Hace 39 años, se creó Geofundaciones en nuestro país vecino, Colombia. A lo largo de estas décadas, ha experimentado un notable crecimiento hasta consolidarse como la empresa líder en perforación en Sudamérica, ampliando su presencia con sucursales en Panamá, Ecuador y Perú. La sucursal de Geofundaciones en Perú fue establecida hace 14 años, marcando el comienzo de una trayectoria que la ha consolidado como líder en soluciones geotécnicas en el país.
Hace 3 años, Geofundaciones del Perú tomó una decisión estratégica al separar su línea de mejoramiento de suelos y cimentaciones profundas, dando origen a Geosoluciones Integrales de Perforación S.A.C. Esta medida ha sido fundamental para mantener el mismo nivel de éxito que nos caracteriza.
G.S.I. es una empresa reconocida en el sector de la geotecnia e ingeniería, ofrecemos a nuestros clientes soluciones integrales geotécnicas aportando experiencia, conocimiento y recursos acordes a las condiciones de cada proyecto, presentando soluciones alternativas favorables.
Somos especialistas en el Diseño, Construcción e Instalación de soluciones geotécnicas aplicando diferentes técnicas que aportan valor agregado al proyecto cumpliendo con altos estándares de seguridad, calidad y economía.
FREDY TRIANA RODRIGUEZ
Ingeniero Civil con más de 25 años de experiencia en geotecnia aplicada y cimentaciones profundas.
13 años en cargos directivos en empresas de geotecnia. Socio Fundador de Geosoluciones
Integrales de Perforación S.A.C.
Arquitecto con Especialidad en Geotecnia con más de 15 años de experiencia en geotecnia aplicada y cimentaciones profundas. Gerente General de Geosoluciones
Integrales de Perforación S.A.C
Brindar soluciones integrales a problemas geotécnicos, aportando experiencia, conocimiento y los recursos necesarios en cada Proyecto.
Ser la empresa más competitiva en el mercado peruano y lograr la expansión en Latinoamérica dentro de los próximos 5 años.
En el presente e-book se analizan las etapas para poder llevar a cabo la implementación de un proyecto exitoso de mejoramiento de suelos mediante la tecnología de Inclusiones rígidas, a través del método in situ El análisis comienza desde la interpretación del estudio de suelos para detectar la problemática del suelo de cimentación. Posteriormente se abordan los métodos de diseño pertinentes, culminando con el proceso de ejecución y controles de calidad necesarios.
Se describirán las normativas nacionales y extranjeras que servirán de eje para determinar los requerimientos mínimos en esta tecnología, así como, base para los controles de calidad en las Inclusiones rígidas
Exploraremos la historia y evolución de la tecnología de Inclusiones rígidas, detallaremos los principios de diseño y las pruebas in situ, que se recomiendan considerar como parte de las evaluaciones de calidad post ejecución de este sistema de mejoramiento de suelos, los beneficios que proporciona hacia el suelo de cimentación, como el aumento de la capacidad de carga, control de asentamiento, mejora de resistencia al corte y reducción del riesgo de hundimiento.
En cuanto a tipologías de cimentación, podemos establecer dos extremos claramente diferenciables, las cimentaciones superficiales, donde las cargas trasmitidas pasan directamente al terreno sobre el que se construye, y las cimentaciones profundas, donde todas las cargas se trasmiten a través de los pilotes o inclusiones hasta una capa portante profunda. Entre ambos, existe un tipo denominado cimentación mixta, donde parte de las solicitaciones son soportadas por las inclusiones y parte por el terreno que las rodea.
La técnica de mejora con inclusiones rígidas es muy parecida a la cimentación mixta, ya que combina elementos verticales rígidos, y una losa superficial, pero sin que exista una conexión rígida entre ambos, como ocurre con la cimentación mixta. En la práctica, esto se traduce, en la aparición de una capa de reparto de cargas que normalmente será de material granular entre los dos elementos.
