ES2642145T3 - Procedimiento para la consolidación de suelos y/o estructuras de construcción en contacto con los mismos, y dispositivo relacionado - Google Patents

Procedimiento para la consolidación de suelos y/o estructuras de construcción en contacto con los mismos, y dispositivo relacionado Download PDF

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    • E02D3/123—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil and compacting the soil

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para la consolidacion de suelos y/o estructuras de construccion en contacto con los mismos, y dispositivo relacionado.
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la consolidacion de suelos y/o estructuras de construccion en contacto con suelos, asf como a un dispositivo relevante usado en dicho procedimiento.
Los suelos, pero tambien las estructuras de construccion de construcciones civiles, industriales o monumentos, asf como las estructuras de construccion que consisten en paredes de retencion de terraplenes o pendientes, pueden desmoronarse, en particular como resultado de fallas del terreno o actividades sfsmicas, lo que puede provocar inestabilidad y danos, incluso algunos graves, a las estructuras de construccion relevantes.
La consolidacion de dichos suelos y de las estructuras de construccion en contacto con los mismos, que tambien puede realizarse a modo de prevencion (en particular, prevencion antisfsmica), se realiza tradicionalmente de dos maneras:
- a traves de los denominados micropilotes, reforzados con tubos de acero, que presentan una longitud tal como para permitir alcanzar (segun las indicaciones recabadas de estudios sobre el terreno y de una caracterizacion geotecnica del emplazamiento) un suelo subyacente adecuado. Normalmente, la utilizacion de micropilotes implica la utilizacion de maquinaria extremadamente voluminosa y la realizacion de excavaciones significativamente invasivas, asimismo tambien conlleva la realizacion de bordillos de hormigon armado que conectan los cabezales de micropilotes.
- a traves del aprovechamiento del suelo existente inyectando resinas de poliuretano o morteros de cemento expansivo ecologicos que permiten que se consolide el suelo, sin embargo con resultados limitados, que pueden ser insuficientes.
La patente italiana IT 1383319 y el documento EP-A1-1719841 describen un procedimiento para consolidar estructuras de construccion y el dispositivo relevante para implementar dicho procedimiento, combinando basicamente la tecnologfa de micropilotes con la consolidacion del suelo a traves de sustancias de expansion. En particular, el procedimiento consiste en:
producir por lo menos un orificio que presenta una primera seccion que se extiende en la estructura de construccion y una segunda seccion que se extiende en el suelo adyacente;
insertar en cada orificio un refuerzo que se extiende tanto en la primera seccion como en la segunda seccion;
inyectar por lo menos en la segunda seccion, entre el refuerzo y la pared de cada orificio, una resina de expansion que, una vez curada, se adapta para consolidar el suelo y constrenir el refuerzo al mismo.
Sin embargo, el documento IT 1383319 tambien proporciona la posibilidad de constrenir el refuerzo en cada orificio a la estructura de construccion inyectando en dicha primera seccion del orificio, segun una tecnica particular, un fluido distinto de dicha resina y adecuado para endurecerse tras el curado.
De esta manera, los micropilotes se implementan, en particular, bajo la cimentacion de una estructura de construccion y, adicionalmente, se consolida el suelo alrededor de cada micropilote y, mas generalmente, bajo la estructura de construccion, todo ello con el fin de garantizar que el suelo subyacente y la totalidad de la estructura de construccion se consolidan segun se desea.
Sin embargo, la solucion ofrecida por el documento IT 1383319 presenta algunas desventajas. En particular, una vez que el orificio anterior se ha perforado, en suelos deformados puede resultar diffcil, o incluso imposible insertar el refuerzo relevante en el orificio, porque el suelo que rodea el orificio colapsa, obstruyendolo.
Ademas, es necesario disponer de dos maquinas herramienta diferentes, concretamente una perforadora y una maquina para inyectar la resina de expansion.
