¿CÓMO MEJORAR EL SUELO PARA LA CONSTRUCCIÓN?

Los suelos orgánicos se caracterizan por tener una resistencia al esfuerzo cortante baja y una compresibilidad alta debido a que se componen principalmente por materiales orgánicos de los restos de las plantas que están en proceso de descomposición. Comúnmente, se encuentran dos tipos de suelos orgánicos, las arcillas orgánicas y las turbas.

La turba es aquel suelo altamente orgánico de consistencia esponjosa y de color café oscuro o negro; está integrado por los depósitos superficiales no consolidados de los restos de las plantas y se forman en ecosistemas como los humedales. Por otro lado, la arcilla orgánica es un tipo de arcilla que contiene materia orgánica muy fina hasta en un 20%; es de color gris oscuro o negro. Tanto la arcilla orgánica como la turba suelen tener un olor característico producto de la descomposición bacteriana.

Típicamente, las propiedades de los suelos orgánicos cambian con el tiempo y pueden variar de una zona a otra, debido al proceso de descomposición de la materia que los componen y a las condiciones medioambientales, presentan un peso volumétrico y una resistencia al corte bajos, mientras que su contenido de agua y su compresibilidad son altos. La permeabilidad de las turbas suele ser alta y si se trata de arcillas orgánicas esta permeabilidad es muy baja.

La forma más común de tratar con un suelo de características no deseables para la construcción de cimentaciones es sustituirlo con otro material que tenga mejores propiedades geotécnicas. El método de excavación y reemplazo consiste en retirar el suelo orgánico total o parcialmente y colocar en su lugar material de banco, o incluso con ese mismo suelo estabilizado químicamente, el cual deberá ser compactado.

La excavación y reemplazo de suelo para evitar los problemas de capacidad de carga y de deformación excesiva que implica la presencia de suelos orgánicos es una práctica sencilla, aunque, en muchos casos implica un volumen considerable de movimiento de tierras.

Este método puede resultar costeable cuando el área a mejorar es pequeña, no se tiene nivel de agua freática somero ni colindancias, los bancos de material se encuentran cerca de la obra, y la accesibilidad al sitio es buena. Además, el tiempo de construcción debe ser tan prolongado como se requiera para llevar a cabo este procedimiento, de lo contrario no podrá ser empleado.

Este procedimiento consiste en mezclar al suelo natural con un agente químico con el objetivo de cambiar sus propiedades fisicoquímicas y así controlar cambios volumétricos, mejorar su resistencia y trabajabilidad, impermeabilizar al suelo, entre otros. Los materiales más utilizados para este fin son la cal y el cemento, sin embargo, también puede emplearse asfalto, cloruro de sodio o de calcio, residuos o subproductos industriales (escoria de alto horno, cenizas volantes) y polímeros.

Este método de mejoramiento tiene la ventaja de que se tienen diversos productos disponibles en el mercado para lograr el objetivo de mejorar las propiedades del suelo del sitio donde queremos construir, que son fácilmente adaptables para uno u otro tipo de suelo. La dosificación de las mezclas suelo natural-agente químico puede optimizarse si se realizan pruebas de laboratorio que permitan comparar las propiedades del suelo antes y después del mejoramiento.

Por otro lado, se puede tener un impacto ambiental negativo alto, empezando por la fabricación de los productos utilizados en el mejoramiento, y para suelos con alto contenido de materia orgánica puede resultar costoso. En cuanto a la aplicabilidad de este método, hay que tomar en cuenta los mismos factores descritos en el método de excavación y reemplazo.

La inyección es una técnica que permite densificar y reducir la permeabilidad de los suelos, así como reparar fisuras en caso de macizos rocosos; consiste en introducir en el subsuelo un material fluido homogéneo, bombeado a presión, de manera controlada. Los fluidos a emplear pueden ser disoluciones cuando no tienen partículas sólidas en suspensión, estables cuando contienen partículas en suspensión que no son susceptibles de sedimentarse e inestables cuando las partículas en suspensión se pueden sedimentar si se detiene su agitación. Las diversas variantes del procedimiento son: inyecciones de impregnación, por compactación, fracturamiento hidráulico, de compensación y de alta presión (jet grouting).

Puede emplearse tanto en suelos finos como suelos gruesos, no requiere la remoción y el reemplazo de material, y se tienen en el mercado equipos ligeros para realizar el bombeo del fluido de manera controlada. Debe tenerse especial cuidado en la presión de inyección y llevar un adecuado control del volumen de fluido inyectado para evitar un consumo excesivo de este.

En caso de tener suelos con una relación de vacíos alta puede resultar costoso; el área a mejorar no puede conocerse con certeza y tampoco puede asegurarse el grado de efectividad del método sin pruebas directas posteriores al procedimiento. Es importante evaluar si el fluido generará algún tipo de contaminación en el medio subterráneo, principalmente en acuíferos.

