METODO DE INGENIERIA DE SUELOS.

Método para modificar suelos geotécnicamente inadecuados en un terreno de forma que el terreno se convierta en capaz de soportar cargas,

comprendiendo dicho método los siguientes pasos:

a) excavar un volumen de suelo del terreno hasta una profundidad predeterminada;

b) aplicar un tratamiento de estabilización de suelos in situ a la base del terreno excavado mencionado en el paso (a);

c) aplicar un tratamiento de estabilización de suelos al volumen de suelo excavado del terreno en el paso (a);

d) aplicar una compactación dinámica con rodillos a la base del terreno excavado mencionado en el paso (a);

e) volver a introducir en el terreno excavado parte del suelo tratado en el paso (c) para formar una capa de un espesor predeterminado;

f) aplicar la compactación a la capa formada en el paso (e);

g) repetir los pasos (e) y (f) para formar una capa compuesta de un espesor predeterminado;

h) aplicar la compactación dinámica con rodillos a la capa compuesta formada en el paso (g); y

i) repetir los pasos (e) a (h) para rellenar sustancialmente el terreno hasta un nivel predeterminado. y caracterizado porque en el tratamiento de estabilización de suelos del paso (b), la base se sobreseca de modo tal que la capa de base actúa después, por capilaridad, para absorber toda humedad generada durante el paso (d)

Método de ingeniería de suelos.

La presente invención se refiere a un método de ingeniería de suelos. En particular, se refiere a un método para modificar geotécnicamente suelos inadecuados en un terreno de forma que dicho terreno sea capaz de soportar cargas.

Tradicionalmente, cuando se emprende una obra de construcción in situ con suelos geotécnicamente inadecuados (es decir suelos incapaces de soportar cargas sustanciales o esfuerzos propios), existen varias soluciones posibles que se pueden elegir para intentar superar el problema. Estas soluciones convencionales incluyen la utilización de un relleno estructural (también conocido como "excavación y vertido de escombros"), desviando la zona de suelos geotécnicamente inadecuados por la colocación de pilotes, precargas en el suelo o diseñando la estructura que se debe construir reforma que se minimice el efecto en el suelo.

En las técnicas convencionales de colocación de pilotes, los pilotes se introducen en el suelo bajando por los estratos capaces de soportar cargas. La profundidad necesaria ara los pilotes puede variar considerablemente, ya que el principio detrás de esta solución consiste en transferir la carga impartida por un edificio construido en el terreno, vía los pilotes, hacia los estratos subyacentes. Las capas superiores de suelo más débiles, que son incapaces de soportar la carga del edificio o los esfuerzos de los pilotes, son, por tanto, efectivamente desviadas.

Sin embargo, la colocación de pilotes es un procedimiento que lleva tiempo, da mucho trabajo, es costoso y que además no resuelve forzosamente todos los problemas que se presentan por la presencia de suelos geotécnicamente no adecuados. En particular debido a que las capas superiores más débiles del suelo permanecen sin cambios, siguen presentando propiedades no deseables, en especial en caso de suelos de arcilla, que tienden a dilatarse y a contraerse en presencia o ausencia de agua, y en caso de suelos con bolsas de aire o "vacíos" en los mismos, tendencia a asentarse. Debido a que las capas de suelo geotécnicamente inadecuadas no son uniformes, esta dilatación, contracción y asentamiento puede tener lugar a distintos grados por todo el terreno. Esto conduce a un asentamiento diferencial del terreno, lo que puede llevar finalmente al hundimiento en los cimientos de los edificios construidos sobre ellos, provocando grietas en la albañilería y dañando el alcantarillado y demás infraestructuras subterráneas.

Cuando la condición del suelo en un terreno es marginal, se proponen alternativas a la colocación de pilotes destinadas a modificar las propiedades de los suelos geotécnicamente inadecuados y marginales, de forma que se conviertan en capaces de soportar cargas. Estas alternativas propuestas se basan en dos principios básicos: la consolidación, que exige eliminar el agua de los suelos, y la compactación, que requiere eliminar el aire de los suelos.

Durante muchos años se ha llevado a cabo la consolidación de los suelos marginales de una manera u otra y tal consolidación está incluida en el proceso de estabilización de los suelos. La estabilización de suelos se utiliza principalmente para secar el material que es demasiado húmedo y modificar químicamente la composición de los suelos para mejorar su capacidad de soportar peso. Este proceso implica típicamente el tratamiento de un suelo de arcilla hidratado con un material anhidro, tal como cal, para reducir el contenido en agua del suelo e iniciar una reacción química que resulte en la modificación de la estructura química del suelo d forma que se elimine su capacidad para contraerse o desplazarse lateralmente en el futuro. Finalmente, esto hace posible que el suelo se modifique para presentar propiedades granulares en lugar de cohesivas.

