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VIBROFLOTACIÓN COMO MÉTODO DE MEJORAMIENTO DE SUELOS
Paulo Castillo Jofré Universidad de Santiago de Chile, Estudiante de Ingeniería Civil en Obras Civile
[email protected]
Franz Guerman Rodríguez Universidad de Santiago de Chile, Estudiante de Ingeniería Civil en Obras Civile
[email protected] Esteban Jamett Quezada Universidad de Santiago de Chile, Profesor Departamento de Obras Civiles
[email protected]
RESUMEN
Se describe un proceso de compactación profunda para suelos naturales como para que no han sido previamente compactados. Este suelo debe cumplir las cualidades granular, con poco porcentaje de finos (no cohesivos). El método sirve para mej propiedades mecánicas del suelo, ya sean la capacidad de soporte, la densificación e de anclaje, disminución de la permeabilidad, aumento del ángulo de fricción, implementación de la vibroflotación se considera de poco impacto ambiental debido a requiere grandes movimientos de tierra. 1. INTRODUCCIÓN
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La existencia de suelos con propiedades mecánicas bajas, como la capacidad de sopo origen a la implementación de métodos de mejoramiento de suelos. En la actualidad,
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método fue concebida por Steurmann en el año 1938. Desde aquel momento, h múltiples las publicaciones respecto a trabajos realizados con este método. Las principales características de este proceso es mejorar la densificación de granulares con poco contenido de finos, y así mejorar la capacidad del suelo para mayores solicitaciones transmitidas por la estructura y reducir los asentamientos to diferenciales que esta genera. 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 2.1. GENERALIDADES
La vibroflotación es un método de compactación profunda ampliamente difundido y u en todo el mundo con el fin de mejorar los suelos de baja capacidad soportante. A p esto, en Chile aún su uso no se ha masificado y se cuenta con muy pocos antecedente aplicación en suelos nacionales. El sistema busca primordialmente realizar mejoras de las cualidades mecánicas del s base a la compactación por medio de vibraciones consiguiendo una mayor capac carga, una disminución de los asentamientos y palear los riesgos de licuefacción en casos. También tiene utilidad en la modificación de la permeabilidad, permeabilidad, estabiliza taludes, densificación de suelos para generar zonas de anclaje, etc. En suelos granulares con alto índice de vacíos es posible generar una compactación m la redistribución de sus partículas. En el caso de estos suelos la mejor forma de ge reacomodo de los granos es por medio de vibraciones. Además, la presencia d disminuye la fricción entre partículas del suelo, las cuales por gravedad se van deposit una manera más óptima, generando una masa de suelo más compacta.
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Figura 2: Ámbitos 2: Ámbitos de aplicación de las técnicas de mejoras de suelos. Fuente: Documento Fuente: Documento Mejora de Suelos. Empresa KELLERTERRA.
Este es el rango de aplicación para el método de vibroflotación utilizado comúnmente empresas que prestan este servicio. Cabe mencionar que los suelos que se ven favor este proceso son del tipo gravoso y arenoso, los cuales se encuentran normalmente obras portuarias. En estas obras, al estar aledañas al mar, el terreno se encuentra satu cual no es impedimento para la utilización de la vibrocompactación. 2.2. OBJETIVOS Al utilizar este método, se espera obtener en el terreno las siguientes mejoras:
Permitir la edificación de estructuras apoyadosSign sobre no cohesivo up to este vote onsuelo this title necesidad de reemplazar éste por material de relleno estabilizado. Useful Not useful
Reducir los asentamientos totales y diferenciados ya que el suelo al no ser existen diferentes y reducidas densidades en distintos sectores a lo la
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3. MODELACIÓN Y DISEÑO
La vibroflotación sirve para el mejoramiento de suelos granulares, para que este sea a con efectividad se debe verificar el “parámetro de adecuación” S de Brown (1977) , defi la ecuación (1): Ecuación (1)
Donde, 50 es el diámetro en mm, tal que 50% en peso de las partículas del suelo tie diámetro menor; 20 y 10 se define de forma análoga. Según este autor, la vibroflotación actúa con mejores resultados cuando el parám adopta valores más bajos, el cual no es aplicable con S>40 o 50. La tabla 1 clas materiales en función del parámetro de adecuación y de los resultados que se obti densificarlos con vibroflotación según Brown.
