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Inyecciones

Inyecciones y tratamientos en suelos y rocas

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

Inyecciones

Generalidades

Inyecciones

Tapón Se inyecta líquido a presión

Inyecciones

Inyecciones

Inyecciones – Inyección ascendente

Inyecciones – Inyección descendente

Manguera para inflar el packer

 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

Manguera para inflar el packer

packer

 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

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Inyecciones

Inyecciones

Inyecciones

Inyecciones

Esto es lo que se busca:

A veces ocurre esto:

perforación

e

cilindro tratado

En las grietas chicas la presión es alta

No se producen cilindros ni tampoco se intersectan Es mucho más fácil entrar a las grietas grandes que a las chicas

Muro de espesor “e”

Inyecciones

Inyecciones

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

 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

Inyecciones en roca – GIN (Grout Intensity Number)

Inyecciones en roca – GIN (Grout Intensity Number)

P

P máx

 Si las perforaciones son muy profundas o el proyecto es muy delicado, se usa un GIN alto. P*V = cte = GIN

 En caso contrario se usa un GIN más bajo.

GIN más grande normal Se llegó al vol. máx. sin llegar a la pres. máx., típico de grietas grandes Vmáx

V

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Inyecciones

Inyecciones

Inyecciones en suelo

Inyecciones en suelo

-5

-4

Arenas finas, K ~ 10 , 10 m/s 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.

 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. Manguito de goma que tapa las perforaciones

-2

Porotera (grava sin arena), K ~ 10 m/s

Packer doble

~ 50 cm. Mortero o lechada de baja resistencia

K = coeficiente de Darcy (permeabilidad)

Inyecciones

Inyecciones

Equipos

Equipos

 Mezcladora de alta turbulencia Agua, cemento y aditivo superplastificante (w/c ~ 0.8)

w1

w1 ~ 1500 a 2000 rpm

 Estanque agitador w2 < w1

w2

w2 ~ 20 a 40 rpm

 Bombas: habitualmente de pistones porque tienen un menor desgaste (desplazamiento). En ocasiones se usan de tornillo

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

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Mejoramiento de suelos

Mejoramiento de suelos

Tipos de mejoramientos

Métodos estáticos: Precarga

MEJORAMIENTO DE LOS SUELOS

COMPACTACIÓN MÉTODOS ESTÁTICOS

MÉTODOS DINÁMICOS

REFUERZO CON DESPLAZAMIENTO

Pre Carga

Compactación por Vibración: 1. Usando vibrador en profundidad 2. Usando martinete vibrador

Columnas de Gravas Vibradas

Pre Carga con ayuda a la Consolidación

Compactación por Impacto: 1. Caída de Peso 2. Explosión

Columnas de Concreto

Descarga de Aire

Columnas Estabilizadoras de cal o cemento

Inyección de Compactación Influenciando Agua Subterránea

SIN DESPLAZAMIENTO

Método Mecánico (MIP, FMI)

Método Hidráulico: Jet Grouting

Inyección de impermeabilización

Congelamiento

Compactación con pilotes de arena

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

Mejoramiento de suelos

 Se usa cuando los suelos son relativamente impermeables.

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.

 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

Mejoramiento de suelos, dinámicos

Métodos estáticos (continuación)

Compactación por vibración (profundidad)

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.

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.

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Mejoramiento de suelos

Mejoramiento de suelos

Compactación por vibración

Compactación por impacto (compactación dinámica) 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

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Compactación por impacto (compactación dinámica)

 Las variables



 Tamaño del bloque a descargar  Altura de caída  Distribución de los golpes  N° de impactos en cada punto





 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

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Vibración Profunda

 a = 1 para gravas y bloques

 a = 0,6 para arenas limosas

 a = 0,5 para basuras, trumaos y otros suelos inestables.

 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.

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Mejoramiento de suelos

Mejoramiento de suelos

Vibro Compactación Profunda

Columnas de grava por vibro-sustitución

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.

Mejoramiento de suelos

Mejoramiento de suelos

Columnas de grava por vibro-sustitución

Columnas de grava por vibro-sustitución: Procedimiento 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.

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Mejoramiento de suelos

Mejoramiento de suelos

Columnas de grava por vibro-sustitución: Procedimiento

Columnas de hormigón vibrado

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.

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.

Mejoramiento de suelos

Mejoramiento de suelos

Columnas estabilizadoras de cal o cemento

Columnas estabilizadoras de cal o cemento

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.

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 Calor

Gas comprimido caliente

Refrigerador Salmuera

Intercambiador de calor (radiador) Válvula de expansión

Compresor Intercambiador de calor (radiador)

Gas frío Circuito cerrado

Frío

Perforación

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Inyecciones

Inyecciones

Inyecciones en suelo – Alternativas, Congelamiento

Nitrógeno Líquido

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. Revestimiento 1. Congelar definitivo 2. Excavar 3. Revestir 4. Descongelar

Se suelta al ambiente (es un circuito abierto)

congelado

Inyecciones

Inyecciones

Inyecciones en suelo – Alternativas, Jet Grouting Lechada a presión muy 2 alta ~ 600 Kg/cm Tubería

Cilindro similar a un pilote con diámetro aproximadamente de 0,6 a 1,2 m.

Sacando y girando

Suelta y rellena con lechada

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.

15 cm 100 cm

Inyecciones Jet Grouting

Perforación piloto

Columna de Jet-Grouting

Tipos de suelos

Diámetro de columnas

Resistencia del suelo-cemento

Arenas y gravas

60-120 cm

60-200 kg/cm2

Arcillas

60-90 cm

18-60 kg/cm2

Columna de Jet-Grouting

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