La compactación requiere la aplicación física de una carga al suelo, de forma que se fuerzan las partículas del suelo para que se encuentren más cerca unas de otras, expulsando así el aire. Existen numerosas técnicas de compactación, determinándose el tipo seleccionado por la profundidad de la influencia exigida. De la técnica anterior se conocen buenos ejemplos de JP-A-2005076414 y EP-A-0443960.

Las técnicas estándar de compactación implican el manejo mecánico de un rodillo cilíndrico sobre un área de suelo para compactar de forma continua las capas de suelo por debajo de éste.

La compactación dinámica (CD) mejora las propiedades mecánicas del suelo mediante la aplicación repetida de impactos de muy alta intensidad sobre la superficie, lo cual se consigue dejando caer un peso por toda la superficie que ha de ser compactada. La profundidad efectiva del tratamiento será determinada por la magnitud del peso y la altura de la caída. Se ha descubierto que la compactación dinámica tiene una influencia sobre los suelos superior a 20 m por debajo del nivel del suelo. El tipo de compactación dinámica seleccionada dependerá de las condiciones geotécnicas a las que se dirige.

Se ha desarrollado una variación de esta técnica conocida como "compactación dinámica con rodillo" (CDR), por ejemplo en WO-A-96/27713, en la que se utiliza un rodillo que tiene una sección transversal no circular. Los rodillos para la CDR se desarrollan con secciones transversales generalmente poligonales de 3, 4 o 5 caras. El principio detrás de la compactación dinámica con rodillos consiste en que el rodillo no circular se mueve por el suelo y con ello gira, un vértice tras otro se elevarán hacia el punto más alto, obteniendo así una energía potencial efectiva, antes de ser liberados por unos resortes de compresión y caer bajo el efecto de la gravedad. La energía potencial se convierte así en energía cinética, que a su vez se traslada al suelo cuando el vértice alcanza el punto más bajo de su ciclo impactando con la superficie del suelo.

La compactación dinámica con rodillos es capaz de suministrar al suelo cargas significativamente más grandes que la compactación por peso muerto o por vibración, debido al factor multiplicador de la altura y del peso que es inherente a este diseño. Como consecuencia, aunque otros métodos de compactación pueden proporcionar un alto grado de compactación a las capas de suelo cercanas a la superficie del terreno, se ha descubierto que la compactación dinámica con rodillos consigue una compactación de los suelos superior a 5 m por debajo de la superficie.

Tanto la estabilización de los suelos como la compactación dinámica con rodillos producen resultados satisfactorios en la modificación de los suelos marginales, aunque los procesos funcionan de forma sustancialmente diferente. Sin embargo, en situaciones en las que el suelo de un determinado lugar es geotécnicamente inadecuado, ni la estabilización del suelo ni la compactación dinámica con rodillos por separado pueden modificar las propiedades del suelo hasta un punto tal en el que la colocación de pilotes ya no sea necesaria. En su lugar, se deben utilizar técnicas de "excavación y vertido de escombros", según las cuales se excava el suelo geotécnicamente inadecuado, se elimina del terreno y se desecha. Las técnicas de excavación y vertido de escombros no son deseables debido a su impacto medioambiental tanto en términos de desplazamientos de camiones y utilización de vertederos, como en términos de costes, tiempo y trabajo.

Hasta ahora, no se ha desarrollado ningún método único que sea capaz de modificar los suelos geotécnicamente inadecuados hasta un punto tal que se pueda poner fin completamente a la necesidad de la colocación de pilotes. Además, hasta ahora, la creencia popular imperante en la industria de la construcción ha mantenido que los efectos de la estabilización del suelo y de la compactación dinámica con rodillos son procesos competidores que no se pueden utilizar en tándem.

La presente invención se deriva del hecho de que, contrariamente a las creencias de muchos en la industria de la construcción, las técnicas de estabilización del suelo y compactación dinámica con rodillos se pueden adaptar para funcionar conjuntamente en sinergia. Por tanto, la presente invención trata de combinar estas dos técnicas tradicionalmente dispares en un único método de ingeniería de suelos, gracias al cual los suelos geotécnicamente inadecuados se modifican para transformarlos en capaces de soportar cargas. La presente invención procura además reducir o eliminar sustancialmente la necesidad de técnicas de colocación de pilotes o de "excavación y vertido de escombros" que se llevan a cabo en terrenos que comprenden suelos geotécnicamente inadecuados. Esto dará como...