Tabla 1: Clasificación de un material de relleno propuesto, Brown (1977). Fuente: Zapata, Juliana. Licuación de arenas en la Refinería General Lázaro Cárdenas, Fic A8.pdf. México: México: Universidad Universidad Autónoma Autónoma de México UNAM, UNAM, 12 Enero Enero de 2005. 2005.
En todos los proyectos es necesario realizar gran cantidad de puntos de mejora Sign up to vote on this title tamaño del terreno a mejorar. La distribución de estos puntos se realiza mediante la ex useful Useful Noten de una malla de puntos en vista en planta, generando un orden el procedimie vibración de los suelos con el fin de lograr la mejor influencia de esta en el su distribución más óptima de los puntos es una malla de triángulos equiláteros la cual lo
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Un método interesante para conseguir estos resultados es el utilizado por la empres Systems Inc., que consiste en disponer paralelamente varias mallas de prueba con dife de distanciamiento. Las mallas se colocan a una distancia igual al promedio de los la cada triángulo, generando que los puntos de toma de ensayos estén siempre en cond interior. Para estimar la efectividad del tratamiento es necesario realizar previamente en el natural ensayos de penetración ya sea spt o cpt los cuales arrojan valores de d relativa, indicadores de la resistencia del suelo. Posteriormente se realiza el proced anterior en los mismos puntos, con el fin de comparar compacidades relativas.
Figura 3: Malla de prueba y puntos de control (según Vibro Systems Inc.). 2003. Fuente: Ortuño, Luis. Vibroflotación. Columna de Grava. Madrid, España, 16this Diciembre Sign up to vote on title sobre Mejora del Terreno de Cimentación. Useful Not useful
3.1. CONCEPTO DE LICUEFACCIÓN Y SU RELACIÓN REL ACIÓN CON LA VIBROFLOTACIÓN.
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conjugado con el estado de saturación o presencia de napa subterránea se ven afecta los efectos de sismos de mediana y severa intensidad.
Figura 4: Colapso de edificaciones por licuación en el terremoto de Niigata. Fuente: Henríquez, Carlos. Mejora de terrenos potencialmente licuables con inyecciones compactación. Madrid, España, Enero 2007.
Son dos los fenómenos que generan los sismos en los suelos granulares, uno es el volumétrico y el segundo la reducción de la resistencia al corte. Al recibir una carga cí suelos granulares sueltos tienen un comportamiento contractivo al producirseun rea Sign up to vote on this title de las partículas generando una disminución de su volumen. Posterior a la reducc Useful Not useful restringida, volumen, si la expulsión del líquido intersticial está muy se comienza a des presiones de poro positivas. La magnitud de las presiones de poros depende de la m
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impermeabilización del suelo impidiendo que el agua penetre dentro del esqueleto además de reducir notablemente el cambio volumétrico de contracción en los mome sismo. Además mejora considerablemente la fricción entre las partículas, lo que aume más la resistencia al corte. 4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN
La vibroflotación consiste en un sistema que posee un vibrador que es suspendido m tubos desde una grúa, el cual es introducido en el terreno a compactar gracias a su peso y un chorro de agua que sale desde la punta a gran presión. A medida que el vibrador avanza, el terreno es desplazado de splazado y una parte sale hacia la su hasta que el vibrador llega a la profundidad deseada. Una vez ahí, se detiene parcialmente el flujo de agua y se comienza a vibrar la porción de suelo hasta ob compactación deseada, en general se obtiene un primer índice de compactación reg un cierto nivel de energía necesaria para seguir compactando, siendo éste el paráme definir el término de la compactación de la zona a vibrar. Posteriormente, se comienza a desplazar verticalmente el vibrador entre 50 y 1 dependiendo de la exigencias, y se repite el proceso de vibrado subiendo y baj vibrador para generar aún más compactación, gracias a la carga de compresión que e vibrador sobre las partículas, y también de permitir el descenso de los granos por los c del vibrador. Al llegar el vibrador a la parte superior, se ha generado un cono en la su del terreno por lo que es necesario rellenar con material aportante para compensa descenso producto de la densificación del terreno.
