenes en ejecución. Estas máquinas transmiten

cargas considerables al terreno y en consecuencia actúan como Compactadores. Como esta

máquina suele ir equipada con ruedas neumáticas su efecto es similar al que produce los

Compactadores neumáticos. Sin embargo, cuando sin verter nuevas sierras hay puntos donde

el tráfico del transporte es elevado, se observan destrucciones más o menos profundas y

localizadas Hemos podido comprobar que estas destrucciones se producir de dos formas muy

diferentes:

a) Cuando el terraplén que servía de camino estaba con poca humedad, la destrucción era

superficial, por un efecto de desgaste, con la consiguiente formaci6n de polvo y avance de la

destrucción de arriba hacia abajo, iniciándose la formaci6n de baches, lo que hacía aumentar

más, por el impacto, la velocidad de desgaste.

b) Si el terraplén, por el contrario, tenía exceso de humedad, antes de notarse exteriormente

ninguna señal de destrucción, cambiaba el color pasando a más húmedo. El paso de los

vehículos produzca una deformación elástica que cesaba una vez que había pasado la carga. Y

el final era la destrucción de zonas localizadas en una profundidad que, a veces llegaba a 25 6

30 cm.

Aparentemente la destrucción era simultánea en toda la altura. Este fenómeno que se

produce normalmente al circular camiones pesados sobre suelos coherentes y ligeramente

coherentes, llega a ser muy importante si las maquinas empleadas son traíllas rápidas con

capacidades de carga entre 8 y 10 m3. El repetido paso de las mismas produce una

supercompactación alcanzando la sierra su saturación. Al continuar la aplicación de estas

cargas exteriores, el agua busca su salida que normalmente resulta más fácil en sentido

horizontal. Este movimiento horizontal del agua intersticial, produce una exfoliación del

terraplén en capes de pequeñísimo espesor, que una vez iniciada su destrucción se disgregan

rápidamente.

En la construcción de los terraplenes de la Base Aérea hispanoamericana de Valenzuela, en


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Zaragoza, tuvimos este tipo de problema. La maquinaria empleada eran traíllas rápidas de 10

yardas cubicas y los terraplenes se formaban con unas zahorras calizas (caliches). Estas

traíllas alcanzaban velocidades superiores a los 80 km. /in. Y con el repetido trasiego sobre

zonas determinadas, producían importantes deterioros que alcanzaban 30 y 40 cm. de

profundidad. Este problema se solucion6 escarificando casi constantemente la cape superior

de las tongadas con una motoniveladora ya que de este modo se favorecía la evaporación

natural del agua intersticial sobrante.

2.- MÉTODOS DINÁMICOS:

A) Compactación por Vibración (Profunda) : Conocida como vibro-compactación o

vibro flotación es usada para densificar suelos limpios poco cohesivos. La acción de

una sonda con vibrador, usualmente acompañado por agua a presión, reduce la

resistencia entre partículas permitiéndoles moverse a una configuración de mayor

densidad. Típicamente se logran densidades relativas del 75% a 85%. Se puede

realizar sin importar el nivel de la napa.

MAQUINAS QUE COMPACTAN POR VIBRACION


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—Placas vibrantes.

—Rodillos vibratorios.

Hoy día es quizá la maquina más utilizada. En los últimos años ha sido tal número de tipos

y marcas disponibles en el mercado, que casi resulta materialmente imposible conocerlas

todas. Se han empleado en la compactación de toda clase de suelos sin distinción: bases

granulares artificiales, sub-bases naturales, suelo-cementos, rellenos rocosos, asfaltos, arcillas,

arenas, etc., y naturalmente, el éxito ha sido variable.

Hay que considerar primordialmente los efectos de resonancia. Esta es función, por una

parte, de la composición o tipo del terreno, contenido de humedad del mismo, etc., y por otra,

del propio vibrador. Es decir, que lo importante es la adecuación de frecuencia de resonancia

del suelo y de la mesa del vibrador.

Hay un rango de resonancias suelo-vibrador pare las cuales el efecto de ordenación granular

y en consecuencia la compactación da mejores resultados.

Hace siete años, como la industria nacional no construía es te tipo de maquinaria y la

importación era dificultosa, tuvimos que ingeniarnos la pare construir rodillos vibratorios

vitales pare nuestras obras; las características principales de aquellos Bran: 3.000 kg. De peso

propio, remolcados y con transmisión de fuerza desde el tractor de arrastre.

Diversos ensayos efectuados con los prototipos en Zaragoza nos marcaron una serie de

criterios que después hemos visto confirmados en nuestras obras, trabajando no s6lo con

nuestros vibradores. Sino con los diversos tipos fabricados ya por las cases especializadas.

Vimos entonces que la amplitud y la frecuencia de la vibración influían grandemente en los

rendimientos. Para cada tipo de suelo y el mismo contenido de humedad, existían pare la

misma maquina unas amplitudes y frecuencias con las que se obtenían mejores resultados. En

general, observamos que material es con cierto contenido de arcilla compactaban mejor con

frecuencias bajas y amplitudes altas. También result6 claro que materiales granulares no


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cohesivos bien graduados compactaban mucho mejor con frecuencias altas y amplitudes

bajas. De estos hechos sacamos la consecuencia de que en una buena maquina vibratoria

debía de poderse modificar la frecuencia y la amplitud de vibración de una manera fácil, al

objeto de poder elegir en cada cave —a la vista de los materiales a compactar— los valvis

más id6neos. La variación de frecuencia nosotros la conseguimos con una caja de cambios,

que unida a la del tractor, variaba de 1.000 a 1.800 r.p.m. La velocidad de giro del eje

excéntrico. Para variar la amplitud, aumentábamos o disminuíamos los contrapesos

excéntricos, así como también la preside de los neumáticos soporte del eje excéntrico.

