cap 11 - inyecciones y mejoramiento en suelos y rocas
Post on 21-Oct-2015
56 Views
Preview:
TRANSCRIPT
10/15/08
1
Inyecciones y tratamientos en suelos y rocas
Inyecciones Generalidades
El objetivo es modificar suelos y rocas para:
- 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.
Inyecciones Generalidades
Se inyecta líquido a presión
Tapón
Inyecciones Inyecciones
Inyecciones Inyecciones – Inyección ascendente
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
packer
Manguera para inflar el packer
Inyecciones Inyecciones – Inyección descendente
Se hace un tramo de perforación Se inyecta Se vuelve a perforar y se inyecta 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
packer
Manguera para inflar el packer
10/15/08
2
Inyecciones Inyecciones
perforación
cilindro tratado
e
Muro de espesor “e”
Esto es lo que se busca:
Inyecciones Inyecciones
A veces ocurre esto:
No se producen cilindros ni tampoco se intersectan
En las grietas chicas la presión es alta
Es mucho más fácil entrar a las grietas grandes que a las chicas
Inyecciones Inyecciones
Para solucionar esto, tradicionalmente se realiza lo siguiente:
- Se determina la cantidad de lechada estimando lo que se necesita para inyectar el radio deseado.
- Se inyecta dejando las grietas menores sin rellenar. - Se hace una nueva perforación y se repite. Las grietas
grandes ya estarán impermeabilizadas y se inyecta con mayor presión por lo que la lechada se irá por las grietas menores.
- Se van llenando las grietas de mayor a menor
Inyecciones Inyecciones Dependiendo de la relación de costo entre perforación
y lechada puede modificarse la metodología. Si el costo de la perforación es muy superior al de la
lechada (perforaciones profundas), se inyecta mayor volumen en las grietas grandes. A medida que la lechada avanza por las grietas, aumenta el roce por lo que se requiere mayor presión por lo que la lechada también entrará a las grietas chicas. Se prefiere perder lechada que hacer otra perforación.
Si la perforación es poco profunda, se inyecta poco volumen y se realiza otra perforación.
Inyecciones Inyecciones en roca – GIN (Grout Intensity Number)
P
V
P*V = cte = GIN P máx
V máx
GIN más grande
normal
Se llegó al vol. máx. sin llegar a la pres. máx., típico de grietas grandes
Inyecciones Inyecciones en roca – GIN (Grout Intensity Number)
Si las perforaciones son muy profundas o el proyecto es muy delicado, se usa un GIN alto.
En caso contrario se usa un GIN más bajo.
10/15/08
3
Inyecciones Inyecciones en suelo
Arenas finas, K ~ 10 , 10 m/s -5
Porotera (grava sin arena), K ~ 10 m/s -2
K = coeficiente de Darcy (permeabilidad)
Cuesta mucho inyectarla (porque la finura del cemento es similar a la de la arena fina), por lo que se usan inyecciones de productos químicos que son 12 a 15 veces más caras.
-5 -4
Inyecciones Inyecciones en suelo
Se perfora con revestimiento o con lodo biodegradable para evitar impermeabilizar.
El chorro de lechada rompe la mezcla de relleno y penetra en el suelo.
Packer doble Manguito de goma que tapa las perforaciones
Mortero o lechada de baja resistencia
~ 50 cm.
Inyecciones Equipos
Mezcladora de alta turbulencia
Estanque agitador
Bombas: habitualmente de pistones porque tienen un menor desgaste (desplazamiento). En ocasiones se usan de tornillo
Agua, cemento y aditivo superplastificante (w/c ~ 0.8)
w2 < w1
w1
w2
w1 ~ 1500 a 2000 rpm
w2 ~ 20 a 40 rpm
Inyecciones Equipos
Inyecciones Inyecciones en suelo - Alternativas
Las inyecciones en suelos son muy lentas y caras. Sus resultados no siempre son exitosos. Deben evitarse.
Para cortinas de impermeabilización han sido reemplazadas por las paredes moldeadas
Para mejorar condiciones de resistencia se han desarrollado algunos sistemas para “mejoramiento de suelos”.
Los objetivos son similares a los de las compactaciones de suelo: Aumento de la densidad y de la resistencia al
corte, los problemas de estabilidad Reducción de la compresibilidad, lo que tiene
efectos positivos en la deformalidad Influencia en la permeabilidad Mejorar la homogeneidad
10/15/08
4
Tipos de mejoramientos
Mejoramiento de suelos
MEJORAMIENTO DE LOS SUELOS
COMPACTACIÓN REFUERZO
MÉTODOS ESTÁTICOS
MÉTODOS DINÁMICOS CON
DESPLAZAMIENTO SIN
DESPLAZAMIENTO
Pre Carga Compactación por Vibración: 1. Usando vibrador en profundidad 2. Usando martinete vibrador
Columnas de Gravas Vibradas
Método Mecánico (MIP, FMI)
Método Hidráulico:
Jet Grouting
Pre Carga con ayuda a la Consolidación
Compactación por Impacto: 1. Caída de Peso 2. Explosión
Columnas de Concreto
Inyección de impermeabilización
Inyección de Compactación Descarga de Aire
Columnas Estabilizadoras de cal o cemento
Congelamiento
Influenciando Agua Subterránea
Compactación con pilotes de arena
Métodos estáticos: Precarga
Mejoramiento de suelos
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 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.
Métodos Estáticos: Precarga con ayuda a la Consolidación
Se usa cuando los suelos son relativamente impermeables. Se perfora e instalan tuberías drenantes. Antes del relleno se incorpora una capa
permeable donde descargan los drenes. Incluso hay casos en que los tubos drenantes se
conectan a bombas para producir succión.