En este E-book se estudiarán los mecanismos de funcionamiento del terreno a partir de inclusiones rígidas. Las técnicas de refuerzo de suelos con inclusiones rígidas generan una serie de interacciones complejas, que aparecen desde la obra que se va a construir hasta el sustrato resistente, pasando por la capa de terreno blando que se desea mejorar
Las interacciones que suelen presentarse son la interacción entre la estructura y la capa de transferencia de cargas y la interacción entre el encepado de transferencia y la masa de terreno reforzado. Además, se puede presentar la interacción en la interfase entre el suelo compresible y las inclusiones rígidas y la interacción entre la punta o parte inferior de la inclusión y el terreno portante en el que se incrusta.
En este articulo buscamos compartir los conocimientos adquiridos durante nuestra experiencia de más de 13 años de geotecnia aplicada en Perú y más de 40 años a nivel internacional para que el lector pueda adquirir los criterios necesarios para su aplicación en el diseño y ejecución de mejoramiento de suelos mediante la técnica de Inclusiones rígidas
Analizaremos las necesidades y variables que se presentan en las diversas etapas de la aplicación del mejoramiento de suelos, además de sus beneficios y ventajas. Asimismo, podrá adquirir el criterio adecuado para iniciarse en la etapa de diseño de mejoramiento de suelos con
inclusiones rígidas, conocimientos para su participación activa en proyectos, el procedimiento para una correcta ejecución y comprobaciones necesarias como parte de la evaluación
Palabras clave: Inclusiones rígidas; Capa de reparto; Mejoramiento de suelos; Tecnología; geotecnia aplicada; Diseño y Ejecución
El mejoramiento de suelos mediante inclusiones rígidas es un método utilizado desde principios del siglo XX para mejorar la capacidad de carga. La necesidad de búsqueda de técnicas de mejora de terrenos surge ante la necesidad de realizar construcciones sobre terrenos de consistencia blanda, baja capacidad portante, reducida resistencia de corte y elevadas deformaciones.
En principio, se deben realizar una serie de consideraciones previas, por ejemplo, conocer el objetivo de la mejora a ejecutar, el tipo de terreno y sus características iniciales. La superficie total, profundidad y volumen de suelo a tratar.
Dada la complejidad para la caracterización de suelos blandos, existe una serie de ensayos específicos para terrenos blandos, a partir de los cuales se puede determinar los parámetros de resistencia y deformación, la permeabilidad y el peso específico del terreno en cuestión. Los principales ensayos para realizar son los siguientes:
▪ Ensayos de granulometría, para conocer el porcentaje de partículas finas existentes
▪ Ensayos de plasticidad
▪ Ensayos triaxiales, de corte directo y de compresión simple para conocer los principales parámetros de resistencia.
▪ Ensayos de consolidación en edómetro para conocer los parámetros de deformación del terreno y la permeabilidad.
▪ Ensayos CPTU o piezocono, de aplicación específica para suelos blandos, con la finalidad de medir la resistencia del terreno a la penetración, por punta y lateral de una punta cónica que se va hincando a velocidad constante, además de medir la presión intersticial del agua a cada profundidad.
Una vez conocida las características que definen el terreno, se procede a la elección del tipo de tratamiento que se deberá aplicar. Existen varias clasificaciones de los distintos tipos de mejora de terrenos blandos, una de ellas es, por ejemplo, la adoptada por la Guía de Cimentaciones de Obras de Carretera del Ministerio de Fomento, Gobierno de España, donde se exponen las técnicas de mejora en función de su aplicabilidad dependiendo del tipo de terreno
En el procedimiento de ejecución de inclusiones rígidas se debe considerar la ubicación topográfica de cada uno de los elementos a ejecutar para proceder con la perforación por rotación del terreno a través del barreno de la perforadora. Una vez alcanzada la profundidad de diseño, se empieza a bombear concreto fresco desde el punto de bombeo hasta el fondo de la perforación. Esto se realiza mediante un sistema de mangueras y tuberías que recorren el terreno y mástil de la perforadora.