Otra característica que hay que tener en cuenta con las maquinas vibratorias es la de su

peso estético, ya que el efecto vibratorio sobre el suelo es función del peso estático de la

máquina y del movimiento vertical y horizontal. En el esquema de la página siguiente se ve

claramente la influencia de ambas fuerzas:

Sea P el peso estático del vibrador y F la fuerza dinámica generadora de la vibración. Al

comienzo de la I a vuelta de las mesas de vibración, las dos fuerzas P y F se suman

produciendo una fuerza aplicada sobre el terreno P + F. Al continuar girando las masas

alcanzan una 2.a posición, horizontal y paralela al suelo, de forma que la fuerza F tiende a

impulsar el apisonado, transmitiendo al terreno unas fuerzas horizontales muy importantes. En

este cave la fuerza vertical es igual a P. En la posición siguiente las masas están creando la

fuerza F en oposici6n vertical a P y la fuerza sobre el suelo será P-F. Como generalmente F >

P. la fuerza real sobre el suelo será cero, habiéndose elevado realmente la maquina sobre el

mismo

COMPOSICIÓN DE FUERZAS EN UNA COMPACTACIÓN VIBRATORIA.-

La cuarta posición de las mesas, da un estado de fuerzas simétrico al de la 2.a y de

similares consecuencias. Cuando las mesas vuelven a la posición se obtiene un efecto claro de

percusión sobre el suelo con la fuerza P + F como resultante. Dependerá de la velocidad de

traslación de la maquina compactador el número de impactos por metro lineal de terreno

recorrido. Por esta raz6n resulta muy importante la velocidad de avance de los vibradores.

Hasta aquí no he hablado en absoluto del espesor de las tongadas más conveniente pare este


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tipo de Compactadores. Nuestra experiencia de varios anos compacta do todo tipo de

materiales con diversas clases de máquinas vibratorias en diferentes obras, me permiten

insinuar que el problema del espesor de la tongada no depende sólo de la máquina y del

material a compactar, sino de las propias características técnicas y económicas de la obra. Es

evidente que con un compactador de 8 a 10 Tm. de peso propio, con efectos dinámicos de 80

a más Tm., se pueden compactar en 4 ó 6 pasadas, tongadas de 80 a 100 cm. de material

granular bien graduado, no cohesivo.

Sin embargo, hay pocas obras en las que el pliego de condiciones admita tongadas de eves

espesores por razones técnicas muy estimables. En eves caves, es 16gico que haya que ir a

maquinas más pequeñas y como consecuencia a espesores menores.

PLACAS VIBRANTES:

Consisten en una plancha base que produce un golpeteo en sentido vertical, debido al

movimiento giratorio de un plato excéntrico accionado por un motor. Las fuerzas vibratorias

engendradas son mayores que el peso de la máquina y por lo tanto la maquina se levanta del

suelo en cada ciclo de rotación del plato excéntrico, como ya se extlic6 anteriormente. El

movimiento de traslación se consigue utilizando parte de la energía de vibración según la

componente horizontal.

Hay places vibrantes con alta frecuencia (> 40 c/seg.), que funcionan muy bien con suelos

cohesivos, arenas y graves, pero la cape superior de unos 5 cm. de espesor queda removida

por efecto de las vibraciones sin sobrecarga.

Las places con frecuencias bajas (< 30 c/seg.) disminuyen este efecto de superficie y sin

embargo en las capes profundas producen buenos resultados en suelos algo cohesivos.

Estas máquinas son útiles pare trabajos pequeños, tales como relleno de zanjas, arcenes,

paseos, etcétera. Sin embargo, se pueden unir 2, 3 6 más vibradores de place en paralelo y

obtener de esta manera una poderosa máquina de compactación.

Hemos compactado terrenos naturales poco cohesivos (grave arenosa) en tongadas de 15 a

20 cm. con bandejas vibratorias de unos 600 kg. Con buenos rendimientos.


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También se pueden montar sobre vehículos de orugas una serie de places vibratorias con la

ventaja de que no gastan energía en el movimiento de traslación y al ser la marcha del

vehículo más regular y en ambos sentidos se obtienen mejores rendimientos.

RODILLOS VIBRATORIOS AUTOPROPULSADOS

Son máquinas que precisamente por su condición están un poco entre las apisonadoras

estáticas clásicas y el rodillo vibratorio remolcado. Para algunos trabajos en que la

maniobrabilidad es importante o bien que se requiera previamente a la vibración un

<<planchado>>, son muy útiles. Su empleo está indicado en los suelos granulares bien

graduados sobre todo cuando los tajos son estrechos y no permiten alar la vuelta fácilmente a

los rodillos remolcados.