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4.1. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
El equipo mecánico consta de 3 partes fundamentales: 1) Un vibrador, que está conformado por un cuerpo tubular de acero de unos 35 a 45 diámetro, y de 2 a 4 toneladas, dentro del cual se aloja el motor. Este motor pu alimentado de manera eléctrica o hidráulica, siendo este último el de mayor capaci cuanto a la fuerza, frecuencia y amplitud de la vibración puede ser moderada de acuer condiciones geotécnicas del suelo y las exigencias de la obra. Para suelos blan potencia oscila entre 35 y 100 kW, kW, y para suelos de mayor dureza, como escom potencia puede llegar hasta 160 kW. Aunque existe una gran de variedad de suelos misma región, es conveniente utilizar una frecuencia media fija. Conjuntamente al m encuentran una serie de masas excéntricas respecto a un eje vertical, estas giran imp por el motor induciendo vibraciones y fuerzas horizontales al terreno. Además se a tubos de prolongación de acero que propician que el vibrador penetre a profundidades. Para evitar que el vibrador gire dentro del orificio del terreno, se d aletas en el extremo inferior del vibrador. 2) Un sistema de inyección de agua o aire por medio el cual circula el fluido encarg facilitar la penetración del aparato. Este sistema de inyección es introducido por l superior de los tubos de prolongación hasta la punta del vibrador. Existen sistem modernos que incluyen salidas de aguas por los costados de los tubos llamadas tobe el fin de cooperar con el avance de los tubos de acero.
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3) Un aparato de soporte, este puede ser un grúa o estructura capaz de soportar las ca
Figura 7: Grúa. Fuente: Documento Fuente: Documento Mejora de Suelos. Empresa KELLERTERRA.
Por último, se debe agregar un conector de material elástico ubicado entre el vibrad tubos de prolongación, con el fin de aislar de los movimientos la parte que se encuen cerca de la superficie para evitar daños o impactos en la estructura. 5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS 5.1. VENTAJAS
Esta técnica no presenta problemas con la presencia de napas subterráneas, y presencia de agua aporta con el reacomodamiento de los granos, producto vibraciones disminuyendo la fricción entre granos.
A nivel europeo, es una tecnología económica, aunque en Chile se consid tecnología de costos elevados por ser de reciente ingreso al mercado. Sign up to vote on this title
Useful oproblemas Not useful a estruc daños Las vibraciones inducidas al suelo no provocan existentes, posibilitando su uso en obras con edificaciones aledañas.
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5.2. DESVENTAJAS
En Chile no es muy económico el uso de la vibrocompactación, debido a su alt por la necesidad de maquinarias sofisticadas y mano de obra calificada.
Su rango de aplicación es reducido, ya que debe ser utilizado en suelos específ
No es eficaz a bajas profundidades, ya que el suelo en la superficie tiene confinamiento, lo cual, es recomendado realizar un tratamiento de compa superficial.
6. EJEMPLOS EN CHILE Y EL MUNDO
6.1. VIBROFLOTACIÓN PARA MUELLE DE LAGOVEN EN LAGUNILLAS, ZULIA, 198
Este método fue utilizado para mejorar la capacidad de soporte del suelo existente don a ser descargadas las solicitaciones de la estructura del muelle, la empresa Lagoven nuevo tablestacado y relleno los espacios con arenas finas del lago. Por el hecho de que el terreno se encontraba susceptible a licuefacción por ser un re compactado, los asesores del laboratorio de ELF, Holanda, recomendaron la utiliza método vibroflotación por ser un suelo granular. En total se hicieron 436 puntos de penetración de 12,5 m de profundidad y fo recuadros de 1,8 m. Obra ejecutada en tres etapas entre 1986 y 1987. Los resultados obtenidos fueron mayores a los exigidos, los parámetros geotécnicos obtenidos mediante ensayos realizados por la empresa Intervep.
