gvukotic vibrocompactacion y columnas de grava i parte

Goran VukotićDirector Técnico

Kellerterra

MÉTODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN Y

VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

Mejora del TerrenoMadrid, 25 de Mayo de 2012

MEJORA DEL TERRENO

COMPACTACIÓN INCLUSIONES INYECCIONES

Jet Grouting

Compaction Grouting

Inyecciones de fracturación

Inyecciones de silicato

Inyecciones de microcemento

MEJORA DEL TERRENO

Compactación dinámica

Vibrocompactación

Compactación por impacto

Columnas de grava

Deep Soil Mixing

Inclusiones Rígidas/SemiRígidas

Otros…

MÉTODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN Y

VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

ÍNDICE:

1. INTRODUCCIÓN

2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LAS TÉCNICAS DE VIBRO

4. VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

4.1 PROCEDIMIENTOS DE EJECUCIÓN

4.2 ÁMBITO DE APLICACIÓN

4.3 DISEÑO

3. VIBROCOMPACTACIÓN

4.4 CONTROL

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1. INTRODUCCIÓN

VIBROCOMPACTACIÓN

VIBROSUSTITUCIÓN

COLUMNAS DE GRAVA- Compactación por

vibración, sin adición de

material de aporte.

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1. INTRODUCCIÓN

VIBROCOMPACTACIÓN

VIBROSUSTITUCIÓN

COLUMNAS DE GRAVA

- Desplazamiento lateral del

terreno ( terreno incapaz de

compactarse por vibración),

incorporación y compactación

de la grava.

100

80

60

40

20

0

100

80

60

40

20

0 0,60,002 0,006 0,02 0,06 6,0 20 600,2 2,0

Granulometría (mm)

Po

rcen

taje

que

pas

a VIBROCOMPACTACIÓN

COLUMNAS DE GRAVA

arcilla limo arena grava boloszona detransición

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1. INTRODUCCIÓN

MÉTODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN Y VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

MÉTODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN Y VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

ORIGEN DE LA IDEA:

DEGEN Y STEURMANN (1930) –

DENSIFICACIÓN DEL HORMIGÓN.

- ““UNA IDEA SIMPLE, PERO LOSUNA IDEA SIMPLE, PERO LOS

EFECTOS SEREFECTOS SERÁÁN ASOMBROSOSN ASOMBROSOS””..

(Johann Keller GmbH, 1935)

Método de Priebe (Dipl. Ing. Heinz J. Priebe – Keller)1976

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

1933 Patente de compactación del suelo mediante vibradores profundos.

1936 Primera aplicación práctica del vibrador profundo.

1939 Record en compactación profunda del suelo, 35 m, Berlin.

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

1961 Primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución (columnas degrava). El desarrollo del vibrador tipo torpedo.

1972 Patente y aplicación de vibradores con alimentación interna por punta.

1975 Desarrollo de una nueva generación de vibradores profundos y vibro-cats.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

1933 Patente de compactación del suelo mediante vibradores profundos.

MÉTODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN Y VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

Método de Priebe (Dipl. Ing. Heinz J. Priebe – Keller)1976

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

1933 Patente de compactación del suelo mediante vibradores profundos.

1936 Primera aplicación práctica del vibrador profundo.

1939 Record en compactación profunda del suelo, 35 m, Berlin.

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

1961 Primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución (columnas degrava). El desarrollo del vibrador tipo torpedo.

1972 Patente y aplicación de vibradores con alimentación interna por punta.

1975 Desarrollo de una nueva generación de vibradores profundos y vibro-cats.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

1936 La primera aplicación prácitica del vibrador profundo de Keller.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

1910 50 ANIVERSARIO DE LA EMPRESA KELLER.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

Método de Priebe (Dipl. Ing. Heinz J. Priebe – Keller)1976

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

1933 Patente de compactación del suelo mediante vibradores profundos.

1936 Primera aplicación práctica del vibrador profundo.

1939 Record en compactación profunda del suelo, 35 m, Berlin.

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

1961 Primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución (columnas degrava). El desarrollo del vibrador tipo torpedo.

