CIMENTACIONES SOBRE RELLENOS SANITARIOS: 2 CASOS DE ÉXITO

El proyecto consistió en el desarrollo de un parque industrial, conformado por 7 naves industriales de dimensiones variables. El sitio cuenta con una topografía tipo lomerío suave con un desnivel variable entre 6 y 11 m en dirección sur. Derivado del estudio de mecánica de suelos, la zona sur, donde se tienen proyectadas dos naves industriales, se detectaron potentes espesores de relleno de mala calidad. La contratista que realizó el estudio de mecánica de suelos, tras evaluar la capacidad y asentamientos del suelo recomendó implementar un mejoramiento de suelos en dicha zona con el fin de poder soportar presiones máximas de 4 ton/m2. Los métodos recomendados fueron: sustitución y reemplazo o rigidización del relleno existente implementando un sistema de refuerzo. SOILSOLUTION propuso una solución a base de Columnas de Grava Compactada (Figura 1), como la solución de mejoramiento costo-efectiva más viable.

Las condiciones del suelo por debajo de nivel de terreno natural, según el estudio de mecánica de suelos, consisten en arcillas y arenas limosas combinadas con boleos y escombros (relleno no controlado) a profundidades que varían de 0.3 a 10.2 m, seguido de arcillas y limos de consistencia muy dura. El nivel freático no se encontró durante las exploraciones.

Se instalaron un total de 4,065 Columnas de Grava Compactada de longitud variable, desde 0.5 a 8 m 5 m. De acuerdo con el análisis y diseño geotécnico de este mejoramiento de suelos se prevén asentamientos uniformes menores de 5 cm, los cuales fueron aceptables según el criterio de diseño local. Con ello, se logró un ahorro del costo de cimentación del 37 % en comparación con la solución de pilas de concreto reforzado, lo cual representa un total de 4,576 m3 de concreto eliminado. La solución de Pilas de Grava Compactada evitó la construcción de pilas de concreto reforzado para poder cimentar dos naves industriales en un terreno con un relleno de mala calidad de más de 8 m de profundidad.

La construcción de Columnas de Grava Compactada se realizó mediante el sistema GP3®, el cual, utiliza el método de perforación y reemplazo para construir los elementos (Figura 2).

Durante el proceso de construcción, se realizó una perforación para introducir grava angular triturada. Después se introdujo un apisonador biselado unido a un martillo vibrador de alta frecuencia, y se induce energía vertical de vibrocompactación. Se compactaron capas sucesivas de un espesor aproximado de 30 a 60 cm hasta llegar a la superficie o profundidad de desplante del elemento de cimentación. Es la solución ideal para reforzar arcillas y limos de blandos a firmes, rellenos no controlados y arenas sueltas.

Un ejemplo de redesarrollo exitoso de construcción sobre relleno sanitario es “The Shore” en Sierra Point USA (Figura 3), un proyecto reciente en el Área de la Bahía de San Francisco (un área conocida por los altos costos de propiedad y la baja disponibilidad de propiedades urbanizables). Como resultado de este proyecto, un antiguo vertedero tapado se convirtió en un campus de ciencias biológicas con 616 000 pies cuadrados de espacio utilizable para oficinas y laboratorios. Aunque la península de Sierra Point de 132 acres, que se adentra en la Bahía de San Francisco, está ubicada a solo 3 millas del Aeropuerto Internacional de San Francisco y tiene 1.5 millas de propiedad frente al mar, gran parte no se ha desarrollado debido a la historia del sitio.

Uno de los primeros pasos más importantes para evaluar cualquier sitio, pero especialmente un sitio baldío, es realizar una investigación de campo integral, tanto geotécnica como ambiental. Los datos de 14 perforaciones geotécnicas históricas realizadas entre 1980 y 1990, con una profundidad de 87 a 200 pies, se utilizaron para desarrollar una comprensión inicial del perfil geotécnico del sitio. También se realizaron pruebas de refracción sísmica en 1982 para evaluar la profundidad aproximada del lecho rocoso. Los datos históricos se complementaron con cuatro investigaciones geotécnicas entre 2005 y 2018, que consistieron en seis perforaciones poco profundas (10 pies de profundidad), 14 perforaciones profundas (195-315 pies de profundidad), dos pruebas de penetrómetro de cono (160 pies de profundidad) y numerosas perforaciones directas superficiales de empuje para evaluar la elevación y el espesor de la capa de arcilla.

