Método de protección sísmica local para obras de construcción existentes y/o posibles destinado a las zonas de cimentación y las que rodean la construcción de la edificación.

Método para la protección sísmica local de zonas edificables y/o edificadas dirigido a terrenos decimentación y/o terreno circundante de dichas zonas edificables y/o edificadas que consiste en inyeccionesintegradas y/o simultáneas de productos químicos,

también de expansión, en el terreno, caracterizadoporque comprende las siguientes etapas:

i. disponer una pluralidad de receptores (4) sobre dichos terrenos de cimentación y/o terrenocircundante o sobre la estructura que va a examinarse, conectándose dichos receptores a un procesadorelectrónico (PC 7);

ii. disponer una o más fuentes sísmicas (6) sobre el terreno;

iii. realizar una generación controlada de ondas sísmicas por medio de dichas fuentes sísmicas (6);

iv. medir los valores de velocidad de las ondas sísmicas simuladas y otros parámetros geofísicosindicativos de la respuesta sísmica del terreno de cimentación y/o del terreno circundante a dichageneración de ondas sísmicas;

v. procesar por ordenador dichos parámetros geofísicos medidos fijando un primer proyecto deinyección;

vi. inyectar en el terreno dichos productos químicos de expansión, que son resinas de poliuretano,según dicho primer proyecto de inyección;

vii. medir de manera continua dichos parámetros geofísicos durante dicha inyección de dichosproductos químicos de expansión;

procesar y comparar dichos parámetros geofísicos medidos en tiempos diferentes y secuenciales paracorregir y/o modificar dicho primer proyecto de inyección durante la inyección para obtener una respuestasísmica local aceptable.

Método de protección sísmica local para obras de construcción existentes y/o posibles destinado a las zonas de cimentación y las que rodean la construcción de la edificación.

Esta invención se refiere a un método para la protección sísmica local destinado a oponerse a posibles daños que resultan de acciones mecánicas activadas de eventos sísmicos en zonas edificables y/o edificadas en general, en particular, en cimentaciones o en las zonas que rodean las edificaciones.

La solicitud de patente alemana n.º DE 4304816 da a conocer una punta de desplazamiento diseñada como guía de deslizamiento de sección decreciente en el extremo de un tubo introducido en el terreno. Cuanto se retira el tubo, se abre un hueco anular a través del que penetra una pasta granular o un polvo seco en la cavidad producida por la retirada. Cuando se hace avanzar de nuevo el tubo, se desplaza el granulado y se compacta junto con el subsuelo circundante; vibraciones axiales y torsionales ayudan a esta acción sin alterar el entorno sensible. El instrumento se presiona hacia dentro mediante un tubo protector y de guía y se retira y se hace avanzar repetidamente para la inyección y compactación del granulado en diversas posiciones de trabajo. Se configura el instrumento como una bomba con elementos de accionamiento y control. El mismo instrumento también sirve como sonda de modo que pueden adaptarse el tipo y la cantidad del granulado. Puede alimentarse un grupo de varillas de inyección de este tipo de manera que se produzca una estabilización cuidadosa, fiable y óptima desde el punto de vista económico. Pueden insertarse posteriormente varillas o tubos para una mejora adicional, refuerzo o monitorización de prueba en las zonas mejoradas en forma de columna.

Este documento describe un equipo para medir vibraciones en condiciones estáticas.

La solicitud de patente internacional n.º WO 2004044335 describe un método en el que se perforan pozos (1) en el terreno para la inyección de lechadas sumamente expansivas (5) , de modo que se rellenan los vacíos del subsuelo y éste se compacta y por tanto se reduce el potencial de licuación bajo fuerzas de vibración y terremotos.

En esta solicitud de patente, se describe un control basado en la distancia que se realiza durante la inyección.

Se sabe que cuando se produce un terremoto, la energía elástica acumulada se libera en el terreno, parcialmente en forma de ondas sísmicas elásticas que se propagan con velocidad variable según el medio que cruzan. En particular, durante un evento sísmico, las ondas que se propagan sobre la superficie “S” son responsables de los daños más graves a edificaciones en general, y son las que deben tenerse más en cuenta para los problemas sísmicos locales. Estos efectos sobre obras son particularmente importantes en la sección vertical del terreno (por ejemplo, dentro de los primeros 30 metros desde el nivel de superficie) y especialmente en zonas urbanas en las que, durante los terremotos, tienden a concentrarse la mayoría de los daños en zonas en las que, por ejemplo, una fuerte heterogeneidad estructural y subterránea favorecen complejos fenómenos de interferencia de ondas sísmicas que pueden producir localmente considerables amplificaciones del movimiento del terreno.