A medida que se va bombeando concreto, el barreno va siendo retirado del terreno, de esta forma se asegura el reemplazo del terreno a mejorar por concreto tremie. El proceso continuo hasta que el barreno alcance el nivel de superficie.
Luego de alcanzar el nivel de superficie, se realiza la verificación del nivel de terreno para asegurarse de que se ejecute la I.R. hasta la cota de plataforma según diseño.
Las Inclusiones rígidas constituyen una técnica de mejora basada en la inclusión de elementos rígidos y de elevada resistencia en comparación con el terreno natural. Se consiguen dos efectos: la densificación del terreno por desplazamiento, disminuyendo la deformabilidad de este, y el aumento de la capacidad portante debido a la inclusión de esos elementos de mayor resistencia.
Las inclusiones rígidas son una técnica de mejoramiento de suelo que se basa en la formación de columnas de elevada resistencia y alto módulo de elasticidad en comparación con el terreno natural. Estas columnas se construyen utilizando materiales de comportamiento elástico, lineal y de falla frágil, siendo el concreto uno de los principales materiales utilizados.
El objetivo de las inclusiones rígidas es transmitir la carga desde la capa de reparto y el propio terreno natural a un estrato más competente. Esto ayuda a reducir los asentamientos y garantizar la estabilidad global de la cimentación. A continuación, se mencionará definiciones y conceptos básicos relacionados con este método:
Inclusión Rígida
La inclusión rígida es un elemento vertical principalmente de material de concreto incorporado en el suelo. Se forma una columna de elevada resistencia y alto módulo de elasticidad en comparación con el terreno natural.
Mejoramiento de Suelos
Proceso de mejora de las características del suelo, especialmente la de la capacidad de carga, para que el suelo logre alcanzar el nivel de resistencia demandado por las cargas de la estructura y sobrecargas de los sismos.
Módulo de Elasticidad
El módulo de elasticidad (también conocido como módulo de Young) es un parámetro característico de cada material que mide la rigidez de un material y su capacidad para resistir la deformación bajo carga. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación en la región elástica, y la pendiente de esta relación es precisamente el módulo de elasticidad.
Carga Vertical
Fuerzas que actúan sobre una estructura en dirección vertical, aplicadas mediante la cimentación hacia la superficie del suelo mejorado como cargas distribuidas.
Capa de Reparto
La capa de reparto (también conocida como colchón de reparto o capa de transferencia de cargas) es un elemento fundamental en la técnica de inclusiones rígidas. Es esencial para garantizar una distribución eficiente de las cargas y evitar concentraciones de esfuerzos en las inclusiones rígidas.
Análisis Geotécnico
Análisis previo del sitio para evaluar las condiciones del suelo, determinar la necesidad de mejora y diseñar adecuadamente una solución geotécnica.
A pesar del reciente auge de este sistema de cimentación, esta técnica se remonta a la Época Precolombina. En la Figura 1 se muestra un esquema de la cimentación del acueducto que transportaba el agua potable desde las Lomas de Chapultepec hacia Tenochtitlán, en la época de los Aztecas. Las inclusiones eran estacas cortas de madera, y la plataforma de distribución estaba constituida por una mezcla de tezontle y roca volcánica estabilizada con limo.
Figura 1. Representación esquemática de la cimentación del acueducto ChapultepecTenochtitlán (Auvinet y Rodríguez, 2006).
A principios del siglo XX, se comenzaron a utilizar inclusiones rígidas, principalmente en forma de pilotes, para mejorar la capacidad de carga del suelo. La técnica se aplicó inicialmente en la construcción de cimientos para edificaciones. A medida que avanzaba la tecnología, se experimentó con diferentes materiales para las inclusiones, como madera, acero y concreto. Se desarrollaron métodos más eficientes para la instalación de pilotes, incluidas técnicas de perforación y colocación.