Las arcillas nativas subyacentes a los RSU consistían en una arcilla muy suave (conocida como Young Bay Mud) sobre una arcilla más rígida (conocida como Old Bay Clay), las cuales presentaban desafíos de muestreo. Con base en los datos de campo y laboratorio, el subsuelo en el sitio generalmente consta de 5 a 20 pies de relleno no diseñado con escombros, 15 a 35 pies de residuos sólidos urbanos (RSU), 70 a 85 pies de YBM blando, 1.5 a 10 pies de una capa intermedia de arena aluvial y de 20 a 150 pies de OBC más rígido (Figura 4). El OBC está sustentado por suelos aluviales y/o coluviales adicionales, y la profundidad del lecho rocoso varía de aproximadamente 190 a 350 pies, generalmente aumentando en profundidad de oeste a este.

La presencia de RSU y un perfil grueso de arcilla comprimible en el sitio significa que el asentamiento fue una gran preocupación. Debido a su naturaleza heterogénea, se considera que la consolidación primaria de los RSU se produce rápidamente después de la carga, en unos pocos meses. Como resultado, la consolidación secundaria, o la fluidez, puede contribuir significativamente al asentamiento dentro de la vida útil del diseño del sitio (a menudo 30 o 50 años).

La consolidación secundaria en los desechos también puede desencadenarse por una construcción significativa en un sitio, incluso si hay un cambio limitado en la carga. Al igual que con todos los sitios con materiales subterráneos de drenaje lento, fue fundamental comprender el historial de esfuerzos del sitio. Se consultaron fotografías aéreas históricas, levantamientos topográficos e historias de desarrollo del sitio para construir un historial de carga del sitio. Este historial de carga se utilizó para evaluar el asentamiento primario y secundario en curso en el MSW (Municipal Solid Waste), YBM y OBC de actividades de clasificación anteriores.

El asentamiento restante se calculó para un rango de espesores de relleno y perfiles de subsuelo representativos. Para el ejemplo de la Figura 5, colocar 3 pies de relleno en el sitio resultó en un rango de 4.1 a 5.2 pies de asentamiento durante un período de 30 años. El asentamiento anticipado fue generalmente impulsado por RSU y los asentamientos a largo plazo por YBM.

Las técnicas de mitigación de asentamiento incluyeron el uso de cimientos profundos para los edificios, tubería flexible de polietileno de alta densidad para aguas pluviales, agua potable y servicios de alcantarillado, losas de bisagra y conexiones de servicios flexibles en la interfaz entre las estructuras soportadas por pilotes y el paisaje circundante, y asentamiento continuo. monitoreo y mantenimiento a lo largo de la vida de diseño del proyecto.

El diseño de cimentaciones profundas tuvo que considerar varios factores: tolerancias de asentamiento del edificio, capacidad axial, carga sísmica, longitud futura de pilotes sin soporte debido al asentamiento del suelo y la presencia de RSU. El diseño de los edificios de ciencias de la vida con sus espacios de laboratorio tenía una tolerancia mínima para el asentamiento. Como resultado, los pilotes se diseñaron para extenderse hasta la capa profunda de aluvión/coluvión a profundidades de 185 a 260 pies. El equipo de diseño seleccionó pilotes en H de acero para mejorar la penetración a través de los RSU heterogéneos y las arenas intermedias, para manejar grandes cargas de arrastre descendente de los suelos de asentamiento, y para reducir el potencial de generación de escombros contaminantes con pilotes perforados.

Los pilotes generalmente constan de tres secciones, con una sección de acero más pesada (generalmente HP14x102) en la parte superior para manejar grandes demandas de carga lateral sísmica y secciones más livianas (la mayoría de las veces HP14x89) para las secciones restantes. Las secciones sísmicas HP14x102 tuvieron que manejar las cargas sísmicas considerando longitudes no soportadas de hasta 4,5 pies por debajo de las cabezas de los pilotes después de un asentamiento a largo plazo debajo de los edificios. Las secciones de pilotes individuales tenían una longitud de hasta 80 pies, con empalmes generalmente ubicados lejos de las transiciones en los tipos de materiales del subsuelo (es decir, no en el límite entre MSW y YBM). Finalmente, la presencia de RSU, así como de agua subterránea salina, hizo que se incluyera en el diseño un sistema de protección catódica para proteger las pilas de acero de la corrosión.