Tienen el inconveniente, desde el punto de vista de maquinaria, de que son bastante más

complicados, requieren más entretenimiento y por último, al tener que ir los maquinistas

vibrando sobre la máquina, estos suelen arreglárselas pare que esta vibre lo menos posible en

frecuencia y tiempo, con el consiguiente empeoramiento del rendimiento. También suelen

aparecer problemas de adherencia entre las ruedas motrices y el suelo cuando su contenido de

humedad es elevado o se presentan pendientes fuertes. .

Con máquinas de peso propio de 4 Tm. hemos compactado en 8 6 10 pasadas tongadas de

15 cm. de bases granulares artificiales en obras de carreteras. Las empleamos con buen éxito

en la compactación de los arcenes una vez extendido el hormigón asfáltico en el centro de la

explanación por la faceta antes apuntada de no presenten problemas al <<dar la vuelta, ya que

trabaja correctamente en ambos sentidos.

Estas máquinas en su versión pesada (sobre 8 Tm.) donde verdaderamente tienen una

aplicación interesante es en la compactación de hormigones asfálticos, ya que permiten alar

primero unas pasadas sin vibrar pare consolidar la cape y luego terminar de obtener con

vibración la densidad exigida.


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Yo he presenciado ensayos en este sentido con capes de 8 cm. de aglomerado en caliente,

de granulometría cerrada, con resultados muy satisfactorios. Con dos pasadas sin vibrar y

posteriormente cuatro con vibración, se consiguieron densidades in situ por encima de las

exigidas.

Las temperaturas del material que compact6 el rodillo fueron sobre 130° C, cuando se pas6

sin vibraci6n y sobre 105 ° C, cuando se pas6 vibrando. Las ultimas pasadas de sellado las

daban con un compacto de 13 ruedas, neumático, lastrado con 10 toneladas.

RODILLOS VTBRANTES REMOLCADOS

Forman hoy día la gama más extensa de máquinas de compactación. Los hay desde

diámetros y pesos casi ridículos, hasta diámetros de 2 metros y 10 toneladas, de peso propio.

Para los inferiores a 1.000 kilogramos, se puede aplicar casi todo lo dicho referente a places

vibratorias, con ventajas e inconvenientes según la particularidad de cada tipo. Por lo tanto no

voy a decir nada más sobre este punto.

La gama de los 3.000 a 5.000 kg. Forman un tipo interesante de máquinas. Pueden ser con

motor incorporado pare producir la vibraci6n o bien producir esta por medio de una

transmisión elástica a partir del toma fuerzas del tractor. Son muy apropiados para compactar

arenas y graves no cohesivas o ligeramente cohesivas, así como terrenos naturales rocosos,

siempre que los fragmentos de roca sean pequeños. En suelos coherentes no den buen

resultado pues la vibración que producir en las partículas, no suele ser suficiente para vencer

la cohesión existente entre ellas y como consecuencia su efecto sobre el material, es el

puramente estático.

De este tipo de máquinas tenemos gran experiencia y puedo asegurar que es la ideal para

compactar zahorras, bases, sub-bases, suelo-cementos, etc. En capes de 20 6 30 cm., entre 6 y

hasta 10 pasadas y a velocidad de trabajo alrededor de los 20 metros por minuto, hemos

obtenido buenos rendimientos y magníficos resultados.

Suele ser una maquina sin problemas, con la que se consigue trabajar turno tras turno sin

otras paradas que las propias pare su entretenimiento. El mayor cuidado hay que prestarlo en


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las que llevan motor incorporado, ya que por muy bien aislado que se encuentre de la

vibración propia de la máquina, es imposible hacerla desaparecer totalmente. Los que no

llevan motor incorporado suelen <<dar la lata>, con la transmisión elástica desde él toma

fuerzas del tractor.

COMPACTADORES VIBRATORIOS “PATAS DE CABRA”

Estos rodillos fueron construidos pensando en compactación de suelos coherentes y en

particular en los terrenos arcillosos, pues al concentrar las fuerzas estáticas y dinámicas sobre

áreas pequeñas, es más fácil conseguir la energía necesaria y suficiente pare romper las

fuerzas de cohesión (de naturaleza capilar), entre sus partículas.

Las patas de estos rodillos producen una acción mezcladora y rompedora muy beneficiosa,

sobre todo si el terreno no es homogéneo. También favorecen la unión entre las diferentes

tongadas, pues al quedar la superficie de cada cape distorsionada, esta se compacta junto con

la siguiente eliminando la tendencia hacia la laminación o separación de estas.

SUPERCOMPACTADORES PESADOS REMOLCADOS.

Se refiere a los que poseen peso propio entre 8 y 10 toneladas. De ellos únicamente voy a

decir que edemas de poder realizar el mismo trabajo que los de series anteriores, más ligeras,

pero en tongadas de mayor espesor, es tan especialmente indicados pare la compactación de

suelos rocosos no coherentes o ligeramente coherentes. Para la compactación de roca, el

espesor de la cape debe ser función del tamaño máximo y del porcentaje de granos finos.