La presente invencion establece el objetivo de implementar un procedimiento para la consolidacion de suelos y, si estuvieran presentes, tambien de las estructuras de construccion en contacto con dichos suelos, asf como un dispositivo que puede utilizarse en dicho procedimiento, de modo que no surjan las desventajas descritas anteriormente.
Dicho objetivo se alcanza y el problema tecnico relevante se resuelve mediante el procedimiento de consolidacion y el dispositivo relevante divulgado en las reivindicaciones adjuntas.
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La invencion se pondra mas claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripcion de una forma de realizacion del procedimiento y dispositivo segun la invencion. En dicha descripcion, se hara referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista lateral de una forma de realizacion del dispositivo segun la invencion, que va a utilizarse para implementar un procedimiento segun la invencion, permitiendo el procedimiento que se consoliden suelos y/o estructuras de construccion en contacto con dichos suelos;
la figura 2 es una vista ampliada de uno de los manguitos que forman parte del dispositivo de la figura 1;
la figura 3 es una vista lateral del mismo manguito tal como se muestra en la figura 2, pero rotado 90° grados
alrededor de su propio eje;
la figura 4 es una vista desde arriba del mismo;
la figura 5 es una seccion transversal axial segun la lfnea discontinua 5-5 de la figura 3;
la figura 6 es una seccion transversal del mismo segun la lfnea discontinua 6-6 de la figura 5;
la figura 7 muestra el dispositivo de la figura 1 tal como se monta in situ como resultado de la implementacion del procedimiento segun la invencion, habiendose usado el dispositivo para consolidar un suelo que presenta una superficie plana;
la figura 8 muestra la utilizacion de varios dispositivos segun la invencion para consolidar el suelo subyacente a una losa de cimentacion de una estructura de construccion, estando los dispositivos constrenidos a dicha cimentacion;
la figura 9 muestra la utilizacion de dispositivos tales como los de la figura 1 para consolidar una estructura de construccion de piedra de tipo tradicional, asf como el suelo subyacente;
la figura 10 muestra como es posible consolidar el suelo bajo una estructura de construccion de piedra tradicional y al mismo tiempo constrenir el dispositivo segun la invencion a dicha estructura sin ninguna perforacion que afecte directamente a la estructura de construccion;
la figura 11 muestra una manera alternativa para conectar una estructura de construccion de piedra tradicional con los dispositivos segun la invencion;
la figura 12 muestra como es posible consolidar un terraplen y la estructura de construccion relevante que consiste en una pared de contencion de piedra tradicional;
la figura 13 muestra como es posible consolidar y retener un terraplen o una pendiente.
Al examinar la figura 1 puede observarse que el dispositivo 10 comprende una serie de barras huecas autoperforantes convencionales 12 (en el caso especffico tres barras, senaladas con 12.1, 12.2 y 12.3), realizadas en acero (tal como acero S 355 o un acero con rendimiento mejorado), del tipo con adhesion mejorada, presentando la superficie lateral de dichas barras una nervadura helicoidal que permite que se realice una conexion entre las mismas a traves de los manguitos 14, la ampliacion de uno de los cuales se muestra en las figuras 2-6.
Tal como puede observarse en particular en las figuras 5 y 6, el manguito 14 esta roscado internamente de modo que los extremos correspondientes de dos barras consecutivas 12 pueden atornillarse en el mismo, implementando la conexion entre las dos barras 12. En particular, la figura 6 muestra que las dos barras huecas 12 que se atornillan hasta el tope en el manguito 14 no alcanzan las aberturas 16 laterales pasantes obtenidas en el manguito 14 en posiciones diametralmente opuestas. Debe senalarse que el numero de aberturas 16 puede ser distinto de dos (aunque es preferente disponer de dos aberturas dispuestas como aberturas 16) y las aberturas pueden incluso no encontrarse en el mismo plano transversal, oscilando su numero entre una unica abertura y un numero no muy superior a dos, por razones obvias. Las aberturas 16, si existiera mas de una, se disponen convenientemente formando un angulo y estan distanciadas de igual manera. Se insertan en las aberturas 16 valvulas de retencion (no mostradas por motivos de simplicidad), que se abren cuando se logra una determinada presion en el interior del manguito.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, puede observarse que una barrena 18 de perforacion de un solo uso convencional se sujeta de manera convencional al extremo inferior de la barra 12.1. El conjunto formado por las barras autoperforantes 12.1, 12.2 y 12.3, por los dos manguitos de conexion 14 y por la barrena 18 de perforacion forma una barra de perforacion 10 que se utiliza, por medio de maquinas especiales, en el procedimiento segun la presente invencion.
