Conoce como se desarrolló el sistema de mejoramiento de suelos Geopier
En la primavera de 1984, el Dr. Nathaniel Fox comenzó a desarrollar el método de refuerzo vertical de suelo con Columnas de Grava Compactada Geopier. Su objetivo fue refinar el antiguo método de mejoramiento y soporte inapropiado de suelos, removiendo un volumen de suelo y reemplazándolo con un material selecto de mejor calidad. Comúnmente llamado método de “Sobre-excavación y reemplazo”, este típicamente requiere de un control de compactación estricto para alcanzar resultados de uniformidad aceptable. La selección de materiales utilizados para el método de sobre-excavación son ordinariamente gravas, limos, arenas o suelos de alta calidad. Las limitaciones de este método típicamente incluyen capacidad de construcción; socavación de estructuras adyacentes, tiempos de seca para realizar los trabajos, grandes volúmenes de movimiento de tierra, nivel de aguas freáticas superficial, una gran área de construcción afectada por este método, tiempo y costo.
De esta manera, el objetivo inicial en el desarrollo de los sistemas de mejoramientos de suelos Geopier fue proveer un proceso más práctico y eficiente para reemplazar suelos blandos y compresibles con materiales más fuertes y rígidos –grava graduada o materiales granulares, usando relativamente poco equipo de construcción.
Criterio para el desarrollo del sistema de mejoramiento de suelos Geopier
Tomando las ventajas máximas del comportamiento del suelo único de la ingeniería, particularmente en áreas de suelo pre-esforzado y pre-deformado; produciendo una masa compuesta con mayor capacidad; proporcionando un método práctico de verificación de capacidad para el control de asentamientos de cimentaciones poco profundas apoyadas por pilas cortas de grava; y reduciendo el volumen de materiales de reemplazo requeridos.
El 21 de Marzo, 1984, comenzó el desarrollo del sistema de mejoramiento de suelos Geopier. El Dr. Fox llamado por 2 eminentes educadores geotécnicos con quien él se había involucrado significativamente en años previos, Dr. Richard L. Handy, Distinguido Profesor Emeritus, de la Universidad de Iowa y el Dr. Richard D. Barksdale, Profesor en el Instituto de Tecnología de Georgia. Ambos profesores le dieron ánimo y sugerencias. Los conceptos lo guiaron al desarrollo del sistema de refuerzo de suelo y Cimentación Intermedia Geopier. Subsecuentemente fueron afinados y desarrollados con la ayuda de un co-poseedor de la patente, Dr. Evert C. Lawton, Profesor asociado en la Universidad de UTA, E.U.
El concepto básico (Figura 1) consiste de una remoción de un volumen de material compresible perforando un hoyo. El suelo en la base de la cavidad perforada es preforzada y pretensada con un recurso de energía efectivo. Un elemento muy rígido es el construido dentro de la cavidad usando grava bien graduada colocado en capas finas altamente densificadas con la misma fuente de energía para la base del suelo preesforzado. Los suelos de matriz adyacentes son mejorados, no primordialmente por densificación, pero preferentemente por suelo matriz lateral preesforzado. El desarrollo de esfuerzos laterales en los suelos circundantes desarrolla una sobre-consolidación de suelo alrededor de cada Columna de Grava Compactada Geopier, resultando en un fortalecimiento de la matriz Geopier /suelo. Este pre-esfuerzo lateral es maximizado por el uso de un aparato compactador biselado de 45 grados y una fuente de energía de impacto de apisonamiento vertical, en vez de una fuente de energía vibratoria.
Probando el Concepto Básico de Cimentación Intermedia Geopier
Los dos poseedores de la patente probaron el concepto básico de un Columna de Grava Compactada corta usando la caída de pesos colocados en los sondeos, sosteniendo el equipo de compactación mecánica con la mano, y de cabeza especial redondeada, pisones biselados unidos a una fuente de energía de un martillo hidráulico modificado. Ellos encontraron que el método más práctico es el de densificar la grava y pre-esforzar el suelo matriz en la parte inferior de las cavidades y a lo largo de la flecha de la Columna de Grava Compactada. La energía vibratoria fue probada (vibrosustitución) y se encontró que era menos efectiva que la energía de impacto de un martillo hidráulico modificado. También se encontró que un martillo con una amplitud limitada, fuerza de magnitud alta, y una frecuencia relativamente alta de 300 a 600 ciclos por minuto, trabajó mejor. La energía clasificada de varias fuentes de energía utilizó el rango de 250.000 pies-libras por minuto a 1.7 millones de pie-libras por minuto.
Las pruebas de módulo fueron realizadas en Columnas de Grava Compactada Geopier para determinar los valores del módulo de rigidez del elemento de prueba. Los aspectos de ambas pruebas de carga de zapatas (ASTM D1194) y pruebas rápidas de carga de pilote (ASTM D1143) fueron incorporadas dentro de los procedimientos de prueba de carga de las Columnas de Grava Compactada. Las pruebas de módulo de rigidez fueron realizadas para medir las mejoras en rigidez, las cuales fueron alcanzadas por el incremento de longitudes de grava de un cociente de la amplitud de la longitud de 2.0, y determinar las magnitudes de los valores del módulo de la Columna de Grava que fueron alcanzados dentro de diversos tipos suelos y de diversas condiciones del subsuelo. Los "testigos" fueron instalados en una serie de pruebas módulo de rigidez para determinar la reducción aproximada de esfuerzos verticales en la parte inferior de las Columnas de Grava. Los testigos ayudaron a determinar el porcentaje total de deflexiones ocurridas como resultado de la compresión del agregado dentro del elemento Geopier, y el porcentaje de deflexiones que ocurrieron de la compresión de sub-suelos bajo el bulbo inferior del agregado.
Las pruebas para el modelo de las Columnas de Grava Compactada Geopier fueron también realizadas en laboratorio para determinar que mejoras podrían alcanzarse con una selección diferente de materiales de reemplazo, diferente espacio entre elementos y varias relaciones longitud - ancho. A causa de distorsiones inherentes al modelo prototipo, los resultados de modelos de prueba a escala fueron usados cualitativamente, y no cuantitativamente. Los resultados cuantitativos fueron alcanzados solo en la escala completa de pruebas de campo.
Los objetivos del primer programa de pruebas de la Columna de Grava Compactada fueron definir los procedimientos de prueba de carga factibles y las capacidades aproximadas de la Columna de Grava en diferentes condiciones del subsuelo. La primera prueba también verificó la información previamente publicada de la relación longitud-ancho de las Columnas de Grava de más allá de un valor de 3 no resultó una rigidez mayor de pilas de grava dentro de un estrato de suelo homogéneo.
Los procedimientos de prueba de carga han sido ligeramente mejorados desde 1988. Las pruebas de carga son designadas para dar una medida conservativa de la rigidez de las Columnas de Grava probadas. Estas no son planificadas para ser pruebas a largo plazo y determinar el comportamiento a largo plazo del subsuelo debajo de la “Zona Superior” reforzada por el Geopier. Estas son solo con el propósito de medir el módulo de rigidez de las Columnas de Grava Compactada Geopier. El asentamiento debajo del Geopier está determinado por un análisis convencional de mecánica de suelos. La prueba de módulo del Geopier es relativamente una prueba rápida, ya que la deflexión de la Columna de Grava dentro de la “zona superior” ocurre rápidamente. Los movimientos paulatinos del terreno que puedan resultar en una duración más larga en las pruebas representan la influencia de los suelos de la “Zona Baja” y contribuyen a la naturaleza conservadora de las mediciones de la prueba.
