Procedimiento de consolidación de suelos.

Procedimiento para consolidar suelos de cimentación sin levantar estructuras,

que comprende las etapassiguientes:

- establecer que el suelo de cimentación que va a ser tratado requiere la aplicación de presiones de expansiónsuperiores a 500 kPa con el fin de asegurar la consolidación correcta del mismo;

- proporcionar una sustancia expandible adaptada para generar, durante la expansión, como consecuencia de unareacción química, en el suelo de cimentación que va a ser tratado, una presión superior 10 a 500 kPa y,preferentemente, unas sustancias que puedan alcanzar e incluso superar una presión de 10000 kPa;

- establecer una cantidad de dicha sustancia expandible que se debe inyectar para obtener un grado necesario deconsolidación del suelo de cimentación durante las inyecciones realizadas individualmente y sin levantar lasestructuras, mediante cálculos matemáticos basados en datos de estudios geotécnicos del suelo de cimentación,en las presiones que van a ser aplicadas, en las densidades consecuentes de dicha sustancia expandible que seobtendrán al aplicar dichas presiones, y en los volúmenes de dicha sustancia expandible necesarios paraalcanzar el resultado pretendido; e

- inyectar dentro del suelo de cimentación que va a ser consolidado dicha cantidad de sustancia expandible ygenerar, durante la expansión de dicha cantidad de sustancia expandible, una presión superior a 500 kPa en elsuelo.

Procedimiento de consolidación de suelos.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la consolidación de suelos de cimentación que requiere la aplicación de una presión superior 500 kPa.

En el campo de las intervenciones para la consolidación de suelos de cimentación para edificios, destinadas a aumentar la capacidad de carga del suelo antes de y tras la construcción de una estructura, y en el campo de las intervenciones para evitar la subsidencia del suelo o pavimento, se conoce la utilización de sustancias que se expanden como consecuencia de una reacción química, del tipo que comprende una mezcla de polioles e isocianato MDI, o una sustancia expandible similar, que se solidifica tras la expansión y con lo que dicha expansión pasa a ser permanente.

La patente europea n.º 851.064, a nombre del presente solicitante, describe un procedimiento para aumentar la capacidad de carga de los suelos de cimentación que consiste sustancialmente en realizar una pluralidad de orificios profundos separados en el suelo e inyectar a través de dichos orificios una sustancia expandible de este tipo, que se expande como consecuencia de una reacción química de sus componentes, utilizando una potencia de expansión que, a presión atmosférica, provoca un aumento del volumen de por lo menos cinco veces su volumen inicial. La expansión de la sustancia produce una compactación del suelo contiguo hasta que alcanza la capacidad de carga prevista. El nivel del suelo o de la estructura que recubre la zona del suelo que se somete a intervención se supervisa constantemente para detectar el inicio de su levantamiento, lo que significa que el suelo de cimentación ha alcanzado una capacidad de soporte apropiada para soportar la estructura suprayacente o simplemente, si no existe una estructura, que la capa de suelo entre el terreno y la zona de inyección se ha compactado.

Claramente, la estructura se puede elevar únicamente si la presión generada por la expansión de las sustancias que intervienen es superior a la presión aplicada al suelo afectado por la expansión, por el peso estático y dinámico de la estructura más el peso de cualquier suelo que recubra el punto de inyección y las fuerzas de fricción en del suelo.

La presión máxima que se puede generar mediante la expansión de dichas sustancias siempre se ha estimado de como máximo aproximadamente 500 kPa. Por este motivo, dicho procedimiento nunca se ha considerado apto y se utiliza para realizar la consolidación de cimientos de edificios o estructuras muy grandes o muy pesados o para tratar de elevar dichas estructuras, ya que generalmente aplican al suelo una presión superior a 500 kPa; ello sucede porque se pensaba que la expansión de dichas sustancias en dichas estructuras no podría mejorar la compactación del suelo o levantar la estructura. Además, no se ha realizado intento alguno de consolidar aún más suelos que ya estaban bien compactados y proporcionar una resistencia a la rotura superior a 500 kPa.

A veces puede resultar conveniente o indispensable producir una compresión del suelo superior a 500 kPa asimismo debajo de las estructuras de bajo peso o en un suelo sin cargar. De hecho, es importante destacar la distinción entre las subsidencias provocadas por la baja capacidad de carga del suelo (que, si la carga de la estructura es inferior a 500 kPa, se resolvía eficazmente con el procedimiento descrito en la patente citada anteriormente a nombre del mismo solicitante) y las subsidencias de consolidación que se pueden producir en suelos de grano fino, incluso cuando presentan una capacidad de carga suficiente. En realidad, estructuras relativamente ligeras a menudo se hunden a pesar de que se están construyendo en suelos con una capacidad que supera la carga suprayacente. Ello se produce simplemente debido a que ocurre un proceso de consolidación que causa una reducción del volumen, con la subsidencia consecuente con el tiempo debido a la migración del agua.