Considerando que el peligro sísmico se define como el nivel probable de temblor del terreno asociado con que se produzca un terremoto, con el fin de cumplir con los reglamentos actuales cada territorio se ha dividido en categorías de peligrosidad según un procedimiento denominado macrozonación sísmica; sin embargo, se sabe que tal división no tiene en cuenta los posibles efectos de amplificación debidos al paso del movimiento sísmico a través de las capas sedimentarias más próximas a la superficie, y por tanto puede ser inadecuada para representar situaciones locales que, debido a sus características particulares, pueden mostrar niveles de peligrosidad sísmica muy diferentes. Este es el motivo por el que es esencial referirse a la microzonación sísmica del territorio en la que los valores de peligrosidad reflejan más estrictamente las condiciones locales. En este caso, el análisis de respuesta sísmica local constituye la parte fundamental de las actividades de microzonación: requiere un enfoque multidisciplinar que integra contribuciones proporcionadas por la sismología, geofísica, geotécnica e ingeniería de estructuras.

El objeto de esta invención se basa en estas suposiciones.

Se sabe que actualmente se adoptan diversas técnicas de defensa/control con el fin de proteger edificaciones en general frente a la acción sísmica, principalmente aplicadas a estructuras de edificación. Estas intervenciones se planifican de manera pasiva tomando “el contexto del terreno” a nivel de peligrosidad sísmica y centrando principalmente la atención en la estructura de las edificaciones.

Por tanto, existen varios tipos diferentes de intervención sobre estructuras soportadas. Los tipos activos (más complejos y caros) ejercen una fuerza contraria dinámica frente a la acción sísmica cuando se produce el evento, mientras que los tipos de control pasivo (más recientes) en algunos casos buscan efectos de aislamiento que prevén la interposición de elementos de desconexión con fuerte deformabilidad (horizontal) y fuerte rigidez axial (vertical) entre cimentaciones y superestructuras, en un intento por desvincular el movimiento del terreno del de las estructuras que se encuentran por encima del terreno, como alternativa a los efectos de disipación que prevén la inserción de arriostramientos frente a viento de disipación en las estructuras de edificación adecuados para absorber por su parte la energía sísmica.

También se sabe que es posible oponerse a los efectos sísmicos también a través de controles híbridos, es decir, combinaciones de técnicas de control activo y pasivo; como consecuencia, por tanto, en determinados casos es muy complejo y caro planificar y llevar a cabo trabajos de adaptación sísmica en edificaciones existentes.

El método para la protección sísmica según esta invención tiene como objetivo centrarse principalmente en el terreno bajo y alrededor de las edificaciones, con el objetivo de lograr un mayor nivel de respuesta sísmica local en ese terreno, modificando adecuadamente sus características físicas y químicas.

Sólo en una fase posterior, tras haber obtenido una mejor respuesta sísmica local, será posible proporcionar a los diseñadores de estructuras los parámetros de proyecto sísmicos y geotécnicos básicos para una intervención adecuada y más precisa en las edificaciones, con gran ventaja para la seguridad y los costes de las obras.

Para ello, se sabe que la propagación de ondas sísmicas superficiales en el terreno se produce en un medio heterogéneo según modos dispersivos, y también teniendo en cuenta que diferentes frecuencias corresponden a diferente velocidad de fase; en particular, la dispersión geométrica, en oposición a la dispersión intrínseca de los materiales, depende de las geometrías (grosor) de las capas atravesadas. De hecho, en un terreno no homogéneo o estratificado que tiene propiedades mecánicas variables, la heterogeneidad también se refleja en la propagación de ondas superficiales.

Diferentes longitudes de onda, relacionadas con diferentes profundidades, afectan a materiales con propiedades mecánicas desiguales y se propagan según la velocidad de fase, dependiendo de las propiedades mecánicas (módulos de elasticidad) . Como resultado, las ondas superficiales son las que son más fiables para proporcionar una información precisa sobre las características mecánicas del terreno atravesado porque, tal como se mencionó anteriormente, no se propagan en fluidos sino sólo en el armazón sólido. Por este motivo, además de introducir nuevos métodos de cálculo, recientes normas técnicas para el diseño de proyectos a prueba de seísmos en adaptación a normas europeas y mundiales, también han introducido una nueva clasificación de terrenos para definir la acción sísmica del proyecto basándose en el parámetro Vs30. Este último representa la velocidad de propagación promedio de las ondas “S” dentro de los primeros 30 metros de profundidad (bajo los niveles de cimentación de la edificación) y depende del grosor en metros y de la velocidad de las ondas de cizalla a través de la capa, de orden n por un total de N capas en las que se divide tal profundidad.

1. Método para la protección sísmica local de zonas edificables y/o edificadas dirigido a terrenos de cimentación y/o terreno circundante de dichas zonas edificables y/o edificadas que consiste en inyecciones integradas y/o simultáneas de productos químicos, también de expansión, en el terreno, caracterizado

porque comprende las siguientes etapas:

i. disponer una pluralidad de receptores (4) sobre dichos terrenos de cimentación y/o terreno circundante o sobre la estructura que va a examinarse, conectándose dichos receptores a un procesador electrónico (PC 7) ;

ii. disponer una o más fuentes sísmicas (6) sobre el terreno;

iii. realizar una generación controlada de ondas sísmicas por medio de dichas fuentes sísmicas (6) ;

iv. medir los valores de velocidad de las ondas sísmicas simuladas y otros parámetros geofísicos indicativos de la respuesta sísmica del terreno de cimentación y/o del terreno circundante a dicha generación de ondas sísmicas;

