Mejora de terrenos potencialmente licuables con inyeccciones de compactación

Resumen

La licuación o licuefacción es uno de los más importantes, interesantes y controvertidos temas en la ingeniería geotécnica. Sus efectos devastadores provocaron la atención de los ingenieros geotécnicos desde los terremotos de Alaska (USA) y Niigata (Japón), ambos ocurridos en 1964 y con magnitudes superiores a 7.5. El comportamiento de los suelos ante los efectos de sismos ha sido estudiado desde hace muchos años, debido a que se ha observado que los daños resultantes de la ocurrencia de terremotos pueden ser influenciados, de muchas maneras, por las características del terreno en una determinada área. El mal comportamiento de los suelos flojos ante los sismos y, en especial, el fenómeno de licuación en los de tipo incoherente, ha ocasionado pérdidas de vidas humanas y económicas muy importantes en distintos lugares del mundo. Debido a esto, se han realizado esfuerzos notables para desarrollar métodos para evaluar la susceptibilidad a la licuación de los suelos y la forma de poder mitigar este fenómeno. Pero la licuación de suelos es un tema muy complejo, donde intervienen muchas variables. Por lo que las condiciones bajos las cuales, los suelos granulares pierden parte significativa de su resistencia no han sido completamente comprendidas, representando un magnifico campo de investigación. También cabe señalar, que a pesar de que en los últimos años no se han producidos evidencia de casos de licuación en España, existen antecedentes históricos al respecto, por lo cual es aconsejable tomar en cuenta este fenómeno en diversos lugares de la península, donde se verifique la existencia de suelos arenolimosos sueltos por debajo del nivel freático unidos a intensidades notables en los terremotos previsibles. Además, es un problema que siempre se debe tener presente en el ámbito de obras portuarias, con rellenos ganados al mar, compuestos por materiales granulares depositados con densidad baja a media. Partiendo de las premisas expuestas, se entiende y se considera de mucho interés llevar a cabo un estudio sobre el comportamiento dinámico de los terrenos granulares finos, poniendo especial atención y énfasis en el fenómeno de licuación de suelos, factores que influyen en su ocurrencia, revisión y actualización tanto de los criterios para su predicción, así como los distintos métodos para su mitigación y dentro de ellos, aquellos que pueden ser aplicables a obras existentes. Esta tesis tiene como objetivos fundamentales desarrollar: Un nuevo método de predicción del fenómeno de la licuación basado en ensayos de CPT. Un nuevo método de diseño que permita mitigar el potencial de licuación, tanto en terrenos sin edificar así como en los ya edificados. Estos objetivos se han alcanzado a partir de: 1- Análisis del fenómeno de licuación de suelos y los factores que influyen en su ocurrencia. 2- Revisión de los diferentes métodos de predicción existentes para la evaluación del potencial de licuación, estudiando la manera en que tienen en cuenta las variables implicadas en el problema, con la finalidad de proponer un nuevo método de predicción basado en ensayos ¿in situ¿. 3- Planteamiento de un nuevo método de predicción del potencial de licuación basado en los ensayos de CPT. 4- Estudio de los diferentes métodos de mejora del terreno para mitigar el potencial de licuación, orientando su aplicación a terrenos con obras ya existentes. 5- Estudio de las inyecciones de compactación como método de densificación y refuerzo del terreno, con el objetivo de mitigar el potencial de licuación inclusive en terrenos con obras existentes. 6- Estudio analítico de las inyecciones de compactación, con la finalidad de postular un método de diseño práctico para la mitigación del potencial de licuación. 7- Verificación del método comentado en el punto anterior tanto con un caso real, en el cual el autor de esta tesis estuvo involucrado, así como con otras obras llevadas a cabo en los Estados Unidos de América. Entre los resultados y aportaciones originales más importantes obtenidas de esta tesis, se pueden señalar las siguientes: Con relación a los métodos existentes de evaluación del potencial de licuación, se ha visto la conveniencia de utilizar aquellos basados en correlaciones empíricas de las características de los suelos obtenidas mediante ensayos in-situ, con el comportamiento de los mismos observado en sismos anteriores y dentro de ellos los que se basan en el ensayo de CPT (Figura 1). Un método para evaluar la susceptibilidad a la licuación sustentada en la correlación directa entre la resistencia a la licuación y la forma en que varía con la profundidad, la resistencia a la penetración con el CPT (Figura 2 y 3). Un método de diseño de las inyecciones de compactación basado principalmente en la expansión de cavidades esféricas y aplicable a arenas con contenidos de finos (C.F.) inferiores al 20-30% (IP< 10%). Dicho método sigue una metodología práctica, combinando el estudio del proceso de inyección (expansión de una cavidad esférica), con la relación volumen-presión en el bulbo inyectado (cavidad expandida) que provocaría la rotura del terreno, es decir, acoplando dos análisis un solo modelo. Este método es aplicable tanto a obras nuevas, como obras existentes e incluye unos ábacos de diseño que facilitan aplicación (Figuras 4, 5, 6 y 7). Un método de evaluación de la concentración de tensiones que producen en los taladros inyectados (inclusiones rígidas), dentro terreno reforzado con inyecciones de compactación, al actuar el sismo. Esto permite incrementar el factor de seguridad frente a la licuación, las zonas donde no se haya alcanzado el valor mínimo requerido por normativa. Además, este método incluye un procedimiento evaluación del espesor máximo de terreno (con insuficiente mejora y susceptible de licuarse), en que los taladros inyectados con mortero puede actuar como inclusiones rígidas sin llegar a la rotura. Determinación de los coeficientes de fricción en las tuberías de acero goma (comúnmente utilizadas en este tipo de tratamiento) al circular su interior un mortero, con las características del empleado para inyecciones de compactación, de tal forma, que se puedan evaluar presiones realmente transmitidas en los puntos de inyección a partir las presiones registradas en los puntos de control del tratamiento.