1972 Patente y aplicación de vibradores con alimentación interna por punta.

1975 Desarrollo de una nueva generación de vibradores profundos y vibro-cats.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

1939 El record mundial en la compactación profunda del suelo, 35 m, Berlin.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

1942 Estructuras de refugio de submarionos, cerca de Rotterdam y Bremen –vibrocompactación – proyectos de Casagrande Y Degebo.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

Método de Priebe (Dipl. Ing. Heinz J. Priebe – Keller)1976

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

1933 Patente de compactación del suelo mediante vibradores profundos.

1936 Primera aplicación práctica del vibrador profundo.

1939 Record en compactación profunda del suelo, 35 m, Berlin.

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

1961 Primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución (columnas degrava). El desarrollo del vibrador tipo torpedo.

1972 Patente y aplicación de vibradores con alimentación interna por punta.

1975 Desarrollo de una nueva generación de vibradores profundos y vibro-cats.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

Presa Aswan CPT Results:

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

Método de Priebe (Dipl. Ing. Heinz J. Priebe – Keller)1976

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

1933 Patente de compactación del suelo mediante vibradores profundos.

1936 Primera aplicación práctica del vibrador profundo.

1939 Record en compactación profunda del suelo, 35 m, Berlin.

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

1961 Primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución (columnasde grava). El desarrollo del vibrador tipo torpedo.

1972 Patente y aplicación de vibradores con alimentación interna por punta.

1975 Desarrollo de una nueva generación de vibradores profundos y vibro-cats.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

1961 El primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución(columnas de grava). El desarrollo del vibrador tipo “Torpedo”.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

1961 El primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución(columnas de grava). El desarrollo del vibrador tipo “Torpedo”.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

1961 El primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución(columnas de grava). El desarrollo del vibrador tipo “Torpedo”.

“Top Feed” Sistem

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

Método de Priebe (Dipl. Ing. Heinz J. Priebe – Keller)1976

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

1933 Patente de compactación del suelo mediante vibradores profundos.

1936 Primera aplicación práctica del vibrador profundo.

1939 Record en compactación profunda del suelo, 35 m, Berlin.

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

1961 Primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución (columnas degrava). El desarrollo del vibrador tipo torpedo.

1972 Patente y aplicación de vibradores con alimentación interna por punta.

1975 Desarrollo de una nueva generación de vibradores profundos y vibro-cats.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

1972 El patente y aplicación de vibradores con alimentación interna por punta.

“Bottom Feed”Vibrador

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

Método de Priebe (Dipl. Ing. Heinz J. Priebe – Keller)1976

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

1933 Patente de compactación del suelo mediante vibradores profundos.

1936 Primera aplicación práctica del vibrador profundo.

1939 Record en compactación profunda del suelo, 35 m, Berlin.

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

1961 Primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución (columnas degrava). El desarrollo del vibrador tipo torpedo.

1972 Patente y aplicación de vibradores con alimentación interna por punta.

1975 Desarrollo de una nueva generación de vibradores profundos y vibro-cats.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

Método de Priebe (Dipl. Ing. Heinz J. Priebe – Keller)1976

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

1933 Patente de compactación del suelo mediante vibradores profundos.

1936 Primera aplicación práctica del vibrador profundo.

1939 Record en compactación profunda del suelo, 35 m, Berlin.

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

1961 Primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución (columnas degrava). El desarrollo del vibrador tipo torpedo.

1972 Patente y aplicación de vibradores con alimentación interna por punta.

1975 Desarrollo de una nueva generación de vibradores profundos y vibro-cats.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

Método de Priebe (Dipl. Ing. Heinz J. Priebe – Keller)1976

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

1933 Patente de compactación del suelo mediante vibradores profundos.

1936 Primera aplicación práctica del vibrador profundo.

1939 Record en compactación profunda del suelo, 35 m, Berlin.

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

1961 Primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución (columnas degrava). El desarrollo del vibrador tipo torpedo.

1972 Patente y aplicación de vibradores con alimentación interna por punta.

1975 Desarrollo de una nueva generación de vibradores profundos y vibro-cats.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

Método de Priebe (Dipl. Ing. Heinz J. Priebe – Keller)1976

Desarrollo e introducción al mercado del Vibrador-S.1980

1933 Patente de compactación del suelo mediante vibradores profundos.

1936 Primera aplicación práctica del vibrador profundo.

1939 Record en compactación profunda del suelo, 35 m, Berlin.

1957 Pruebas in-situ de vibro compactación, Presa Aswan en Egipto.

1961 Primer contrato y aplicación de la técnica de vibro-sustitución (columnas degrava). El desarrollo del vibrador tipo torpedo.