Métodos estáticos
Mejoramiento de suelos
Influenciando aguas subterraneas: Se baja la napa mediante punteras. Los vacíos son llenados por el propio suelo, compactándose. Una vez retiradas las bombas el agua no descompacta el suelo. Requiere impermeabilizar la superficie con una lamina de PVC.
Métodos estáticos (continuación)
Mejoramiento de suelos
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.
Compactación por vibración (profundidad)
Mejoramiento de suelos, dinámicos
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.
10/15/08
5
Compactación por vibración
Mejoramiento de suelos Compactación por impacto (compactación dinámica)
Mejoramiento de suelos
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
10/15/08
6
10/15/08
7
Las variables Tamaño del bloque a descargar Altura de caída Distribución de los golpes N° de impactos en cada punto
Compactación por impacto (compactación dinámica)
Espesor a compactar: T = a (G*h)0,5
T = espesor en metros G = peso del bloque h = altura de caída a = factor de proporcionalidad
10/15/08
8
a = 1 para gravas y bloques a = 0,6 para arenas limosas a = 0,5 para basuras, trumaos y otros suelos
inestables.
Vibración Profunda Se hinca vibrando una plancha mediante un
martinete vibratorio. Puede ser una tablaestaca, una doble T.
Otras configuraciones. Método aplicable en suelos mixtos, granulares o
cohesivos como limos arenosos y no arenosos, y suelos de grano.
10/15/08
9
Vibro Compactación Profunda
Mejoramiento de suelos
A diferencia de los anteriores, Se introduce el vibrador en el suelo.
Requiere equipos especiales. Es más efectivo que el método anterior.
Al introducir vibrando la barra vibratoria, deja un hueco alrededor, se rellena con gravilla. Permite bajar notoriamente e incluso anular los efectos de licuefacción por sismos al poder disiparse la presión de poros a través de las columnas.
Columnas de grava por vibro-sustitución
Mejoramiento de suelos
Columnas de grava por vibro-sustitución
Mejoramiento de suelos Columnas de grava por vibro-sustitución: Procedimiento
Mejoramiento de suelos
1. Inyección del vibrador en el terreno por peso propio y con ayuda de agua a presión.
2. Creación de un estado de licuefacción local que facilita la penetración del vibrador hasta alcanzar la profundidad requerida, arrastrando el agua en circulación los finos provenientes de la perforación.
10/15/08
10
Columnas de grava por vibro-sustitución: Procedimiento
Mejoramiento de suelos
3. Alcanzada la profundidad requerida, el vibrador disminuye la inyección de agua comenzando el aporte de grava.
4. Vibrador sube y baja vibrando e inyectando agua, arrastrando a su vez grava, que se compacta y forma la columna.
5. La extracción lenta y escalonada del vibrador crea una zona densificada cuyo diámetros depende de las características del terreno.
Columnas de hormigón vibrado
Mejoramiento de suelos
Son construidas en terreno introduciendo una sonda con punta vibratoria. Se usa para densificar suelos granulares y transferir cargas a través de estratos de suelos orgánicos o poco cohesivo, hasta estratos inferiores más resistentes.
Columnas estabilizadoras de cal o cemento
Mejoramiento de suelos
Conocidos también como “soil mixing” o “deep mixing method” es una mezcla mecánica del terreno original con algún material cementicio como cal o cemento
Para excavar y mezclar se utiliza un auger con algún sistema de paletas.
Columnas estabilizadoras de cal o cemento
Mejoramiento de suelos
Inyecciones Inyecciones en suelo – Alternativas, Congelamiento
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.
Agua (salmuera) helada (-20 ºC) o nitrógeno líquido (-170 ºC)
Inyecciones Inyecciones en suelo – Alternativas, Congelamiento
Compresor Válvula de expansión
Gas comprimido caliente
Gas frío
Intercambiador de calor (radiador)
Intercambiador de calor (radiador)
Calor
Frío
Refrigerador Salmuera
Perforación Circuito cerrado
10/15/08
11
Inyecciones Inyecciones en suelo – Alternativas, Congelamiento
Se suelta al ambiente (es un circuito abierto) Nitrógeno
Líquido
Inyecciones Inyecciones en suelo – Alternativas, Congelamiento
El congelamiento con salmuera es lento, demora 10 a 20 días en congelar.
Con nitrógeno líquido demora alrededor de 12 horas. El congelamiento es un tratamiento para excavar
pozos o túneles que se revisten. 1. Congelar 2. Excavar 3. Revestir 4. Descongelar
Revestimiento definitivo
congelado
Inyecciones Inyecciones en suelo – Alternativas, Jet Grouting
Sacando y girando
Lechada a presión muy alta ~ 600 Kg/cm 2
Tubería
Cilindro similar a un pilote con diámetro aproximadamente de 0,6 a 1,2 m.
15 cm 100 cm
Suelta y rellena con lechada
Inyecciones Jet Grouting
Es un sistema de mezcla en sitio de suelo con cemento (u otro estabilizador).
Se inyecta la lechada o el estabilizador a muy alta presión (300 a 600 kg/cm2) a través de un orificio en la barra de perforación.
El chorro concentrado de alta presión destruye la matriz del suelo y crea una mezcla con la lechada.
Mayor es el efecto cuanto más erosionable es el suelo.
Perforación piloto
Columna de Jet-Grouting
Columna de Jet-Grouting
Inyecciones Jet Grouting
Tipos de suelos
Diámetro de columnas
Resistencia del suelo-cemento
Arenas y gravas
Arcillas
60-120 cm
60-90 cm
60-200 kg/cm2
18-60 kg/cm2
top related