Debido a los desafíos duales del relleno heterogéneo de escombros, RSU y el YBM blando subyacente, la primera sección (inferior) de cada pila se instaló con un martillo vibratorio. De esta manera, si se encontrara una obstrucción en el relleno o RSU, la pila podría retirarse unos pocos pies y luego avanzar nuevamente para manejar la obstrucción mientras se mantiene la verticalidad. Una vez que la primera sección se colocó a través del RSU y bien dentro del YBM, se usó un martillo diesel para hacer avanzar la pila a través del YBM, arenas intermedias y OBC, y hacia la capa de soporte aluvial/coluvial subyacente.

Se implementó un programa de pilotes indicadores para cada edificio, que implicó hincar de 15 a 20 pilotes no sísmicos (que tenían una sección de pilotes uniforme) a lo largo de la huella de cada edificio antes de comenzar con los pilotes de producción (Figura 6). Esto permitió refinar las elevaciones objetivo, lo que era necesario para garantizar que se instalará suficiente longitud de pilote HP14x102 en ubicaciones sísmicas críticas. Después del programa de indicadores, se desarrolló un criterio de rechazo para guiar al equipo de conducción de pilotes y al equipo de control de calidad de la construcción en el campo para decidir cuándo el pilote había alcanzado la capa aluvial.

Durante la construcción, el equipo de construcción encontró una variedad de elevaciones de punta: en un edificio, el 82 por ciento de los pilotes chocaron contra el rechazo dentro de los 5 pies de la elevación de punta de diseño; en otro, el 98 por ciento de los pilotes chocaron contra el rechazo a una profundidad menor que la elevación de la punta del diseño, y en un tercero, el 14 por ciento de los pilotes tuvieron que ser hincados a mayor profundidad que la elevación de la punta del diseño. La participación y la creatividad del equipo de diseño a lo largo de la instalación del pilote significó que las situaciones inusuales, como un pilote fuera de la tolerancia vertical o un pilote que parecía alcanzar el rechazo significativamente menos profundo que la elevación de la punta del diseño, podían resolverse rápidamente.

El diseño y la construcción sobre un relleno sanitario existente significaron que el equipo de diseño y construcción tuvo que abordar algunos desafíos adicionales. La cobertura a de arcilla, que se había instalado previamente en el sitio como parte del cierre del sitio, tenía que protegerse durante la construcción o repararse o restablecerse si se penetraba. Los servicios públicos secos o las tuberías principales generalmente se diseñaron para permanecer por encima de la capa de arcilla. Los servicios públicos drenados por gravedad, que a veces tenían que penetrar la capa de arcilla, debían instalarse en zanjas revestidas de arcilla o geosintéticos para mantener la integridad de la capa de arcilla. Cualquier vacío que se formara alrededor de las pilas durante la instalación (Figura 7) que fuera lo suficientemente profundo como para penetrar la cubierta de arcilla tuvo que ser rellenado con material de baja permeabilidad.

La gestión de un proyecto sobre un vertedero presenta muchos desafíos. Trabajar con múltiples jurisdicciones y múltiples disciplinas de ingeniería hace que presupuestar el proyecto sea mucho más difícil de lo habitual. Los hallazgos inesperados durante la construcción, que son más comunes en los proyectos de terrenos baldíos, pueden crear cargas financieras hasta bien avanzado el proceso. Es fundamental planificar para diferentes escenarios y contar con contingencias de cronograma y presupuesto durante el diseño y la construcción. También es fundamental tener reuniones periódicas con el propietario, el arquitecto, los ingenieros de diseño y el equipo de contratistas durante la construcción para identificar rápidamente estos desafíos técnicos, de cronograma o de presupuesto y formular juntos una solución viable.

Pueden surgir presiones adicionales sobre el presupuesto y el cronograma de las jurisdicciones gobernantes. Los largos plazos de aprobación sin garantía de aprobación dificultan la entrega de garantías específicas a los clientes y propietarios para la entrega del proyecto. De manera similar, incorporar una flotación significativa en los cronogramas de los proyectos permite a los propietarios ser conservadores en su enfoque y dar tiempo a las jurisdicciones y a los equipos del proyecto para resolver los problemas relacionados con las aprobaciones y los resultados deseados. La última medida de mitigación, y la más crítica, es reunir un equipo que tenga experiencia trabajando en rellenos sanitarios y con las autoridades gubernamentales pertinentes para identificar los desafíos de manera temprana y planificar medidas de mitigación que lograrán la aprobación regulatoria.