1972 Patente y aplicación de vibradores con alimentación interna por punta.

1975 Desarrollo de una nueva generación de vibradores profundos y vibro-cats.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

Primera generación de vibrocats, 1956,

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat.

1997 Desarrollo del nuevo vibro-cat y sistema Alpha.

Sistema Alpha Vibrocat

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2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

3. VIBROCOMPACTACIÓN

A

B B

penetración compactación terminación acabado

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

CANTIDAD DE AGUA PENETRACIÓN

0,5-1,0 m3/ml (15 l/seg)

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

PROFUNDIDAD DE TRATAMIENTO

HASTA 65 m.

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

CONO DE DEPRESIÓN EN SUPERFICIE:

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

AMBITO DE

APLICACIÓN:

Terrenos granulares

con menos de 10-15%

de finos.

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

AMBITO DE

APLICACIÓN:

Terrenos granulares

con menos de 10-15%

de finos.

ZONA A – PROBLEMAS PARA LA PERFORACIÓN O HINCA DEL

VIBRADOR POR LA PRESENCIA DE GRAVAS.

CRITERIO DE ADECUACIÓN DE SUELOS PARA TRATAMIENTO POR

VIBROCOMPACTACIÓN (Glover, 1992).

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

AMBITO DE

APLICACIÓN:

Terrenos granulares

con menos de 10-15%

de finos.

ZONA C - CON MÁS DE 10-15% DE FINOS EL EFECTO DE LA

VIBRACIÓN NO SE HACE SENTIR MÁS ALLÁ DEL PUNTO DE

ACTUACIÓN!

CRITERIO DE ADECUACIÓN DE SUELOS PARA TRATAMIENTO POR

VIBROCOMPACTACIÓN (Glover, 1992).

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

CRITERIO DE ADECUACIÓN DE SUELOS PARA TRATAMIENTO POR

VIBROCOMPACTACIÓN (Glover, 1992).

ZONA ADECUADA PARA EL

TRATAMIENTO DE

VIBROCOMPACTACIÓN

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

DISPOSICIÓN HABITUAL:

-Malla triangular equilatera.

-Lado malla: 1,50 a 5,00 m.

-DENSIDADES RELATIVAS (Dr) OBTENIDAS DE HASTA 80%.

-Lado malla > 3,00 a 5,00 m Dr = 50-65%.

- ASIENTOS INDUCIDOS = 5 – 15%.

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

- SUELE/DEBE DISEÑARSE MEDIANTE MALLAS DE PRUEBA.SE ANALIZAN PUNTOS INTERIORES, ANTES Y DESPUES DEL

TRATAMIENTO.

- MÉTODO DIFICIL O IMPOSIBLE DE ANALIZAR TEÓRICAMENTE

DE FORMA RAZONABLEMENTE SIMPLE.

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3. VIBROCOMPACTACIÓN

-Se utilizan correlaciones entre qc(CPT) o NSPT y la densidad relativa.

-Es mucho mejor utilizar penetrómetros estáticos (CPT) – permiten

detectar capas de suelo finos.

COLUMNAS DE GRAVA -

VIBROSUSTITUCIÓN

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4. VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

Prof.(m)

Carga deEstructuraCarga de

Estructura

Terrenosustituido ycompactado

COLUMNAS DE GRAVA – ALTERNATIVA A SUSTITUCIÓN

DEL TERRENO Y CIMENTACIÓN PROFUNDA

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4. VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

MODELO DEL SUELO EQUIVALENTE:

Disminución de ASIENTOS.

Aumento de la CAPACIDAD PORTANTE.

Aceleración de la CONSOLIDACIÓN.

Compatibilidad de asientos u HOMOGENEIZACIÓN.

Aumento de la ESTABILIDAD al deslizamiento.

Disminución al riesgo de LICUACIÓN.

MEJORAS OBTENIDAS

S, cS, ES + CG, cCG, ECG = equ, cequ, Eequ

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4. VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

Capa 1

Capa 2

Capa 3

N.F.