Hemos experimentado en nuestras obras que empleando un compactador remolcado de 8,5

Tm., S.A.W. (ABG), la compactación de zahorras algo cohesivas, es efectiva en tongadas de

un metro hasta las capes inferiores de la misma, donde se alcanzaron las densidades exigidas

en 6-8 pasadas. La cara superior quedaba <<movida>> por efecto de una vibración secundaria

que produce una resonancia en las partículas de la cape superior del terreno. Naturalmente,


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este efecto descompactador no alcanzaba más que 5 6 10 cm. de espesor en la superficie y

únicamente había que tenerlo en cuenta, pare no considerar estos centímetros al sacar las

muestras pare el Proctor. Al compactar la cape siguiente estos 5 6 10 cm. quedaban

convenientemente consolidados.

En una visita a una presa de escollera en Alemania, en las proximidades de Nehein-Husten,

concretamente en Ronkhausen/Arnsberg, para observar el trabajo de compactación que

efectuaba el contratista Busher y Sohn con rodillos vibratorios de 8,5 Tm., sobre material

rocoso de pizarras arcillosas.

En los comienzos de la obra prepararon una serie de ensayos en el propio tajo pare

determinar el espesor de las tongadas y numero de pasadas de compactación correspondientes.

Con las referidas máquinas y variando el número de pasadas, compactaron diversos espesores

de cape, determinando las densidades obtenidas haciendo hoyos de 2 X 2 X 2

aproximadamente y pesando el material extraído. Luego colocaban un plástico pegado a las

paredes y rellenaban el hueco con agua o arena que iban midiendo hasta alcanzar la rasante

del hoyo. De este modo determinaban el volumen del hueco y con el median la densidad

obtenida en cada caso.

De este modo fijaron 80 centímetros de espesor de tongada y 6 pasadas de compactador.

Estos eran los únicos controles que se verificaban en la obra.

Este procedimiento de ensayar la maquina más adecuada en cada caso, incluso de

terminando lo más cuidadosamente posible el número de pasadas, espesor de cape, humedad

óptima en la práctica, etc., es el único método realmente eficaz pare elegir la máquina y sus

circunstancias de trabajo.


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B) COMPACTACIÓN POR IMPACTO:

MAQUINAS QUE COMPACTAN POR IMPACTO:

Vamos a considerar ahora algunas máquinas de compactación que trabajan según el

principio de impacto:

—Placas de caída libre.

— Pisones de explosión

CAÍDA DE PESO (PLACAS DE CAÍDA LIBRE): Se utiliza una placa de gran peso

montado en una grúa, el cual se levanta y deja caer repetidamente. La compactación se

produce por impacto alcanzando espesores de compactación importantes. Es especialmente

efectivo en suelos finos, especialmente si son licuables. Peso de la placa: entre 10 a 30

toneladas Dimensiones de la placa: 2x2 m hasta 6x6 m Altura de caída entre 15 y 30 metros


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PISONES DE EXPLOSIÓN:

Este tipo de maquinaria se levanta del suelo debido a la explosión de su motor, que por

reacción contra el mismo produce la suficiente fuerza ascendente para elevar toda ella unos

20cm. Al caer ejerce un segundo efecto compactador dependiente de su peso y altura de

elevación.

Estos pisones son muy apropiados para suelos coherentes, aunque también den resultado con

otra clase de materiales. Son muy buenos para la compactación de zanjas, bordes de

terraplenes, cimientos de edificios, etc. La habilidad del operador es decisiva en el

rendimiento y calidad del trabajo. Los pisones grandes, de 500 a 1000 kg. Llegan a compactar

incluso de uno 30 cm de espesor en 4 ó 6 pasadas.

LA ELECCIÓN DEL EQUIPO DE COMPACTACIÓN DEPENDE DEL TIPO DE

SUELO

Rodillos lisos: se utilizan en gravas y arenas mecánicamente estables.

Rodillos neumáticos: se usa en arenas uniformes y suelos cohesivos, humedad cercana

a límite plástico.

Rodillos “pata de cabra”: suelos finos, humedad entre 7 a 20 % por debajo del límite

plástico

Rodillo vibratorio: se utiliza especialmente en suelos granulares

SUELOS GRANULARES: Se compactan mejor por vibración. La vibración reduce las

fuerzas de fricción, dejando que las partículas caigan libremente por su propio peso.

Pisones

Rodillo Pata de Cabra y Neumático

Circulación adecuada del equipo de transporte


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SUELOS COHESIVOS: Se compactan mejor por amasado e impacto. La tendencia de los

suelos es combinarse, formando laminaciones continuas con espacios de aire entre ellas,

impidiendo que caigan partículas en los vacíos con la vibración. La fuerza de impacto produce

un esfuerzo de cizalle que junta las laminaciones, oprimiendo las bolsas de aire hacia la

superficie.

Placas y rodillos vibratorios

Masas desde altura ( comp. dinámica )


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COLUMNAS DE GRAVAS

Las columnas de grava son perforaciones

verticales en el terreno, que se rellenan en

sentido ascendente con grava introducida

mediante un vibrador, que va realizando

su compactación. Constituyen un método

de mejora o refuerzo del terreno.

El concepto de emplear inclusiones

granulares para mejorar un suelo blando es

relativamente antiguo. Ya en 1836 el coronel

francés Burbach empleó por primera vez

columnas de arena como cimentación profunda para sustituir a los pilotes de madera, muy

comunes por aquel entonces pero que se degradan rápidamente en terrenos sometidos a

fluctuaciones del nivel freático (Schlosser y Simón, 2006). Sin embargo, no ha sido hasta los

años 50 del pasado siglo cuando las columnas de grava empezaron a utilizarse. Surgieron

como consecuencia de intentar emplear la vibro compactación clásica en suelos no granulares,

en los cuales, la cohesión e impermeabilidad del terreno no permite el reordenamiento

instantáneo de las partículas en configuraciones más densas. Fueron utilizadas por primera

vez en 1957 por la compañía Keller y hasta 1972 no se empezaron a utilizar en Estados

Unidos.