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La longitud de la barra de perforacion 10 puede variar dentro de determinados intervalos, utilizando un numero apropiado de barras 12 y manguitos 14, encontrandose las barras disponibles en el mercado en diferentes longitudes y diametros. En particular, pueden obtenerse barras del tipo autoperforante que presentan un diametro exterior de 32 mm, 38 mm y 51 mm, respectivamente, y un espesor de 5,2 mm para barras de 32 y 38 mm y un espesor de 9,4 mm para barras de 51 mm.
Los manguitos de conexion 14, preferiblemente realizados en acero S 355 o acero con caracterfsticas mejoradas, se realizan de este modo para adaptarse al diametro de las barras 12 que deben conectarse.
Las dos aberturas 16 pasantes previstas en los manguitos 14 presentan en este caso especffico un diametro de 16 mm. Las valvulas de retencion relevantes (tal como se senalo, no mostradas por motivos de simplicidad) son convenientemente del tipo que puede aplicarse presionandolas en las aberturas 16 relevantes y pueden establecerse, por ejemplo, en una apertura a 10 bar o a 20 bar o a otros valores de presion, dependiendo de los requisitos.
Con respecto a las barrenas 18 de perforacion de un solo uso, pueden obtenerse en el mercado como kits para las barras autoperforantes mencionadas anteriormente y pueden dotarse de barrenas para orificios en la roca o en paredes, o si no pueden ser barrenas de perforacion de tres cuchillas para perforar en suelos de cualquier naturaleza. Dichas barrenas de un solo uso estan provistas de aberturas pasantes que permiten que el entorno exterior de la barrena y el interior de la barra de perforacion 10 hueca se comuniquen entre si.
El orificio que se obtiene perforando con las varillas de perforacion 10 provistas de las barrenas 18 de perforacion presenta un diametro que oscila entre 60 y 100 mm, dependiendo del diametro de la barra 12 y, por tanto, de la barrena 18 de perforacion en utilizacion.
Haciendo referencia a las figuras 7-14, se describiran ahora algunas aplicaciones del procedimiento y del dispositivo segun la presente invencion.
La barra de perforacion 10 representada en la figura 1 puede utilizarse simplemente para consolidar el suelo, por ejemplo, el suelo senalado con 20 en la figura 7. En este caso, despues de realizar estudios geotecnicos precisos, se obtendra un esbozo de un diseno, que proporciona un determinado numero de perforaciones con varillas de perforacion 10 de una determinada longitud y que consisten en un determinado numero de barras autoperforantes 12, que presentan un determinado diametro y una barrena 18 de perforacion de un solo uso adecuada.
Una vez que se ha realizado una perforacion que alcanza la profundidad deseada (por ejemplo, para alcanzar una capa del suelo con mejores caracterfsticas o que presenta un anclaje de longitud suficiente) y, por consiguiente, una vez que el orificio relevante se ha barrenado en el suelo 20, la barra de perforacion 10 se deja en el orificio, de modo que actue como refuerzo.
A traves de un tubo de inyeccion 19 conectado con el extremo exterior de la varilla de refuerzo de perforacion 10, una sustancia fluida de expansion (por ejemplo, una resina de poliuretano apropiada del tipo utilizado para consolidar suelos, o si no un mortero a base de cemento de expansion, del tipo que ya se utiliza para este fin) se inyecta ahora en el interior de esta ultima. La inyeccion se produce a una presion que provoca la apertura de las valvulas de retencion previstas en las aberturas 16 de los manguitos 14, de modo que la sustancia de expansion fluye hacia fuera de las aberturas 16 y hacia fuera de las aberturas (no mostradas) que estan presentes en la barrena 18, llena la parte de orificio que no esta ocupada por la barra de perforacion 10 y tambien se infiltra en el suelo circundante. Una vez que se cura dicha sustancia de expansion, la situacion es tal como se representa en la figura 7, en la que la zona senalada en su totalidad con 21 es la parte del suelo afectada por dicha sustancia una vez expandida, de modo que el suelo se consolida debido a la presencia de la sustancia expandida anterior y del refuerzo relevante que consiste en la barra de perforacion 10.
Al repetir el procedimiento anterior el numero de veces requerido, puede consolidarse un suelo con cualquier extension de superficie.
El procedimiento segun la presente invencion tambien puede utilizarse para consolidar un suelo sobre el que ya existe una estructura de construccion (en particular, una estructura de construccion preexistente en una zona sfsmica), que se consolida a su vez. La figura 8 muestra una estructura de construccion 22.1 (representada muy esquematicamente), en particular una estructura de hormigon armado, cuya cimentacion 24.1 descansa sobre el suelo 20.
Utilizando un procedimiento tal como se describio anteriormente con referencia a la figura 7, es posible lograr la situacion representada en la figura 8, en la que el suelo 20 bajo la cimentacion 24.1 se consolida a traves de la utilizacion de una serie de varillas de refuerzo de perforacion 10 y unas zonas 21 del suelo relevantes afectadas por la sustancia de expansion, pero en este caso la perforacion tambien afecta a la estructura de construccion
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22.1 y en particular a su cimentacion 24.1, una junta 26 anular ajustada en cada barra de perforacion 10 impide que la sustancia fluida de expansion ascienda de nuevo al orificio mas alla de dicha junta, y se inyecta la seccion de orificio que permanece libre de la barra de perforacion 10 por encima de la junta 26, a traves de un segundo tubo de inyeccion 23, con una sustancia fluida (por ejemplo un mortero epoxi con grava de gran tamano y/o mortero reoplastico a prueba de contraccion, de fraguado rapido), implementando por tanto medios de conexion, senalados con 27, adaptados para hacer que la seccion de la varilla de refuerzo de perforacion 10 relevante sea solidaria con la cimentacion 24.1 de la estructura 22.1.
La figura 9 representa una situacion en la que las varillas de refuerzo de perforacion 10 tambien estan constrenidas a la estructura de construccion 22.2, que es de tipo tradicional realizada en piedra, y en particular a su cimentacion 24.2, ya que la perforacion tambien se ha realizado a traves de dicha cimentacion. Al recalcar que elementos identicos o similares en las figuras 8 y 9 se han senalado con los mismos numeros de referencia (esto tambien se aplica a las figuras restantes), debe destacarse que en la figura 9 las dos varillas de refuerzo de perforacion 10 visibles, que debe considerarse que no se encuentran en el mismo plano vertical, presentan una inclinacion opuesta y podrfan pertenecer a una secuencia de pares de varillas tales como la de la figura 9, una secuencia que afecta a la totalidad de la longitud de la estructura 22.2 en perpendicular al plano de la hoja.
La figura 10 representa una estructura de construccion 22.2 similar a la de la figura 9, siendo la unica diferencia que las dos varillas de refuerzo de perforacion 10 no cruzan la estructura de construccion y se insertan directamente en el suelo (tal como es el caso de la figura 7), pero estan ligeramente inclinadas en sentido opuesto y estando una de las dos varillas 10 (la varilla de la derecha) conectada a la estructura de construccion
22.2 mediante medios de conexion, senalados en su totalidad con 27.1, que comprenden una seccion del perfil de acero en L 30.1, que esta conectada tanto a la varilla 10 relevante mediante un manguito roscado especial 28 como a la estructura de construccion 22.2 a traves de tornillos 29 insertados de manera convencional en la cimentacion de la estructura de construccion 22.2.
La figura 11 representa otra situacion en la que las dos varillas de refuerzo de perforacion 10, en este caso dispuestas en vertical, no cruzan la estructura de construccion de piedra 22.2: ambas estan conectadas a la estructura 22.2 mediante medios de conexion, senalados en su totalidad con 27.2, que comprenden un perfil de metal 30.2 dispuesto a traves de la cimentacion de la estructura de construccion 22.2 y enterrados en una pieza colada de hormigon, estando los dos extremos del perfil 30.2 soldados al cabezal de las varillas 10 relevantes e incluidos en sus vigas de cimentacion de hormigon armado respectivas que se extienden en paralelo a la cimentacion de la estructura de construccion 22.2 y que contienen la misma.
La figura 12 muestra como el procedimiento y el dispositivo segun la presente invencion permiten que se
consolide un terraplen 20 soportado por una estructura de construccion 22.3 que consiste en una pared de
contencion de piedra tradicional. La varilla de refuerzo de perforacion 10 insertada en el terraplen tambien cruza la pared 22.3 y se conecta a la misma mediante los medios de conexion 27 usados en las figuras 8 y 9; sin embargo, tambien esta prevista una chapa 33 de adaptacion de acero fijada a la varilla 10 mediante un manguito roscado 28 similar al usado en la figura 10 para fijar la varilla 10 al perfil en L 30. Obviamente, en el caso de la figura 12 podrfan proporcionarse varias varillas de refuerzo de perforacion 10 y la pared de contencion podrfa realizarse de hormigon armado en lugar de piedra.
La figura 13 ilustra el caso en el que un terraplen 20 (originado por ejemplo a partir de excavaciones), no
soportado por una pared de contencion, se estabiliza por medio de las varillas de refuerzo de perforacion 10,
cuyo extremo exterior se fija a chapas 33 tales como las de las figuras 12 y 13, adaptando las chapas una rejilla 34 de acero electrosoldada, disponiendose entre esta ultima y el terraplen un sistema 35 Geonetwork para impedir que se desmorone el terraplen.
Tal como puede entenderse a partir de lo anterior, el procedimiento y el dispositivo segun la presente invencion pueden utilizarse para la consolidacion de suelos y/o estructuras de construccion en las situaciones mas variadas y pueden ajustarse a los requisitos especfficos que puedan surgir, particularmente para la consolidacion de suelos y estructuras de construccion que existen en zonas sfsmicas, pero tambien simplemente para la consolidacion de suelos (por ejemplo licuados como resultado de un terremoto) y/o para aumentar la capacidad de soporte de carga de los mismos con vistas a la construccion de nuevas estructuras de construccion sobre los mismos.
Tambien se recalca que, con el fin de implementar el procedimiento segun la presente invencion, puede utilizarse una unica maquina herramienta para realizar tanto la perforacion como la inyeccion.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para consolidar suelos (20) y/o estructuras de construccion (22) en contacto con estos suelos, que comprende las siguientes etapas:
    - producir en el suelo (20) que va a consolidarse, por medio de perforacion, por lo menos un orificio utilizando una barra de perforacion (10) con una barrena (18) de perforacion del tipo de un solo uso, comprendiendo la varilla de perforacion (10) varias barras de perforacion huecas (12) dispuestas de manera consecutiva y conectadas entre si por medio de unos manguitos coaxiales (14) para obtener un acoplamiento giratorio que permita la perforacion, estando por lo menos uno de los manguitos (14) provisto de por lo menos una abertura (16) pasante lateral que pone el interior del manguito (14) en comunicacion con el exterior, siendo esta abertura (16) cerrada por una valvula de retencion adaptada para abrirse cuando la presion en el interior del manguito (14) supere un valor predeterminado;
    - dejar la barra de perforacion (10) en el orificio barrenado en el suelo, de modo que actue como refuerzo;
    - inyectar en la barra de perforacion (10), a traves del extremo exterior de la misma, a una presion que provoque la apertura de las valvulas de retencion previstas en los orificios (16) de los manguitos (14), una sustancia de expansion adaptada, una vez curada, para consolidar el suelo circundante y constrenir al mismo la barra de perforacion (10) que actua como refuerzo.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que la sustancia de expansion es una resina de poliuretano de dos componentes que presenta esta caracterfstica.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que la sustancia de expansion es un mortero a base de cemento premezclado que presenta esta caracterfstica.
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que, si una estructura de construccion (22) esta presente en el suelo (20) que va a consolidarse, estan previstos unos medios (27) para conectar la longitud mas exterior de la barra de perforacion (10) dejada in situ con una parte de la estructura de construccion (22).
  5. 5. Procedimiento segun la reivindicacion 4, en el que los medios (27) para conectar la longitud mas exterior de la barra de perforacion (10) con una parte de la estructura de construccion (22) se obtienen perforando, por medio de la misma barra de perforacion (10), una primera parte del orificio en la estructura de construccion (22), e insertando a continuacion en la primera parte del orificio, entre la barra de perforacion (10) dejada in situ y la pared del orificio, una junta (26) anular que, cuando se lleva a cabo la inyeccion, impide que la resina de expansion ascienda sustancialmente al interior de la primera parte del orificio incluido en la estructura de construccion (22), no presentando la barra de perforacion (10) los manguitos (14) mencionados anteriormente provistos de unas valvulas de retencion en la primera parte del orificio;
    posteriormente, despues de haber inyectado la sustancia de expansion, inyectar en el orificio barrenado en la estructura, entre la barra de perforacion (10) y la pared de este orificio, una sustancia fluida adaptada para unificar la longitud relacionada de la barra de perforacion (10) con la estructura de construccion (22).
  6. 6. Procedimiento segun la reivindicacion 5, en el que la sustancia fluida adaptada para unificar la longitud relacionada de la barra de perforacion con la estructura de construccion (22) es un mortero epoxi y/o un mortero reoplastico con contraccion compensada de fraguado rapido.
  7. 7. Procedimiento segun la reivindicacion 4, en el que los medios para conectar la longitud mas exterior de la barra de perforacion con la parte de la estructura de construccion comprenden unos elementos de metal (30) y/o unos elementos de hormigon armado (31) fijados tanto a la longitud mas exterior de la barra de perforacion (10) como a la estructura de construccion (22).
  8. 8. Dispositivo para consolidar suelos (20) y/o estructuras de construccion (22) en contacto con estos suelos, que consisten en una barra de perforacion (10) que comprende varias barras de perforacion huecas (12) dispuestas de manera consecutiva y conectadas entre si por medio de unos manguitos coaxiales (14) para obtener un acoplamiento giratorio entre las barras (12) que permita la perforacion, estando por lo menos uno de los manguitos (14) provisto de por lo menos una abertura (16) pasante lateral que pone el interior del manguito (14) en comunicacion con el exterior, estando esta abertura (16) cerrada por una valvula de retencion adaptada para abrirse cuando la presion en el interior del manguito (14) supere un valor predeterminado.
  9. 9. Dispositivo segun la reivindicacion 8, en el que las barras de perforacion (12) son del tipo autoperforante con unas nervaduras helicoidales externas, estando los manguitos (14) internamente roscados de modo que el extremo relacionado de la barra (12) correspondiente pueda enroscarse, una longitud dada, hasta el final de su recorrido, en cada uno de los dos extremos de los manguitos (14).
  10. 10. Dispositivo segun la reivindicacion 8, en el que las barras de perforacion (10) y los manguitos de conexion (14) estan realizados en acero S355.
ES15201468.4T 2014-12-23 2015-12-21 Procedimiento para la consolidación de suelos y/o estructuras de construcción en contacto con los mismos, y dispositivo relacionado Active ES2642145T3 (es)

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EP3037586A1 (en) 2016-06-29

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