Optimización del Suelo con Geosintéticos: Tipos, Aplicaciones y Técnicas

Materiales Geosintéticos para la Estabilización de Suelos

Objetivo: Mejorar las propiedades del suelo para aumentar su resistencia.

Ejemplo: En terrenos desfavorables para la construcción, se puede realizar una excavación y reemplazar el suelo con material de mejores características.

¿Qué son los materiales geosintéticos?

• Materiales utilizados para mejorar las propiedades del suelo.

¿Para qué sirven?

• Reducen los costos en la construcción.
• Sirven como barrera contra la erosión.
• Funcionan como manto drenante, en reemplazo de estratos de material granular.
• Son inertes a la mayoría de agentes químicos.
• Refuerzan el suelo, mejorando sus cargas últimas.
• Permiten la construcción de taludes de gran inclinación, inclusive muros verticales de gran altura.

Funciones adicionales

• Fortalecen las propiedades de resistencia del suelo.
• Sirven como divisores de suelo.
• Son útiles para permeabilizar los suelos.

Funciones principales en el suelo

• Separación
• Drenaje
• Protección

Tipos y Variedades de Geosintéticos

Malla Dimensional

Encargada de sostener granos grandes de tierra o piedras. Se apoya en el terreno y suele utilizarse en taludes.

Dibujo:

Geotextiles

Permiten que el agua suba a la superficie, pero al descender, no arrastra las partículas grandes. Son materiales flexibles y permeables a los fluidos, fabricados con fibras sintéticas como el poliéster o el polipropileno. Son capaces de retener partículas de suelo mayores que el tamaño de sus poros.

Dibujo:

Geoceldas

Son una especie de mallas verticales (dispuestas en forma de panal de abeja) para rellenarlas con arena y que la misma no se pueda desplazar lateralmente. Sirven para rellenar. Su constitución es de polímeros de petróleo.

Dibujo: (visto desde arriba)              (vista lateral)

Son tridimensionales para contener los granos de tierra.

Geomayas

Estructuras tridimensionales mono o bi-orientadas, fabricadas con polietileno de alta densidad. Tienen mayor adherencia al terreno y mayor durabilidad que los geotextiles.

Geomembranas

Láminas poliméricas impermeables, fabricadas en PVC o polietileno de alta o baja densidad. Impiden que el agua ascienda a la superficie, por lo tanto se les llama muros de contención. Son recubrimientos sintéticos impermeables a fluidos y partículas, cuya función es la de revestir canales, lagunas, depósitos de agua, piletas, piscinas, además de controlar la erosión.

Se instalan en depósitos de hormigón o acero de cualquier dimensión para confinamiento.

Geocompuestos

Diseñados para estabilizar los suelos donde se requiere una geomaya o un geotextil.

Compactación

Tipos de Compactación

• Compactación de estratos superficiales o compactación superficial.
• Compactación de estratos profundos o compactación profunda.

Tipos de compactación superficial

• Compactación vibratoria o vibrado.
• Amasado.
• Por impacto.
• Estática (con peso)

• En suelos granulares es conveniente la compactación vibratoria.
• En suelos arcillosos o cohesivos es conveniente la compactación por amasado o compactación estática.

Aplicación de las compactaciones

Compactación Estática

Se realiza la consolidación previa, precarga o compresión.

Precarga: Se carga el suelo con un peso que lo comprima (con el 20 o 30% de la carga del edificio) y se produce el asentamiento inicial. Pueden utilizarse piedras, materiales de acopio o tierra, distribuidos con una altura máxima de 2m. El tiempo de precarga depende del estudio del suelo.

Inconveniente: El agua. Se debe trabajar con drenajes para desviar el agua y evitar el asentamiento diferencial. En los lotes, se construyen zanjas para los drenajes.

Compactación Dinámica (por vibrado, por impacto)

Clasificación General de Compactadores

Compactación Profunda

Tipos de Compactación Profunda

• Vibro-compactación o vibro-flotación.
• Vibro-sustitución o columnas de gravas.
• Estabilización por inyección de suelo cemento.

Vibro-compactación o Vibro-flotación

Técnica de mejoramiento para suelos granulares no cohesivos como gravas, arenas secas o saturadas con un 20% máximo de partículas finas. Se consigue la densificación mediante la introducción de un vibrador a la profundidad requerida (puede alcanzar más de 20m). El equipo vibrador puede colgarse desde una grúa para grandes profundidades o montarse sobre equipos neumáticos (camionetas, tractor) para menores profundidades. La penetración se consigue gracias a su peso, a la energía de vibración empleada y al aporte de un chorro de agua o aire. Las vibraciones permiten la recolocación de las partículas para que ocupen un menor volumen. Este sistema aumenta la densidad in situ, no crea elementos portantes sino que aumenta la capacidad portante del terreno para cimentaciones superficiales. El equipo consiste en un pistón de acero de 2 a 3m de longitud y 40cm de diámetro, conectado a un martillo vibrador. Por percusión y vibración simultánea, penetra en el suelo. El volumen compactado resultante es un cilindro de 3 a 5cm de diámetro.