Para suelos finos susceptibles a presentar grandes deformaciones bajo la aplicación de cargas, puede recurrirse a la precarga, un método de mejoramiento que implica la aplicación de una sobrecarga en la superficie del terreno por un periodo de tiempo determinado. Dicha sobrecarga tiene por objetivo inducir asentamientos elásticos y por consolidación, al igual que disminuir la relación de vacíos del suelo previo a la construcción de la estructura proyectada, por lo que, una vez concluido el tiempo, la sobrecarga se retira completamente; su magnitud puede ser menor, igual o mayor a la carga de servicio de la estructura.

El principio teórico para el diseño de la precarga es el fenómeno de consolidación de los suelos. Su implementación es sencilla, especialmente en predios sin colindancias donde vehículos de carga que transporten el material del relleno y maquinaria de compactación puedan transitar sin inconvenientes. Si se tienen suelos donde el tiempo para que se presenten los asentamientos por consolidación primaria no es demasiado prolongado puede resultar eficiente, en caso contrario se puede evaluar la combinación de este método con medios permeables como los drenes verticales o las pilas de agregado compactado para acelerar la tasa de consolidación.

Su aplicabilidad está limitada por el costo del material de precarga y la conformación del relleno, que incluye acarreos del material de banco disponible.

Los sistemas de mejoramiento de suelos Geopier® consisten en introducir elementos de alta rigidez que densifican el suelo circundante por su procedimiento constructivo basado en el desplazamiento lateral del material. Estos elementos se denominan Pilas de Agregado Compactado cuando se constituyen con grava triturada de diámetros nominales comprendidos entre ¾” y 1 ½” sin finos y/o con cierto porcentaje de cemento mezclado en seco, o bien, columnas de geoconcreto cuando se integran con concreto simple de alta resistencia; pueden construirse por reemplazo de material o por simple desplazamiento. Las variantes anteriores originan los diversos métodos constructivos Geopier®.

Introducir elementos de mayor densidad que el suelo natural, y que además reducen su relación de vacíos, permiten mejorar sus propiedades de resistencia al esfuerzo cortante y de deformación, que a su vez incrementa la capacidad de carga del suelo, permite un control de asentamientos, disminuye la susceptibilidad de licuación en el caso de arenas sueltas, además que contribuye con las fuerzas resistentes para incrementar el factor de seguridad contra deslizamiento en taludes o terraplenes e incrementa la resistencia de la cimentación ante cargas laterales y de tensión.

La profundidad de mejoramiento puede alcanzar hasta 12.0 m de longitud, con o sin presencia de nivel de agua freática, tiene altos rendimientos de construcción por metro por jornada laboral de 8 hr que pueden llegar hasta 400 m/jor en condiciones óptimas de operación. Los sistemas de mejoramiento Geopier® generan una mínima perturbación ambiental, ya que no requiere el uso de fluidos de perforación, y para el caso de las pilas de agregado compactado, los elementos se constituyen únicamente por agregado pétreo.

Se conoce como Pila o Columna de Grava Compactada a los elementos que se forman al introducir al suelo grava triturada, ya sea por un proceso de sustitución del suelo o por desplazamiento de este, y que posteriormente es densificada con un vibro compactador y una herramienta especial patentada por la compañía Geopier®.

Los procedimientos constructivos disponibles se clasifican en dos grupos por la acción que generan en el suelo a mejorar. Entre los métodos de sustitución de material se encuentran el sistema GP3® y el sistema X1®, que pueden emplearse cuando no se tiene nivel de agua freática en la profundidad de mejoramiento ni el suelo es susceptible de presentar licuación; en caso contrario, se emplean los métodos por desplazamiento de material, dentro de los cuales se tiene el sistema Impact®.

La grava con la que se construye la pila de agregado compactado puede mezclarse con cemento Portland modificado tipo II si se requiere mejorar suelos orgánicos, en este caso recibe el nombre de elemento CTA. El porcentaje de cemento utilizado dentro de la mezcla depende de la carga que transmitirá la cimentación al suelo mejorado. La adición de alrededor del 5 por ciento de cemento (en peso como porcentaje del peso seco del agregado) completamente mezclado con la grava puede brindar una resistencia a la compresión no confinada del orden de 750 psi dentro de 7 días después de la colocación.

El sistema de Columnas de GeoConcreto permite construir elementos de alta rigidez de concreto simple que se instalan gracias a un proceso de desplazamiento patentado, igual al utilizado en el sistema Impact®, mediante el hincado de un mandril hueco hasta la profundidad de diseño y que, a través del cual, se bombea la grava tratada con lechada o concreto simple.

A diferencia de los sistemas de Pilas de Grava Compactada, las GCC® solo se compactan en la base; después de la formación del bulbo de fondo, el mandril se extrae mientras se bombea continuamente el concreto simple hasta la profundidad de desplante de la cimentación superficial. El sistema provee refuerzo del suelo mediante elementos de alto módulo de rigidez dentro del suelo de baja rigidez, para controlar asentamientos.

Es la solución ideal para mejorar turbas o arcillas muy blandas, altamente compresibles y de gran espesor. Para que tengan un adecuado desempeño se requiere de un estrato competente para su apoyo, donde se puedan transferir las cargas de la estructura. El Sistema Geopier® de Columnas de GeoConcreto® proporciona una solución costo-efectiva y un control de asentamientos para el apoyo de cargas de gran magnitud sobre suelos cohesivos blandos y compresibles.