A veces, en unas condiciones similares, es importante evitar desde el principio la aparición de dichas subsidencias, a fin de evitar daños a la estructura. En dichos casos se suele proporcionar, directamente en el diseño, cimientos y estructuras que puedan tolerar un cierto grado de subsidencia. Sin embargo, en el caso de las estructuras existentes, cuando ello no se realizó o cuando la extensión prevista de la subsidencia resulta ser incorrecta, en vista de la extrema dificultad de formular predicciones exactas de la subsidencia, incluso con estudios geotécnicos en profundidad, o también cuando es importante evitar desde el principio la aparición de dichas subsidencias, a fin de evitar incluso, por ejemplo, oscilaciones mínimas del nivel de instrumentos o máquinas, es necesario intervenir para subsanar o prevenir el fenómeno, ya que un aumento elevado de la compresión del suelo (incluso muy superior a la compresión requerida únicamente para la capacidad de carga) provoca el desarrollo de la consolidación y evita, por lo tanto, la subsidencia.

El módulo edométrico de un suelo es, de hecho, inversamente proporcional a la subsidencia. Una compresión elevada del suelo (superior a 500 kPa) aumentará el módulo edométrico y, por consiguiente, reducirá la subsidencia incluso en estos tipos de suelo.

Por último, las normativas requieren en general un coeficiente de seguridad de tres en los cimientos superficiales. Por consiguiente, a fin de cumplir con las normativas, cualquier suelo de cimentación tiene que presentar una capacidad de carga que sea por lo menos tres veces la tensión provocada por la estructura suprayacente.

Resumiendo, todos los problemas que, tal como los descritos anteriormente, requieren una presión de expansión de la sustancia expandible superior a 500 kPa no se abordan con el procedimiento descrito anteriormente, ya que se consideró que las sustancias expandibles del tipo citado anteriormente no podían generar una fuerza de expansión superior a dicho valor.

Sorprendentemente, en intervenciones en suelos de alta densidad realizados por el presente solicitante, se obtuvieron unos resultados que pusieron en cuestión dicha opinión y llevaron a pensar que la presión generada por las sustancias utilizadas podría ser superior a la hipotética.

Por este motivo, el presente solicitante realizó una pluralidad de ensayos dirigidos a identificar la presión máxima real que se puede alcanzar a partir de la expansión de las sustancias que se expanden como consecuencia de una reacción química.

El resultado de dichos ensayos fue igualmente sorprendente, ya que se descubrió que la presión máxima que se puede generar mediante las sustancias del tipo citado anteriormente, en determinadas condiciones es considerablemente superior a la presión hipotética y, basándose en dichos resultados, se ha considerado utilizar dichas sustancias expandibles en intervenciones que hasta el momento se consideraban imposibles.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento que permita utilizar la fuerza generada por la expansión de dichas sustancias para consolidar suelos de cimentación utilizando sustancias que se expanden como consecuencia de una reacción química o, en cualquier caso, para alcanzar los efectos de sobreconsolidación en algunos tipos de suelo subyacente incluso en estructuras no muy pesadas, ya que a veces este es el único modo de evitar subsidencias y garantizar, con el tiempo, la estabilidad de la estructura.

Este y estos propósitos y objetivos que se pondrán más claramente de manifiesto a continuación se alcanzan mediante un procedimiento para consolidar suelos de cimentación según la reivindicación 1.

Preferentemente, el procedimiento según la presente invención comprende:

- producir una pluralidad de orificios en el suelo, estando dichos orificios separados entre sí y encontrándose debajo del frente inferior o cara inferior de los cimientos de la estructura;

- inyectar dentro del suelo, a través de dichos orificios, una sustancia que se expande como una consecuencia de una reacción química y comprende una mezcla de polioles y un isocianato MDI, o una sustancia expandible similar, con un tiempo de inicio de la expansión comprendido sustancialmente entre 2 y 25 segundos y con un aumento potencial del volumen, como consecuencia de la expansión, superior a cinco veces el volumen de la sustancia expandible antes de la expansión;

- determinar cuándo se alcanza el grado previsto de consolidación del suelo o el grado previsto de elevación de la estructura;

- finalizar la inyección de dicha sustancia expandible cuando se alcanza el grado previsto de consolidación del suelo.

