INSTALACIÓN DE SERVICIOS PÚBLICOS DEBAJO DE LAS COLUMNAS DE GRAVA

Si bien las Columnas de Grava Compactada no son un concepto nuevo, muchos ingenieros, contratistas generales y otros subcontratistas de servicios públicos generalmente no están familiarizados con estas técnicas que se pueden realizar en sus proyectos. Este artículo se enfoca en la instalación de líneas subterráneas de servicios públicos dentro y adyacentes a una plataforma de construcción mejorada por Columnas de Grava Compactada, tanto antes como después de la mejora del suelo (véase figura 1)

Para la construcción de Columnas de Grava Compactada, el agregado se introduce en un suelo pobre mediante técnicas de reemplazo (perforación y luego relleno) o métodos de desplazamiento (mandril penetrado en el subsuelo sin perforar). Ambos métodos de instalación empujan el agregado lateralmente hacia los suelos blandos para mejorar su resistencia al corte y reducir la compresibilidad (véase figura 2).

Un diseño de mejoramiento de suelo para el soporte de una estructura aumenta la presión de carga permisible y reduce los asentamientos. Las Columnas de Grava Compactada se diseñan de modo que el ingeniero estructural pueda diseñar zapatas extendidas y corridas, generalmente con una presión de apoyo más alta que la que se permitiría sin mejorar el suelo. Los anclajes, que consisten en barras de refuerzo y una placa de acero, se pueden colocar dentro de las Columnas de Grava Compactada para brindar resistencia a la tensión contra el viento y otras fuerzas laterales. Estos aspectos son beneficiosos cuando las cargas de servicio son altas ya que permite disminuir el tamaño de las zapatas, así como la cantidad de acero de refuerzo y, por lo tanto, es más económico que si no se utiliza ningún sistema de refuerzo.

El mejoramiento de suelos también se utiliza para el soporte de losas de piso o rodamiento. Los elementos se colocan estratégicamente en un patrón de cuadrícula según las condiciones del suelo, la carga del piso vivo, el espaciado de las juntas de control y otras variables. El ingeniero estructural generalmente puede diseñar una losa normal sobre los suelos mejorados en lugar de una losa estructural.

Los elementos de Columnas de Grava Compactada ocupan una posición entre cimentaciones profundos y opciones de sobreexcavación y reemplazo. Las Columnas de Grava a menudo se consideran elementos de fricción y la mayor parte de la resistencia a la carga proviene de la interacción del agregado y los suelos que los rodean. La carga mínima, si la hay, se transfiere al apoyo final, por lo que no se requiere una capa de apoyo rígida. Además, los elementos son más rígidos que los suelos circundantes, generalmente por un factor de 10 o más; sin embargo, son mucho menos rígidos que los pilotes o pilas de concreto y de acero. Y justo porque las Columnas de Grava Compactada son más rígidas atraen la mayor parte de los esfuerzos de la zapata, se vuelve imperativo que los elementos mantengan su integridad. Excavar demasiado cerca de ellos después de su instalación puede liberar la resistencia lateral proporcionada por los suelos y comprometer la integridad geotécnica de los elementos de soporte.

Cuando se necesitan excavaciones para la construcción de servicios públicos debajo de un edificio sostenido sobre un suelo mejorado, el soporte de la estructura puede verse comprometida. Por lo tanto, sin una planificación adecuada, puede haber demoras y reparaciones costosas. Esto significa que el diseñador y el contratista general deben revisar cualquier excavación que sea necesaria después de que se haya completado la construcción de las Columnas de Grava Compactada. Muchos servicios públicos, como los servicios eléctricos, de gas, las tuberías de agua y alcantarillado poco profundas, se colocan próximos a las estructuras. Estos no suelen ser una preocupación desde el punto de vista de mejoramiento de suelos, ya que las zanjas de servicios públicos deben rellenarse con relleno de ingeniería para mantener un buen soporte de las capas superficiales.

Sin embargo, pueden surgir problemas cuando los servicios públicos se instalan a más de 60cm por debajo de la losa del piso o cuando entran o salen del edificio por debajo de las elevaciones de apoyo de las bases. Por lo general, estos servicios públicos son líneas de alcantarillado pluvial y sanitario por gravedad y conexiones de líneas de agua. Algunas regiones de mucho frio, pueden tener conexiones de líneas de agua a profundidades de más de 2m por debajo del nivel del suelo para ubicarlas por debajo de la profundidad de la helada. Además, se deben considerar otros servicios profundos debajo de la losa, pero menos comunes, como ductos eléctricos, líneas geotérmicas y cámaras de aguas pluviales.