v. procesar por ordenador dichos parámetros geofísicos medidos fijando un primer proyecto de 15 inyección;

vi. inyectar en el terreno dichos productos químicos de expansión, que son resinas de poliuretano, según dicho primer proyecto de inyección;

vii. medir de manera continua dichos parámetros geofísicos durante dicha inyección de dichos productos químicos de expansión;

procesar y comparar dichos parámetros geofísicos medidos en tiempos diferentes y secuenciales para corregir y/o modificar dicho primer proyecto de inyección durante la inyección para obtener una respuesta sísmica local aceptable.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha primera etapa de inyecciones actúa para reducir la tendencia plástica de la litología tratada a dar efectos de hinchamiento y hundimiento, según la

acción de captura hidrófoba de las moléculas de agua intersticiales en contacto, según la generación de enlaces nuevos y más fuertes destinados a aumentar los beneficios mecánicos de compactación y rigidez con el tiempo que resultan de posteriores inyecciones de mezclas de productos químicos de expansión.

3. Método según reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la definición de la posición de puntos de inyección, la cantidad de productos o mezclas de productos químicos, y las características de reacción de 30 tales productos, se determinan y se modifican basándose en los efectos identificados durante el funcionamiento en los volúmenes del terreno antes y durante las inyecciones dirigidas, y porque las condiciones de los volúmenes tratados se comparan secuencialmente con las condiciones antes de la última inyección realizada, hasta que se logra un nivel de respuesta sísmica local más seguro, también obtenidas mediante comparación con volúmenes de terreno circundante que tienen parámetros sísmicos

adecuados.

4. Método según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque usa mediciones y controles de las inyecciones dirigidas en el terreno basándose en el análisis global y en la comparación de los parámetros principales del terreno durante la fase dinámica de reequilibración mediante un sistema integrado de inyección y monitorización geofísica que gestiona las diversas etapas de intervención.

5. Método según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende una etapa de monitorización para controlar los efectos obtenidos durante operaciones de “sobre el terreno” a “subterráneas” en los volúmenes del terreno tratados con inyecciones de mezclas de productos químicos por medio de barridos geofísicos tomográficos hasta el nivel 3D.

6. Método según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dichos productos químicos de expansión se

45 introducen en el terreno o bien con aire comprimido o bien en forma líquida para una permeación lenta o a presión usando sistemas de inyección.

7. Método según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dichos productos químicos de expansión se introducen en el terreno en una única disolución o por separado para cada componente de la misma.

8. Método según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dichos productos químicos de expansión

50 para la fase preliminar se componen según el contexto litológico de zeolitas sintéticas y/o naturales, tamices moleculares en general, o alternativamente gel de sílice.

9. Método según las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dichos productos químicos de expansión se introducen en el terreno también en múltiples niveles de inyección.

10. Método para la protección sísmica local de zonas edificables y/o edificadas dirigido a terrenos de cimentación y/o a los que rodean las edificaciones según las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque

dichos productos químicos de expansión se inyectan simultáneamente a través de pozos perforados en el terreno que pueden ser tanto verticales como inclinados y a cualquier distancia entre dos adyacentes.

11. Método según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas intervenciones de inyección dirigida se basan en correcciones y/o modificaciones de los parámetros del primer proyecto de inyección durante el funcionamiento y se obtienen y se realizan basándose en las comparaciones entre las

mediciones llevadas a cabo en tiempos diferentes y secuenciales, basándose en las evaluaciones de las últimas mediciones y basándose en intervenciones realizadas en los parámetros físico-mecánicos de los sistemas de inyección, tales como: niveles de inyección, temperaturas, presiones, tiempos, cantidades de productos inyectados, tipos de productos de inyección, grado de cualquier mezclado, densidad, viscosidad.

12. Método según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la monitorización, llevada a cabo con

frecuencias y geometrías predeterminadas antes, durante y después de dichas intervenciones de inyección dirigida comprende activadores (6) simuladores de ondas sísmicas, y al menos una serie de receptores de medición de instrumentos geofísicos (4) , situados sobre el terreno o insertados en pozos de sondeo y/o fijados a la estructura que va a protegerse y conectados a al menos un componente multicanal (5) para adquirir series de mediciones; conectándose dicha unidad multicanal (acelerómetro/sismógrafo) a al menos

un procesador electrónico (PC-7) , dotado de software dedicado que comprende algoritmos simuladores de las características sísmicas de los terrenos que estén tratándose, directamente necesario para determinar las configuraciones gráficas multidimensionales de los mismos.

13. Método según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para llevar a cabo intervenciones en las proximidades de edificaciones, se lleva a cabo el método de manera segura situando previamente una serie

de sensores de movimiento adicionales x, y, z sobre el terreno y sobre la estructura en cuestión; dichos sensores, diferentes de los anteriores para la monitorización del terreno, se conectan entre sí para formar una malla de cuadrícula geométrica adecuada y se conectan a través de una red por cable o de manera inalámbrica a procesadores de PC que pueden devolver el conjunto de datos medidos en tiempo real.