1. Método para modificar suelos geotécnicamente inadecuados en un terreno de forma que el terreno se convierta en capaz de soportar cargas, comprendiendo dicho método los siguientes pasos:

a)        excavar un volumen de suelo del terreno hasta una profundidad predeterminada;

b)        aplicar un tratamiento de estabilización de suelos in situ a la base del terreno excavado mencionado en el paso (a);

c)        aplicar un tratamiento de estabilización de suelos al volumen de suelo excavado del terreno en el paso (a);

d)        aplicar una compactación dinámica con rodillos a la base del terreno excavado mencionado en el paso (a);

e)        volver a introducir en el terreno excavado parte del suelo tratado en el paso (c) para formar una capa de un espesor predeterminado;

f)        aplicar la compactación a la capa formada en el paso (e);

g)        repetir los pasos (e) y (f) para formar una capa compuesta de un espesor predeterminado;

h)        aplicar la compactación dinámica con rodillos a la capa compuesta formada en el paso (g); y

i)        repetir los pasos (e) a (h) para rellenar sustancialmente el terreno hasta un nivel predeterminado.

y caracterizado porque en el tratamiento de estabilización de suelos del paso (b), la base se sobreseca de modo tal que la capa de base actúa después, por capilaridad, para absorber toda humedad generada durante el paso (d).

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque los tratamientos de estabilización del suelo de los pasos (b) y (c) implican el tratamiento de dicho suelo con uno o más materiales aglomerantes o en polvo seleccionados entre cemento, cal (óxido de calcio), ceniza de combustible pulverizada (PFA) y escoria de alto horno granulada y molida (GGBS).

3. Método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque en el paso (f) se utiliza una compactación estándar.

4. Método según la reivindicación 3, caracterizado porque la compactación estándar del paso (f) prosigue hasta lograr sustancialmente un 95% de compactación de la capa formada en el paso (e).

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la compactación dinámica con rodillos del paso (h) prosigue hasta que se consiga un rechazo efectivo.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los tratamientos de estabilización del suelo de los pasos (b) y (c) prosiguen hasta que se reduzca el contenido en humedad del suelo tratado hasta sustancialmente un 3% menos que el contenido en humedad óptimo estándar para el tipo de suelo que se está tratando.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además los pasos preliminares de:

i)        estudiar el terreno para determinar las características del suelo;

ii)        determinar la carga de construcción y los requisitos de diseño; y

iii)        utilizar los datos procedentes de los pasos preliminares (i) y (ii) para determinar la profundidad de excavación necesaria para el paso (a), la composición requerida de los materiales para el de tratamiento de estabilización del suelo para los pasos (b) y (c), el espesor necesario de la capa para el paso (e), el espesor requerido de la capa compuesta para el paso (g) y el nivel de relleno necesario para el paso (i).

8. Método según la reivindicación 9, caracterizado porque todo material contaminado identificado en el paso preliminar (i) se aísla, se modifica para impedir la lixiviación y se entierra en la base del terreno excavado en el paso (a).

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la profundidad de excavación en el paso (a) se encuentra en el rango de 2 a 5 m y, preferentemente, es sustancialmente de 3 m.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de la capa en el paso (e) se encuentra en el rango de 200 mm a 300 mm.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor de la capa compuesta del paso (g) se sitúa en el rango de 1,0 a 1,5 m.

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además el paso adicional de:

iv)        someter a prueba y controlar la condición del suelo después de cada uno de los pasos (a) a (i) para comprobar y verificar el alcance de la consolidación y compactación después de cada paso del método, y modificar el método adecuadamente cuando sea necesario.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el nivel de relleno en el paso (i) es sustancialmente 100 mm más alto que el nivel inicial de la superficie para tener en cuenta la consolidación durante los pasos posteriores de compactación.

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además el paso adicional de:

v)        después del paso (d) y antes del paso (e), introducir en el terreno excavado una capa adicional que tiene tuberías localizadas en su interior para la conexión a un sistema de calefacción geotérmica.

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los suelos que han de ser tratados incluyen suelos arcillosos expansivos, y caracterizado porque el(los) paso(s) de estabilización del suelo incluye(n) un tratamiento de modificación del suelo para impedir la contracción y la dilatación de dichos suelos arcillosos expansivos.