Las características y ventajas... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para consolidar suelos de cimentación sin levantar estructuras, que comprende las etapas siguientes:

- establecer que el suelo de cimentación que va a ser tratado requiere la aplicación de presiones de expansión superiores a 500 kPa con el fin de asegurar la consolidación correcta del mismo;

- proporcionar una sustancia expandible adaptada para generar, durante la expansión, como consecuencia de una reacción química, en el suelo de cimentación que va a ser tratado, una presión superior a 500 kPa y, preferentemente, unas sustancias que puedan alcanzar e incluso superar una presión de 10000 kPa;

- establecer una cantidad de dicha sustancia expandible que se debe inyectar para obtener un grado necesario de consolidación del suelo de cimentación durante las inyecciones realizadas individualmente y sin levantar las estructuras, mediante cálculos matemáticos basados en datos de estudios geotécnicos del suelo de cimentación, en las presiones que van a ser aplicadas, en las densidades consecuentes de dicha sustancia expandible que se obtendrán al aplicar dichas presiones, y en los volúmenes de dicha sustancia expandible necesarios para alcanzar el resultado pretendido; e

- inyectar dentro del suelo de cimentación que va a ser consolidado dicha cantidad de sustancia expandible y generar, durante la expansión de dicha cantidad de sustancia expandible, una presión superior a 500 kPa en el suelo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de inyección comprende:

- producir una pluralidad de orificios en el suelo, estando dichos orificios separados entre sí y encontrándose debajo del frente inferior o cara inferior de los cimientos de la estructura;

- inyectar dentro del suelo, a través de dichos orificios, una sustancia que se expande como consecuencia de una reacción química y comprende una mezcla de polioles y un isocianato MDI, o una sustancia expandible similar, con un tiempo de inicio de la expansión comprendido sustancialmente entre 2 y 25 segundos y con un aumento potencial del volumen, como consecuencia de la expansión, superior a 5 veces el volumen de la sustancia expandible antes de la expansión;

- determinar cuándo se alcanza el grado previsto de consolidación del suelo;

- finalizar la inyección de dicha sustancia expandible cuando se alcanza el grado previsto de consolidación del suelo de cimentación.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el grado pretendido de consolidación del suelo se determina midiendo la cantidad de sustancia expandible inyectada.

4. Procedimiento según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tiempo de inicio de la expansión de dicha sustancia expandible se encuentra sustancialmente comprendido entre 2 y 7 segundos.

5. Procedimiento según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha sustancia expandible, durante la expansión, genera una presión sobre el suelo circundante que es proporcional a la tensión opuesta por el suelo y es superior a 500 kPa y puede superar 10000 kPa.

6. Procedimiento según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha sustancia expandible comprende dos componentes: un primer componente constituido por poliol poliéter y/o poliol poliéster, por un catalizador y por agua, y un segundo componente constituido por isocianato MDI.

7. Procedimiento según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos orificios están formados verticalmente.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque dichos orificios están formados a un ángulo con respecto a la vertical.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque la inyección de dicha sustancia expandible en dichos orificios se realiza simultáneamente en una pluralidad de orificios.

10. Procedimiento según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la inyección de dicha sustancia expandible en dichos orificios se realiza de un modo continuo, haciendo que el punto de inyección suba gradualmente a lo largo del orificio correspondiente.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 10, caracterizado porque la inyección de dicha sustancia expandible en dichos orificios se realiza en una pluralidad de etapas, haciendo que el punto de inyección suba de un modo intermitente a lo largo del orificio correspondiente.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 11, caracterizado porque comprende unas etapas adicionales para la inyección de dicha sustancia expandible en unos orificios que se encuentran separados entre los orificios ya utilizados en las etapas de inyección anteriores.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la sustancia comprende una mezcla de polioles y un isocianato MDI, o una sustancia expandible similar, con un tiempo de inicio de la expansión comprendido sustancialmente entre 2 y 25 segundos y con un aumento potencial de volumen, como consecuencia de la expansión, que es superior a cinco veces el volumen de la sustancia antes de la expansión, y dicha sustancia se inyecta dentro de un suelo de cimentación y crea, tras la expansión, una presión superior a 500 kPa en dicho suelo de cimentación para consolidar dicho suelo de cimentación.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque dicha sustancia expandible presenta un tiempo de inicio de la expansión comprendido sustancialmente entre 2 y 7 segundos.