CG elevadoAumenta la resistencia aldeslizamiento entre lassuperficies deslizantes

ΦCG = 38 a 42º

Disminución delasiento

correspondiente acada capa tratadaEcg = 60-120MPa

Capacidad

Portante

Asientos

Consolidación

N.F. Disipación de Presiónde poros.

ConsolidaciónAcelerada

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4. VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

MÉTODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN Y VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

4. VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

-COLUMNAS DE GRAVA REPRESENTA UNA EXTENSIÓN DE LA TÉCNICA DE

VIBROCOMPACTACIÓN EN SUELOS COHESIVOS.

-CONTRARIAMENTE A LA VIBROCOMPACTACIÓN NO SE CONTEMPLA UNA

MEJORA DE LA COMPACIDAD ENTRE COLUMNAS, AUNQUE ÉSTA SE DÉ EN

ALGUNOS CASOS.

-LA MEJORA RESIDE EN LA REALIZACIÓN DE INCLUSIONES FLEXIBLES DE

MÓDULO DE ELASTICIDAD Y ÁNGULO DE ROZAMIENTO ELEVADO, Y GRAN

CAPACIDAD DE DRENAJE.

-REDUCCIÓN DE ASIENTOS, AUMENTO DE CAPACIDAD PORTANTE,

HOMOGENEIZACIÓN, REDUCCIÓN DEL PROCESO DE CONSOLIDACIÓN,

DISMINUYE RIESGO DE LICUACIÓN, ETC.

-EXISTEN DOS MÉTODOS DE EJECUCIÓN, VÍA HÚMEDA Y VÍA SECA.

MÉTODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN Y VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

VÍA HÚMEDA

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

VÍA HÚMEDA

MÉTODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN Y VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

VÍA HÚMEDA

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

VÍA HÚMEDA

ZANJAS Y BALSAS DE DECANTACIÓN

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

VÍA HÚMEDA

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

Acabado

(4)

Compactacióny

vibración(3)

Penetración o hincamediante

desplazamiento(2)

Preparación-colocación demaquina y aporte de grava

(1)

VÍA SECA

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

VÍA SECA

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

VÍA SECA

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

VÍA SECA

PROFUNDIDAD: HASTA 21 m

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

VÍA SECA

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

DIFERENCIA ENTRE VÍA SECA Y VÍA HÚMEDA

EQUIPOS, FLUIDO, ESTADO DE PLATAFORMA DE

TRABAJO Y EVACUACIÓN DEL LODO

VÍA SECA - AIRE VÍA HÚMEDA - AGUA

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

DIFERENCIA ENTRE VÍA SECA Y VÍA HÚMEDA

ALIMENTACIÓN DE GRAVA: DESCARGA INTERIOR Y EXTERIOR

VÍA SECA VÍA HÚMEDA

MÉTODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN Y VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

-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.)

DIFERENCIA ENTRE VÍA SECA Y VÍA HÚMEDA

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

S- ALPHA (VÍA SECA)

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

S-ALPHA (VÍA SECA)

PROFUNDIDAD > 40 m

PUERTO DE BARCELONA

COLUMNAS DE GRAVA “OFF-SHORE”

Se han desarrollado equipos especificos para laejecución de obras marítimas y off-shore que emplea,para la ejecución de columnas de grava, un vibradordotado de un tubo alimentador de grava que permite sudescarga en la parte inferior de dicho vibrador (“bottomfeed”). Sistema bautizado con el nombre “S-Alpha” porlos ingenieros de Hayward Baker, filial de Keller en losEstados Unidos.

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

S-ALPHA (hidráulico)

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

Doblecámaracerrada

Inicio delcircuito de

la grava

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

Ventajas del sistema S-Alpha en vía seca

- Garantiza la continuidad/integridad de la columna

- Largo alcance. Profundidades ≤ 50 mts

- Ejecución por vía seca

- Altos rendimientos. Ejecución de varias columnas desdeel mismo emplazamiento de la pontona.

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4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN

Tubo-vibrador

MAQUINARIA: S-ALPHA hidráulico

MÉTODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN Y VIBROSUSTITUCIÓN – COLUMNAS DE GRAVA

4.1 PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN