COLUMNAS O PILAS DE GRAVA

NATALIA ANDREA CRUZ RIAÑOCÓD. 2520142074

YESICA PAOLA OVIEDO CESPEDESCÓD. 2520142081

ANGIE KATHERINE GONZÁLEZ RESTREPOCÓD. 2520142076

UNIVERSIDAD DE IBAGUÉFACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA CIVILIBAGUÉ-TOLIMA

2015-B

COLUMNAS O PILAS DE GRAVA

NATALIA ANDREA CRUZ RIAÑOCÓD. 2520142074

YESICA PAOLA OVIEDO CESPEDESCÓD. 2520142081

ANGIE KATHERINE GONZÁLEZ RESTREPOCÓD. 2520142076

ISABEL CRISTINA ROJASING. CIVIL

UNIVERSIDAD DE IBAGUÉFACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA CIVILIBAGUÉ-TOLIMA

2015-B

Contenido

1. INTRODUCCION..........................................................................................................................3

2. OBJETIVOS..................................................................................................................................4

2.1. GENERAL.............................................................................................................................4

2.2. ESPECIFICOS.......................................................................................................................4

3. MARCO TEORICO........................................................................................................................5

COLUMNAS O PILAS DE GRAVA......................................................................................................5

Concepto general, en que consiste el método, cuando se usa...................................................5

Metodología de diseño..............................................................................................................5

Método constructivo..................................................................................................................5

Casos (minimo 2, en el que este)................................................................................................5

1. INTRODUCCION

En este informe se presentara el método de columnas o pilas de grava que se basa en la inclusión de suelos estables por medio de un vibrador, para que produzcan un elemento mucho más rígido que el subsuelo circulante y a su vez provoque en la matriz de suelo una mayor resistencia.

Este sistema se ha utilizado exitosamente en terrenos de características mecánicas pobres (como arenas limosas, arenas sueltas, arcillas, limos o rellenos heterogéneos) durante más de dos décadas, ya que permite mitigar la licuefacción, mejorar la capacidad de carga y así beneficiar las obras civiles.

1. OBJETIVOS

1.1. GENERAL

Realizar una investigación conceptual y práctica de las columnas o pilas de grava.

1.2. ESPECIFICOS

Definir en qué consiste el método de columnas o pilas de grava y su uso. Identificar 2 casos donde esté presente el sistema de columnas o pilas de grava. Exponer la metodología de diseño del sistema de columnas o pilas de grava.

2. MARCO TEORICO

COLUMNAS O PILAS DE GRAVA

Concepto general

Las columnas de grava son perforaciones verticales en el terreno, que se rellenan en sentido ascendente con grava introducida mediante un vibrador, que va realizando su compactación. Constituyen un método de mejora o refuerzo del terreno.

El concepto de emplear inclusiones granulares para mejorar un suelo blando es relativamente antiguo. Ya en 1836 el coronel francés Burbach empleó por primera vez columnas de arena como cimentación profunda para sustituir a los pilotes de madera, muy comunes por aquel entonces pero que se degradan rápidamente en terrenos sometidos a fluctuaciones del nivel freático (Schlosser y Simón, 2006). Sin embargo, no ha sido hasta los años 50 del pasado siglo cuando las columnas de grava empezaron a utilizarse. Surgieron como consecuencia de intentar emplear la vibrocompactación clásica en suelos no granulares, en los cuales, la cohesión e impermeabilidad del terreno no permite el reordenamiento instantáneo de las partículas en configuraciones más densas. Fueron

utilizadas por primera vez en 1957 por la compañía Keller y hasta 1972 no se empezaron a utilizar en Estados Unidos.

http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/10604/1de6.JCGcap1.pdf?sequence=2

¿En qué consiste el método?

La ejecución de Columnas de Grava o Vibrosustitución constituye una técnica de mejora y refuerzo del terreno, basado en la vibración profunda y que se emplea tanto en obra civil como en edificación. Esta vibración profunda se basa en el desplazamiento lateral del terreno y en la incorporación y compactación de grava contra el terreno.

Es una técnica alternativa a cimentaciones profundas tradicionales, cuya ejecución no se basa en transmitir las tensiones hasta un sustrato competente, si no en  sustituir el terreno existente por otro mejorado, mediante una mejora de todos los parámetros intrínsecos del terreno: ángulo de rozamiento, cohesión, módulo de deformación, densidad, etc., hasta obtener un suelo equivalente mejorado, de parámetros suficientes para el apoyo de esa estructura mediante una cimentación directa.

http://www.keller-cimentaciones.com/columnas-de-grava-o-vibrosustitucion/

¿Cuando se usa?

Las columnas de grava como inclusiones rígidas provocan una redistribución de las tensiones aplicadas y una concentración de éstas sobre las columnas. Así, se aumenta la rigidez del conjunto, disminuyendo los asientos y haciéndolos más uniformes. Además de la reducción del valor final del asiento, las columnas de grava debido a su alta permeabilidad constituyen excelentes drenes verticales, que reducen el camino de drenaje y aceleran la consolidación del suelo circundante bajo la aplicación de cargas.

El rango de aplicación de las columnas de grava se sitúa entre aquellos casos en los que el empleo de cimentaciones profundas convencionales (pilotaje) no es necesario por estar el estrato resistente a poca profundidad y/o por no ser la carga a soportar de suficiente entidad, y aquellas situaciones en las que la sustitución o estabilización de todo el sustrato blando superior es muy costosa, al ser éste de gran espesor.

Su empleo está justificado en la cimentación de un gran número de elementos, como por ejemplo:

• Terraplenes. No sólo en la parte central para aumentar su capacidad portante, disminuir y acelerar su asiento, sino también en los laterales para aumentar la estabilidad del pie del talud.

• Tanques de almacenamiento. Estas estructuras generan cargas muy repartidas en las que resulta muy costoso emplear pilotaje. Sin embargo, las exigencias en cuanto a asientos totales y diferenciales son muy restrictivas.

• Accesos a puentes. El paso de una estructura muy flexible (terraplén) a una muy rígida (puente) puede provocar escalones y saltos no deseados. Este acercamiento al estribo puede realizarse de una manera más continua si se emplean sistemas de cimentación que permitan ir rigidizando poco a poco el terraplén, como por ejemplo las columnas de grava.

• Edificaciones de gran extensión y poca altura. En este tipo de edificaciones su gran extensión supone un elevado coste para el pilotaje y sin embargo, debido a su escasa altura, las cargas a soportar no son elevadas. Este tipo de estructuras se pueden cimentar mediante zapatas apoyadas en columnas de grava. Si la solera va a soportar cargas elevadas, como puede ocurrir en naves de almacenamiento, también deberá cimentarse sobre columnas.

http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/10604/1de6.JCGcap1.pdf?sequence=2

Metodología de diseño

El rango de diámetros es de 0.5 a 1.2 m, siendo el más común actualmente el de 0.7-0.8 m para la vía seca. Los diámetros conseguidos mediante la vía húmeda siempre son mayores que los conseguidos por la vía seca. El diámetro depende en gran medida de la deformabilidad del suelo. Como referencia, con un vibrador de 0.65 m de diámetro y vía seca se alcanzan diámetros superiores a 1 m para una resistencia del suelo inferior a 4 golpes del ensayo SPT (ensayo de penetración dinámica estándar), y para golpeos superiores a 10, el diámetro es el del vibrador.

Las profundidades habituales de las columnas están entre 6 y 10 m. Aunque se puede llegar a profundidades de 30 m, no suele ser rentable salvo casos excepcionales. Normalmente, las columnas se llevan hasta una capa rígida, aunque también se pueden dejar como elementos flotantes que trabajan por rozamiento.

Es recomendable la construcción de una capa superficial de grava de un espesor aproximadamente igual al radio de la columna. Ésta sirve para expulsar el agua, homogeneizar los asientos y repartir las cargas.

http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/10604/1de6.JCGcap1.pdf?sequence=2

Al igual que en el caso de los terrenos granulares, el sistema se aplica en los vértices de una malla, habitualmente triangular, con una separación entre ellos que depende de las características iniciales del suelo y de la mejora que se pretende conseguir. (Es posible construir 10, incluso 20 metros). La calidad del tratamiento se controla generalmente mediante ensayos de carga sobre columnas aisladas o grupo de columnas.

file:///D:/Bibliotecas/Downloads/9_Asentamientos_inadmisibles_en_suelos_finos.pdf

Método constructivo

Las columnas de grava se encuadran dentro de los métodos de mejora o refuerzo del terreno realizado mediante compactación dinámica por vibración. Estos métodos son la vibro flotación o vibro compactación clásica, el vibrodesplazamiento y la vibro sustitución. Estos dos últimos son las dos técnicas habituales para ejecutar columnas de grava. También se denominan vía seca (“dry-way”) o vía húmeda (“wetway”) respectivamente. En ambos métodos un vibrador cilíndrico, que puede ser eléctrico o hidráulico, penetra en el suelo comprimiendo el suelo lateralmente y formando una perforación que posteriormente se rellena con grava compactada por el vibrador. La diferencia fundamental entre la vía seca y la vía húmeda, como su propio nombre indica, es el empleo de agua o aire para facilitar la penetración del vibrador.

Las fases de construcción de ambas técnicas son muy similares:

Penetración: El vibrador penetra en el terreno con la ayuda de aire comprimido o agua. El aporte de aire comprimido es fundamental para compensar los efectos de la succión en el caso del vibrodesplazamiento (vía seca).

Esta segunda fase es la que no existe en el vibrodesplazamiento y consiste en el ensanchamiento del agujero debido al flujo de agua. Este flujo limpia los finos del suelo tratado. La denominación de vibro sustitución se debe a que este material eliminado es sustituido por grava, mientras que en el vibrodesplazamiento no se elimina nada de suelo, simplemente se desplaza lateralmente.

Aporte de la grava. Una vez alcanzada la profundidad deseada se procede al aporte de la grava en tongadas de unos 50 cm.

La grava aportada es compactada por la vibración. Esta vibración provoca que la grava penetre en las paredes del terreno natural. La finalización de cada tongada viene indicada por la resistencia a bajar del vibrador, medida por la intensidad aplicada al vibrador, que representa el consumo de energía. En las zonas menos resistentes la grava penetrará más en el suelo, por ello el diámetro de la columna variará con la altura, coincidiendo los estratos más blandos con los diámetros mayores.

http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/10604/1de6.JCGcap1.pdf?sequence=2

Procedimiento de Ejecución de Columnas de Grava mediante Vía Seca con descarga inferior

El procedimiento de ejecución de columnas de grava mediante la vía seca no se diferencia en mucho de la vía húmeda salvo que no es necesaria la utilización de agua durante la perforación.

Esto implica un ahorro tanto en el coste propio del agua empleada y de su traída, como en un laborioso sistema para su gestión una vez utilizada, sistema que necesita la construcción y utilización de balsas de decantación antes de su vertido, el tratamiento de los lodos decantados y la restitución de toda la zona de decantación una vez terminados los trabajos.

La ejecución de las columnas de grava tiene las siguientes fases: El vibrador se sujeta mediante el vibrocat o la máquina de orugas.

El vibrador se posiciona sobre el punto de hinca y se introduce en el terreno gracias al peso propio del vibrador, a las vibraciones, y al aire comprimido que es el fluido empleado. La hinca se lleva hasta la profundidad de diseño o hasta rechazo si éste se produce antes.

Relleno de la perforación mediante grava. Por medio de la tolva que se carga a nivel del suelo con la pala cargadora, que se eleva por el mástil hasta alcanzar una trampilla superior del vibrador por el que se descarga la grava y a través del tubo alimentador interior llega hasta la punta inferior del vibrador donde se encuentra el orificio de salida.

Alcanzada la profundidad de hinca, el vibrador se eleva ligeramente a la vez que la grava aportada a través del orificio de salida inferior ocupa el espacio que queda libre. El vibrador vuelva a bajar sobre el material aportado que es compactado por medio de la presión ejercida por el útil así como por la vibración que éste transmite. Mediante pasadas sucesivas de poca amplitud (generalmente 30-50 cm) se consigue rellenar toda la perforación hasta alcanzar la superficie.

Con esta sistemática se consigue:

- Asegurar la continuidad de la columna en todo su desarrollo

- Asegurar una adecuada compactación que permita a la columna desarrollar la capacidad de carga para la que ha sido dimensionada.

Casos (minimo 2, en el que este)

3. BIBLIOGRAFIA

http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/10604/1de6.JCGcap1.pdf?sequence=2

http://www.ifc-es.com/docs/doc478f26d25cd5d0.09484693.pdf

http://vu2018.admin.hosting.ing.udec.cl/descargas/40.pdf

http://oa.upm.es/26409/1/Jose_Alonso_Pollan.pdf

http://www.keller.com.mx/servicios/mejoria_suelo/pilas_sustitucion.html

http://www.urielyasociados.es/img/formacion/ponencia3.pdf

http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/jspui/bitstream/132.248.52.../TESIS.pdf

http://www.keller-cimentaciones.com/columnas-de-grava-o-vibrosustitucion/