A lo largo de las décadas de 1950 y 1960, se intensificaron las investigaciones geotécnicas que llevaron a una comprensión más profunda del comportamiento del suelo y la interacción sueloestructura. Diversos autores atribuyen el inicio en el desarrollo de este sistema a los países Escandinavos de la década de los setentas, donde era principalmente utilizado en la construcción de terraplenes para carreteras sobre suelos blandos (Briançon et al., 2004; Simon y Schlosser, 2006; Simon, 2012). Sin embargo, Rathmayer (1975) y Broms y Wong (1985), señalan el uso extensivo de terraplenes soportados por inclusiones en estos países desde principios de los años cuarenta. A mediados de los setentas, la Junta de Carreteras de Suecia ya proponía algunos lineamientos para su diseño (Swedish Road Board, 1974).
La ingeniería sueca introdujo en 1967 la técnica de las columnas de cal para reforzar un suelo blando, inventadas por el Sr. Kjeld Paus y difundidas por el Prof. Bengt Broms, esas columnas han tenido vasta aplicación en autopistas y desarrollos habitacionales, porque su presencia profusa incrementa la capacidad de carga y disminuye los asentamientos. Otra virtud de esta solución es que reduce el costo de las cimentaciones de estructuras ligeras sobre suelos blandos.
Los japoneses captaron el ingenio sueco y constituyeron máquinas de gran potencia para el mezclado del suelo con cemento y cal e inventaron el termino de “Deep mixing”: por su parte los
holandeses aportaron los drenes de arena que posteriormente se transformaron en primero en los pilotes granulares y después en las columnas de grava; más recientemente fabricantes europeos inventaron la perforación con helicoide para los pilotes de hélice continua CFA y posteriormente una broca helicoide que incrusta lateralmente los detritus de perforación.
En Europa han acuñado el termino de Inclusión rígida que se puede identificar a las columnas de cal, los pilotes de arena, las columnas de grava y los pilotes CFA sin acero, los núcleos y las láminas de mortero, asi como a otros ingenios. Conceptualmente cualquier elemento vertical rígido dentro de la masa de un suelo blando es una inclusión que refuerza el suelo y que debe ser independiente de la cimentación para evitar que se transforme en un punto duro, es importante aclarar que un pilote no es una inclusión porque es parte de la cimentación
Los avances en la ingeniería estructural y geotécnica condujeron a mejores métodos de diseño y análisis para la incorporación de inclusiones rígidas. Se desarrollaron normativas y códigos de construcción específicos para guiar el diseño y la instalación de inclusiones rígidas.
En las últimas décadas, se han producido avances significativos en la modelización numérica y en técnicas de monitoreo que permiten una comprensión más precisa del comportamiento del suelo y las inclusiones.
Auvinet, G. y Rodríguez, J. (2006). “Rigid Inclusions in Mexico City Soft Soils: History and Perspectives”. Symposium Rigid inclusions in difficult subsoil conditions, ISSMGE TC36, UNAM.
Briançon, L.; Kastner, R.; Simon, B.; Dias, D. (2004). “Etat des Connaissances: Amélioration des Sols par Inclusions Rigides”. Proceedings of the International Symposium on Ground Improvement, ASEP-GI 2004, Paris, September, Presses de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées.
Rathmayer, H. (1975). “Piled Embankment Supported by Single Pile Caps”. Proc. Istanbul Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Istanbul, Turkey, 283-290.
Miguel Ángel Mánica Malcom (2013). “Comportamiento Dinámico de Inclusiones Rígidas”
Enrique Santoyo V. y Enrique Santoyo R. (2013). “Retos Geotécnicos en Edificios Ligeros”
ASIRI, ”Recommendations for the design, construction and control of rigid inclusions ground improvements”. Presses des Ponts et Chaussées. IBN 978-2-85978-462-1.
BUSCHEMEIER B, MASSE F “Discussion of differences in design methodology between granular and grouted inclusions”. XXVI Reunión Nacional de Mecánica de suelos e Ingeniería Geotécnica, Cancún, México Nov 2012.
VARAKSIN S, HAMIDI B, RACINAIS J “The thin line between Deep foundations and soil improvement” Proceeding of the international Conference on Integrate Use and Protection of underground spaces, Kungur Ice Cave, Perm Region, Russian, May 2014.