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6.2. VIBROFLOTACIÓN EN LECHERÍAS, EDIFICIO CARIBBEAN GARDEN, 1989
Este edificio consta de 8 niveles que fue fundado sobre un terreno previamente comp mediante el método de vibroflotación para eliminar el potencial de licuefacción, exigid norma antisísmica COVENIN 1756-82, y a la vez aprovechando el suelo vibrocom para diseñar una placa de 40 cm de espesor para la fundación que a la vez sirve com para la planta baja. El estudio de mecánica de suelos, hecho por la empresa INPROINSCA, indicó que estaba formado por arenas finas, sueltas y saturadas hasta una profundidad de 20 m, de ser susceptible al fenómeno de licuefacción durante un sismo. El SPT variaba de e 11 golpes. Se mejoraron 470 2 usando 1.100 3 de material granular como ap ejecutaron 160 puntos de vibrocompactación en un arreglo triangular equilátero de 1 10,0 m de profundidad.
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Useful Not useful Garden. Figura 9: Edificio Caribbean Fuente: Quijada, Claudia. Mejoramiento de suelos en base a los métodos de vibroflotació vibrosustitución. Valdivia, Chile, 2008.
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vibrocompactación profunda para obtener los resultados requeridos. Se colocaron los de penetración en forma triangular equilátero de 1,8 m y 10 m de profundidad. Se hicie puntos y se aportaron 4.775 3 de material granular.
Figura 10: Trabajo en planta de Enerven. Fuente: Quijada, Claudia. Mejoramiento de suelos en base a los métodos de vibroflotació vibrosustitución. Valdivia, Chile, 2008.
7. CONCLUSIONES
Es importante mencionar que al hallar un suelo granular en algún tipo de obra, s analizar si cumple las condiciones para aplicar la compactación por medio de lavibrofl Sign up tograndes vote on this title ya que la forma de emplearse es muy eficaz por no presentar dificultades y su de aplicación es reducido. En caso de presentar altos Useful porcentajes Not useful de finos, recomendable utilizarlo ya que los resultados indican que su influencia se reduce solo a de aplicación de la vibración.
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mecánicas del terreno tales como: capacidad de soporte, reducción de asentam resistencia al corte, aumento del ángulo de fricción, reducción de permeabilidad. Hay que tener muy en consideración la distribución de las vibraciones en la malla de ya que dependiendo de los parámetros geotécnicos que se desean obtener, es la dis la cual se sitúan los puntos. En cuanto a la aplicación de la técnica en suelos que se encuentren saturados presencia de napa subterránea, se puede concluir que esto no afecta al desarrollo del de la vibrocompactación, de hecho el agua ayuda a disminuir las fuerzas fricciónale granos facilitando el reacomodo óptimo de las partículas. p artículas. A nivel mundial, esta técnica es ampliamente usada lo que confirma c onfirma sus buenos resul pesar de esto, Chile recientemente se está abriendo a esta nueva tecnología por encontrar registros se torno dificultoso. Se espera que con el transcurso de los tecnología se masifique, ya que traerá consigo grandes beneficios económico desarrollo. 8. REFERENCIAS
FARACO, Carlos. Compactación en profundidad mediante vibroflotación. Madrid, E Colegio de caminos, canales y puertos, 1974, 121, (3111): 481-488. Revista de públicas. Disponible http://ropdigital.ciccp.es/detalle_articulo.php?registro=5387&anio=1974&numero_revist
HENRÍQUEZ, Carlos. Mejora de terrenos potencialmente licuables con inyeccio compactación. Madrid, España: Universidad Politécnica de Madrid, Escuela Técnica S de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Departamento de Ingeniería y Morfolo terreno, Enero de 2007. Tesis Doctoral.
KELLER CIMENTACIONES. Catálogo Mejora de Suelos, Técnicas de vibración profu suelos: Keller Cimentaciones [en línea]. Fecha de publicación desconocida [Citad Octubre de 2014]. Disponible en World Wide Web: http://www cimentaciones.com/pdf/catalogomejoradesuelos.pdf. Sign up to vote on this title
ORTUÑO, Luis. Vibroflotación. Columna de Grava. Madrid, España: ETSICCP.U Useful Not useful Diciembre 2003. Jornada sobre Mejora del Terreno de Cimentación. Uriel y Asociados
QUIJADA, Claudia. Mejoramiento de suelos en base a los métodos de vibroflot
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