Vibro-sustitución o Columnas de Gravas

A diferencia de la vibro-compactación, se realiza una columna (pozo) y se rellena con grava. La columna funciona como un pilote profundo y se realiza con vibrador. Se hacen tantas columnas como requiera la obra. La grava se coloca en capas, llamadas tongadas. Evita la licuefacción (formación de barro blando ante un sismo). El pilote soporta la mayoría de los esfuerzos en un sismo. La columna crea un sector portante de grava.

Tipos de Vibro-sustitución

• Vibro-sustitución por vía húmeda: utiliza agua.
• Vibro-desplazamiento por vía seca: utiliza aire.

Estabilización por Inyección de Suelo Cemento

Tipos de inyección de suelo cemento

• Mono fluido: perforación en el suelo e inyección de agua y cemento a presión.
• Bi-fluido o doble fluido: se agrega aire al agua y cemento.
• Triple fluido: se agrega lechada de cemento al agua y aire.

Movimiento de Suelo

Conjunto de tareas previas a la ejecución de la obra para acondicionar el terreno. Incluye el transporte de escombros a su destino final.

Operaciones

• Demoliciones de construcciones existentes de poca envergadura.
• Limpieza del terreno (tala de árboles y desmalezamiento).
• Nivelación del terreno, desmonte y terraplenamiento (agregar tierra).
• Excavaciones para la nivelación: aberturas de zanjas, posos, etc.
• Relleno de zanjas para tuberías y otras instalaciones.
• Encausamiento de aguas superficiales.
• Drenes del terreno.

Consideraciones en las excavaciones

• Tipo de suelo: diferentes cohesiones pueden producir desmoronamientos.
• Esfuerzos dinámicos: movimientos (incluyendo vibración de maquinaria) que pueden producir desmoronamientos.
• Esfuerzos estáticos: producidos por casas vecinas.

De acuerdo a la compactación del suelo, se podría realizar la compactación a pico.

Clasificación de Excavaciones según el Terreno

• Excavación en terreno blando: se ejecuta con pala. Material arenoso, arcilloso, limoso, o una mezcla, con o sin material orgánico.
• Excavación en terreno semiduro: se ejecuta con pico o picota. Mezcla de gravas, arenas y arcillas moderadamente consolidadas, o arcillas fuertemente consolidadas.
• Excavación en terreno duro: se ejecuta con maquinaria (retroexcavadora con martillo neumático). Mezcla de grava, arena y arcilla fuertemente consolidadas.
• Excavación en terreno muy duro: se ejecuta con maquinaria pesada especializada. Roca semi-descompuesta.
• Excavación en roca: se ejecuta con explosivos. Manto de roca o piedras de gran tamaño.

Muros de Contención

Muro de Gravedad

Muro Inclinado

Muro de Gravedad Armada (con talón)

Muro de Contención Anclado

Tipos de Excavación

• Excavación a cielo abierto.
• Vaciado: para profundidades importantes (ej.: sótanos).
• Zanja: excavación con longitud y profundidad predominantes, y poco espesor. Anchos mínimos para seguridad del operario: hasta 1,50m de profundidad, ancho mínimo 0,65m; hasta 2,00m de profundidad, ancho mínimo 0,75m; hasta 3,00m de profundidad, ancho mínimo 0,80m; hasta 4,00m de profundidad, ancho mínimo 0,90m; y hasta 5m de profundidad, ancho mínimo 1m.
• Pozo
• En galería
• Por voladura

Pueden ser: manuales o mecánicas

Ángulos de Excavación según el Tipo de Suelo

Pozos

Excavaciones donde predomina la profundidad y tienen poca superficie. La sección mínima debe ser de 1,00m.

Consideraciones al ejecutar un pozo

• Se trabaja por tramos de 1,50m de profundidad, con especial cuidado en la estabilidad del terreno.
• Se deben entibar las paredes para evitar desmoronamientos, sin que la distancia descubierta supere 1,50m.
• En presencia de agua, se debe disponer de un equipo auxiliar de bombeo accionado permanentemente.
• Se debe cuidar el izado de baldes para que no golpeen las paredes de la entibación.
• Ningún trabajador debe permanecer en el pozo mientras se utilice equipo mecánico.
• Las bocas de los pozos deben estar señalizadas, protegidas con baranda y rodapié (zócalo), y tener terraplén contra la entrada de agua.

Entibación

Conjunto de elementos provisionales (tablones de madera, paneles de madera, paneles metálicos, puntales de madera o metálicos) dispuestos en zanjas, pozos y galerías para evitar desprendimientos de tierra durante la excavación. Es conveniente que el entibado sobresalga 20cm por encima del nivel del terreno.

Tipos de Entibación

• Horizontal: se utiliza en terrenos con buena cohesión. Las tablas se ubican horizontalmente.
• Vertical: tiene más resistencia que la horizontal.
• A presión o tablestaca: sistemas industrializados.

Las entibaciones pueden ser continuas (cubren el 100% de la pared), discontinuas (cubren menos del 50% de la pared) o semi-continuas (cubren el 50% de la pared).

Sistemas industrializados: sistemas pre-armados, como el de cajón.