Las columnas de grava como inclusiones rígidas provocan una redistribución de las tensiones

aplicadas y una concentración de éstas sobre las columnas. Así, se aumenta la rigidez del

conjunto, disminuyendo los asientos y haciéndolos más uniformes. Además de la reducción

del valor final del asiento, las columnas de grava debido a su alta permeabilidad constituyen

excelentes drenes verticales, que reducen el camino de drenaje y aceleran la consolidación del

suelo circundante bajo la aplicación de cargas.


63


Al introducir en el suelo blando un material granular que posee unas características resistentes

mejores, la capacidad portante y la estabilidad frente a deslizamiento del terreno resultante

aumenta.

Por último, gran parte del éxito que tienen las columnas de grava en la costa oeste de Estados

Unidos y en Japón se debe a su capacidad para reducir la posibilidad de licuefacción en caso

de terremoto. Su eficacia para mitigar este fenómeno se debe a su capacidad de disipar las

presiones intersticiales sin que los fuertes cizallamientos provocados por un terremoto o una

carga cíclica, como un fuerte oleaje, dañen completamente su integridad e impidan que sigan

funcionando como drenes, a diferencia de lo que ocurre en los drenes prefabricados.

FUNCIONES

Como resumen, las cinco funciones que un tratamiento mediante columnas de grava es capaz

de desarrollar son:

• Reducción de los asientos totales y diferenciales

• Aceleración del proceso de consolidación

• Aumento de la capacidad portante del suelo

• Aumento de la estabilidad frente a deslizamientos

• Reducción de la posibilidad de licuefacción del suelo

APLICACIONES

El rango de aplicación de las columnas de grava se sitúa entre aquellos casos en los que el

empleo de cimentaciones profundas convencionales (pilotaje) no es necesario por estar el

estrato resistente a poca profundidad y/o por no ser la carga a soportar de suficiente entidad, y

aquellas situaciones en las que la sustitución o estabilización de todo el sustrato blando

superior es muy costosa, al ser éste de gran espesor.


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Su empleo está justificado en la cimentación de un gran número de elementos,

Como por ejemplo:

Terraplenes. No sólo en la parte central para aumentar su capacidad portante,

disminuir y acelerar su asiento, sino también en los laterales para aumentar la

estabilidad del pie del talud.

Carreteras y ferrocarriles.

Naves industriales y comerciales

Edificaciones de gran extensión y poca altura. En este tipo de edificaciones su gran

extensión supone un elevado coste para el pilotaje y sin embargo, debido a su escasa

altura, las cargas a soportar no son elevadas. Este tipo de estructuras se pueden

cimentar mediante zapatas apoyadas en columnas de grava. Si la solera va a soportar


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cargas elevadas, como puede ocurrir en naves de almacenamiento, también deberá

cimentarse sobre columnas.

Oficinas, residencial colectivo e individual.

Accesos a puentes. El paso de una estructura muy flexible (terraplén) a una muy

rígida (puente) puede provocar escalones y saltos no deseados. Este acercamiento al

estribo puede realizarse de una manera más continua si se emplean sistemas de

cimentación que permitan ir rigidizando poco a poco el terraplén, como por ejemplo

las columnas de grava


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Tanques de almacenamiento. Estas estructuras generan cargas muy repartidas en las

que resulta muy costoso emplear pilotaje. Sin embargo, las exigencias en cuanto a

asientos totales y diferenciales son muy restrictivas.


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MAQUINARIAS QUE SE

UTILIZAN

Un equipo completo para la

ejecución de columnas de grava

consiste en una máquina con

mástil, un vibrador, un compresor,

un generador, una tolva móvil y

una pala cargadora.

A. Máquina con mástil o

vibrocat

Se trata de una máquina de orugas

dotada de un mástil de hasta 12

metros. Es la que permite la sujeción

e inca del vibrador a la vez que

transmite el empuje necesario

adicional (hasta 30 toneladas de

empuje estático) para hacer posible

la hinca a las profundidades de


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proyecto.

En el caso de superar 10-12 metros de profundidad, existen algunas máquinas que permiten

cierta extensión del mástil hasta los 20 metros, y a partir

de estas profundidades se emplea una grúa con pluma de

la que cuelga el vibrador.

B. Vibrador

El vibrador es otro de los elementos fundamental para la

correcta ejecución de este tipo de cimentaciones.

Hasta hace poco los vibradores compactos sin descarga

inferior has sido los más empleados al tener mayores

capacidades y rendimientos, pero en la actualidad la

evolución de los vibradores con carga interior han

conseguido equipararse lo que ha hecho que se impongan

en este tipo de obras dadas las ventajas que proporcionan


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al asegurar la continuidad estructural de la columna.

Los elementos que componen el vibrador de descarga inferior y que son de suma importancia

Para su correcto funcionamiento son:

Excéntrica: permite la vibración y que el vibrador puede hacer el péndulo durante la

hinca.

Motor eléctrico: para su funcionamiento. La utilización de motores eléctricos ha

supuesto el que se pueda proporcionar una mayor energía frente a los sistemas

hidráulicos.

Junta anti vibratoria: es fundamental para absorber las vibraciones producidas y

evitar que se transmitan al resto del equipo.

Sistema de descarga: compuesto por la cámara de descarga, tubo alimentador y

orificio de salida, permiten la toma de la grava en la parte superior y una alimentación

continúa hasta el orificio de salida.

Es muy importante el que la grava sea de la granulometría especificada y que esté limpia para

evitar que se obture el tubo alimentador.

C. Tolva Móvil

La tolva móvil es el alimentador de grava de los vibradores con alimentación interior y


70


descarga inferior. La tolva se carga con una pala cargadora y se eleva unos 4 metros apoyada

sobre el mástil hasta la cámara de descarga superior del vibrador desde la que sale el tubo

alimentador que llega hasta el orificio de salida. Una vez descargado todo el material, la tolva

vuelva a su posición inicial a la espera de una nueva carga.

D. Otros elementos necesarios

Para la ejecución de columnas de grava por vía seca es necesario disponer de un compresor.

Si el vibrador empleado es eléctrico se necesita un generador y un cuadro eléctrico

METODOS DE CONSTRUCCIÓN

Existen métodos para su construcción que son la vibro flotación o vibro compactación

clásica, el vibro desplazamiento y la vibro sustitución. Estos dos últimos son las dos

técnicas habituales para ejecutar columnas de grava. También se denominan vía seca (“dry-

way”) o vía húmeda (“wetway”) respectivamente. En ambos métodos un vibrador

cilíndrico, que puede ser eléctrico o hidráulico, penetra en el suelo comprimiendo el suelo

lateralmente y formando una perforación que posteriormente se rellena con grava compactada

por el vibrador. La diferencia fundamental entre la vía seca y la vía húmeda, como su propio

nombre indica, es el empleo de agua o aire para facilitar la penetración del vibrador.


71


CARACTERÍSTICAS DE LAS COLUMNAS DE GRAVA

Algunas características de las columnas de grava son:

El rango de diámetros es de 0.5 a 1.2 m, siendo el más común actualmente el de 0.7-

0.8 m para la vía seca. Los diámetros conseguidos mediante la vía húmeda siempre

son mayores que los conseguidos por la vía seca. El diámetro depende en gran medida

de la deformabilidad del suelo. Como referencia, con un vibrador de 0.65 m de

diámetro y vía seca se alcanzan diámetros superiores a 1 m para una resistencia del

suelo inferior a 4 golpes del ensayo SPT (ensayo de penetración dinámica estándar), y

para golpeos superiores a 10, el diámetro es el del vibrador.

Las profundidades habituales de las columnas están entre 6 y 10 aunque se puede

llegar a profundidades de 30 m, no suele ser rentable salvo casos excepcionales.

Normalmente, las columnas se llevan hasta una capa rígida, aunque también se

pueden dejar como elementos flotantes que trabajan por rozamiento

Es recomendable la construcción de una capa superficial de grava (“blanket”) de un

espesor aproximadamente igual al radio de la columna. Ésta sirve para expulsar el

agua, homogeneizar los asientos y repartir las cargas.

FASES DE CONSTRUCCIÓN

Las fases de construcción de ambas técnicas son muy similares.

1) Penetración: El vibrador penetra en el terreno con la ayuda de aire comprimido o agua.

El aporte de aire comprimido es fundamental para compensar los efectos de la succión

en el caso del vibro desplazamiento (vía seca).


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2) Esta segunda fase es la que no existe en el vibro desplazamiento y consiste en el

ensanchamiento del agujero debido al flujo de agua. Este flujo limpia los finos del

suelo tratado. La denominación de vibro sustitución se debe a que este material

eliminado es sustituido por grava, mientras que en el vibro desplazamiento no se

elimina nada de suelo, simplemente se desplaza lateralmente.

3) Aporte de la grava. Una vez alcanzada la profundidad deseada se procede al Aporte de

la grava en tongadas de unos 50 cm.

4) La grava aportada es compactada por la vibración. Esta vibración provoca que la grava

penetre en las paredes del terreno natural. La finalización de cada tongada viene

indicada por la resistencia a bajar del vibrador, medida por la intensidad aplicada al

vibrador, que representa el consumo de energía. En las zonas menos resistentes la

grava penetrará más en el suelo, por ello el diámetro de la columna variará con la

altura, coincidiendo los estratos más blandos con los diámetros mayores.

DIFERENCIAS ENTRE VÍA SECA Y VÍA HÚMEDA

En vía seca no se altera el terreno, ni se extrae. En vía húmeda se produce alteración al

introducir agua a presión al terreno.

En vía húmeda se necesita un importante aporte de agua y una eficaz retirada de los

lodos resultantes. Estos lodos deben ser retirados a vertedero. En vía seca, no existe

este problema.

En vía seca la plataforma de trabajo es transitable, en vía húmeda se necesita un

sistema de evacuación de lodos (balsas, zanjas, etc.)


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74



75


COLUMNAS DE CAL-CEMENTO (DEEP

SOIL MIXING)

Este método se desarrolló en Suecia y Japón en

los años sesenta, aunque en Suecia era común

el método en vía seca y en Japón, en vía

húmeda. En sus orígenes solo se utilizaba

como material de aportación la cal viva para

estabilizar las arcillas plásticas y disminuir los

asientos en obras civiles. En los años ochenta

fue la técnica de mejora de suelo más utilizada

durante la gran extensión de las redes de


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autovías en Suecia. En el mismo tiempo se empezó a utilizar cemento con cal como material

de aportación en distintas proporciones de mezcla (25–50%, 50-50% y 75-25%). Durante los

noventa se usaron otros tipos de materiales de aportación como bentonita, yesos, ceniza

volante, etc. Además se empezaron a utilizar varios aditivos para mejorar las características

del terreno mejorado y ampliar la aplicación del método a los terrenos, hasta entonces, no

tratables. También se reemplazaron materiales habituales de aportación por agentes químicos

oxidantes y otros materiales reactivos para controlar contaminantes perjudiciales.

TÉCNICA DEL DEEP SOIL MIXING

Este sistema de estabilización profunda de suelos consiste en la ejecución de columnas de cal,

de cemento, o de distintas proporciones de cal-cemento en vía seca.

Estas columnas se forman por una mezcla de terreno y material de aportación, utilizando una

mezcladora giratoria que perfora el terreno a rotación Una vez alcanzada la profundidad de

diseño se inyectan con aire comprimido la cal y/o el cemento a través de la perforadora

mientras la herramienta se extrae lentamente.


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Este método de mejora del suelo es aplicable en arcillas blandas, terrenos orgánicos, limos

blandos, arenas sueltas, etc., con el fin de mejorar las características geo mecánicas del

terreno.

MAQUINARIAS

Para la ejecución de columnas de cal-cemento se requiere un equipo básico compuesto por:

Máquina base de orugas para sujeción de mástil


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Barra Kelly para sujeción de la mezcladora

Unidad auxiliar para el bombeo de la mezcla

Silos para almacenamiento de materiales


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Actualmente, este sistema suele encontrarse monitorizado, siendo posible introducir en el

ordenador del sistema los parámetros deseados, como la velocidad de rotación, velocidad de

extracción y dosificación de la mezcla. Las variaciones de las características del terreno y la

velocidad del suministro de mezcla son constantemente recalculados y varían dependiendo de

cada columna. Esto asegura una correcta distribución de la mezcla en cada estrato donde se

realice la estabilización se termina aproximadamente a 0,3 metros por debajo de la plataforma

de trabajo para evitar que el material de aportación con el aire comprimido salga al aire libre.

Existe la posibilidad de que, al inyectar toda la longitud de columna, la mezcladora baje y

suba una vez más para homogeneizar adicionalmente la mezcla de la columna y/o añadir agua

durante el proceso de la mezcla si fuera necesario.

PARAMETROS BÁSICOS


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Un ejemplo de los parámetros de instalación podría ser una velocidad de rotación entre 100–

200 rpm, ratio de elevación entre 10 y 30 mm/rotación, cantidad de material de aportación 50-

250 kg/m3 de columna, longitudes de columna hasta 25 m y diámetro de 0,6-1 m.

JET GROUTING

El Jet Grouting es una técnica que se ha

consolidado en España durante los últimos años.

Fue desarrollada en Japón en los años 70. En

1979 se introduce en Alemania y Estados Unidos

y posteriormente la técnica es asumida por las

principales firmas constructivas en todos los

países. En los años 80 se difunde a partir de

revistas especializadas en construcción e

ingeniería y ya aparece descrita en

contribuciones a congresos internacionales y

específicos. A partir de los 90 la técnica ocupa

capítulo aparte en textos de mejora del terreno.

LA TECNICA DEL JET GROUTING

El Jet Grouting, como indica su nombre (jet=chorro, grout=lechada), es un método de mejora

del terreno que utiliza uno o varios chorros de fluido inyectados a presión para erosionar el

suelo mientras éste se mezcla con la lechada “in situ”. Parte del material inyectado y parte del

suelo refluyen hasta la superficie a través de la perforación. Este material es el que se conoce

como rechazo. El resultado final es un cambio del suelo original por una mezcla de parte de

este suelo original, lechada de cemento, agua y aire que se conoce como suelo-cemento.


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La correcta evacuación del rechazo es necesaria para que el tratamiento tenga éxito ya que si

se bloquea el conducto el material fluido en la zona de inyección se ve sometido a la presión

de inyección y se produce fracturación hidráulica del terreno. Esto provoca una mejora del

terreno muy irregular y una posible afección a estructuras cercanas.

Para la ejecución de esta técnica es necesario un equipo de inyección específico además de los

medios para preparar la mezcla de inyección así como de compresor es para dar presión a los

fluidos de inyección. El equipo de inyección consta de:

-Una o más tuberías que transportan los fluidos de inyección conocida como sarta.

-Una herramienta conocida como lanza situada al final de la sarta donde se realiza la inyección.

-Una torre que regula los movimientos de avance y rotación de la sarta y la lanza.


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-Una boquilla por donde el fluido sale a presión.

Existen distintos sistemas o modalidades de tratamiento que, a efectos prácticos, se diferencian por el número de fluidos que se inyecta. Esta y otras característica importantes de las distintas modalidades de jet se resumen en la tabla:

En función del tipo de jet, existe la posibilidad de ejecutar una primera pasada con agua a

presión para realizar un pre-corte del terreno. También puede utilizarse un sostenimiento de la

perforación para facilitar la evacuación del rechazo aunque es un recurso que hace la

ejecución más lenta.

PARAMETROS BASICOS DE TRATAMIENTO

En los tratamientos de inyección a chorro suele utilizarse cemento Portland en lechadas que

tienen relaciones agua-cemento en peso entre 0,6 y 2,5.

Otros parámetros a considerar son la velocidad de ascenso o retirada del monitor, la velocidad

de giro del monitor, la presión de inyección de los distintos fluidos y el caudal de inyección.

El rango de valores típicos de estos parámetros en función de los tipos de jet mencionados se


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recoge en la tabla:

La energía específica o energía aplicada por unidad de longitud (Croce y Flora, 2000) es un

parámetro útil para sintetizar las características de una tratamiento. Puede expresarse, para

cada chorro de inyección, como:

Donde ρ es la densidad del flujo inyectado, Q es el caudal de inyección, d es el diámetro de la

boquilla y v la velocidad de retirada. La energía específica tiene una relación directa con el

diámetro de la columna tratada. El desarrollo de la técnica ha avanzado hacia equipos capaces

de aplicar una energía mayor con lo que se obtienen diámetros mayores.


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MECANISMO DE ACTUACIÓN

El jet-grouting puede actuar sobre el terreno de dos formas distintas. La inyección puede

repartirse por el terreno mediante un mecanismo de filtración pasando entre los huecos del

terreno, desplazando los fluidos presentes, sin afectar la estructura del suelo, tal y como se

representa en la figura Otra posibilidad es que el chorro de inyección rompa el suelo y forme

una mezcla fluida con el material erosionado (figuras 2.1.3.1.b y 2.1.3.1.c).

Para terrenos como las gravas el mecanismo de filtración es relevante pero para el resto de

suelos el mecanismo de erosión lo es más.

FACTOR A DESTACAR


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La composición del material resultante es uno de los aspectos menos conocidos de los

tratamientos mediante jet-grouting. El motivo de esta incertidumbre es la necesidad de hacer

un balance de masas y volúmenes que considere el material inyectado, el suelo antes del

tratamiento y el suelo-cemento que existe al final, pero también el rechazo. Este cálculo

resulta difícil porque generalmente no se controla el material de rechazo. No obstante, cabe

decir que existen en la literatura diversas soluciones para estimar la composición del material

tratado.

INYECCIONES DE SUELO – CONGELAMIENTO

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.

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


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cuidadosamente.

APLICABILIDAD

Sólo se puede usar cuando el suelo está bajo la napa freática. Se usa para excavaciones de

pozos y túneles como refuerzo e impermeabilización provisoria.

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.


http://teoriadeconstruccion.files.wordpress.com/2010/08/congelacion-terreno.png

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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


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circuito cerrado de congelación.

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

nitrógeno líquido), es transportada a pié de obra en camiones cisterna y desde ellos es

bombeada a baja temperatura (» -196 ºC), 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 -60ºC 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


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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


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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


91


suelo.

.

CONCLUSIONES

a importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y

disminución de capacidad de deformación que se obtiene al sujetar el suelo a técnicas

convenientes que aumenten su peso especifico secos, disminuyendo sus vacíos. Por lo

general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas

de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa,

muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el suelo natural,

como en el caso de cimentaciones sobre arenas sueltas.

Los métodos utilizados para la compactación de los suelos dependen de los tipos de

materiales con los que se trabaje en cada caso; con base en un experimento sencillo que los

materiales puramente friccionantes, como la arena, se compactan eficientemente por

métodos vibratorios, en tanto que en los suelos plásticos el procedimiento de carga estática

resulte mas ventajoso.


92


GLOSARIO

Compactación: proceso de empaquetamiento de las partículas de suelo más

cercanamente posible por medio mecánico aumentando la densidad seca.

OCH: humedad del suelo que produce una máxima densidad seca.

Máxima Densidad Seca: usando una compactación al OCH.

Compactación Relativa: porcentaje entre la densidad seca del suelo y su máxima

densidad seca.

Densidad seca – Contenido de humedad: relación entre densidad seca y el

contenido de humedad bajo un esfuerzo de compactación.

Porcentaje de vacíos de aire: volumen de vacíos de aire expresado como un

porcentaje del volumen total del suelo.

Línea de vacíos de aire: la línea muestra la densidad seca – contenido de humedad

relación para un suelo conteniendo un porcentaje constante de vacíos de aire.

Línea de saturación Cero: (línea Cero de vacíos de aire) la línea muestra la

Densidad seca – Contenido de humedad para un suelo de cero de vacíos de aire.


93


V. BIBLIOGRAFÍA

WALTON DENIS, Manual Práctico de Construcción: A. Madrid Vicente

ediciones 2000.

McCORMAC, Jack C. Diseño de Estructuras Metálicas. México: RSI, 1975. 789p.

PARKER, Harry. Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores.

México: Limusa, 1972. 363p.

METAL DECK. Manual técnico. Bogota: ANDES. 73p.

INTERNET: www. altavista.com


94



inyeccion y mejoramiento de suelos

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