Estos servicios públicos profundos que se encuentran debajo de las elevaciones de apoyo de la zapata pueden instalarse antes o después de la mejora del suelo. Cada enfoque requiere una planificación para el diseño y la protección de los servicios públicos. Para la instalación de servicios públicos antes de la mejora del suelo, el equipo del proyecto debe considerar la alineación de las tuberías y los materiales de relleno que podrían afectar la instalación de los elementos. Si el equipo decide instalar líneas de servicios públicos después de que se haya completado la mejora del suelo, es muy importante hacer lo necesario para mantener la integridad de las Columnas de Grava durante todo el proceso de excavación. Las siguientes secciones describen estas dos situaciones con más detalle.

Si se instala un servicio público profundo sin ademes para las zanjas, la excavación necesitará pendientes laterales adecuadas para cumplir con los requisitos de seguridad.

Por lo tanto, si los servicios van a profundidades de más de 60cm por debajo del nivel de los cimientos, es aconsejable instalarlos antes de que el contratista de mejoramiento de suelos llegue al sitio para evitar perturbar a las Columnas de Grava con una gran superficie de excavación.

Si los servicios públicos se colocan antes de la construcción de los cimientos, deben estar claramente marcados con banderas o estacas para que puedan ser evitados y no dañados por la instalación de las Columnas de Grava Compactada. La distancia a la que debe mantenerse alejado el instalador de las Columnas de Grava depende de la energía de instalación aplicada y del material de tubería utilizado.

Si no hay suficiente tiempo en el cronograma del proyecto para colocar todo el servicio público, otra opción es encamisar la tubería debajo de la ubicación de la zapata. El encamisado consiste en colocar una tubería de plástico o hierro dúctil en el lugar donde se planea colocar el servicio. Esta opción funciona mejor debajo de zapatas continuas, donde los elementos de mejora del suelo suelen estar espaciados a más de 1.8m entre centros, en comparación con las zapatas extendidas, donde las Columnas de Grava están menos espaciadas porque las cargas están más concentradas, lo que requiere más elementos en un área determinada. El contratista de servicios públicos puede regresar, pasar la tubería a través del manguito y terminar la tubería más lejos de las bases; esto evitará perturbar las Columnas de Grava más adelante durante la construcción.

Por último, es importante la selección del material de relleno para la zanja de servicios públicos. Normalmente, se debe usar un relleno granular seleccionado para proporcionar una buena subrasante compactada según las recomendaciones de diseño. Sin embargo, si se selecciona el método de mejoramiento del suelo de perforación y relleno, hay riesgos de caídos antes de que se pueda instalar el elemento, lo que genera trabajo y gastos adicionales. Un relleno de zanjas con un contenido de finos de 10 a 20 por ciento sería apropiado para evitar esa situación.

La instalación temprana de los servicios públicos profundos suele ser la mejor manera de reducir las perturbaciones, pero a veces el cronograma de construcción no lo permite. Si ese es el caso, los servicios públicos se pueden instalar después de la mejora del terreno, lo que genera otros desafíos.

A veces, simplemente no es posible preinstalar líneas de servicios públicos profundas. En ese caso, las tuberías deben colocarse fuera de la “zona de influencia de no excavación” de cada cimiento para mantener la integridad mejorada del suelo. Una buena regla general es mantenerse al menos a 2m del borde de una zapata. Luego, moviéndose horizontalmente desde la parte inferior de la zapata, esta “zona de no excavación” se extiende hacia abajo y alejándose de la zapata en una pendiente de 1 horizontal (H):1 vertical (V), pasando a una pendiente de 2H:1V (véase figura 3)

Si la excavación invade la “zona de influencia de no excavación”, entonces puede ocurrir la pérdida de soporte lateral y el refuerzo del suelo debajo de la zapata, lo que resulta en un mayor potencial de asentamientos inesperados o, en el peor de los casos, fallas por capacidad de carga (véase Figura 4).

Por tanto, lo ideal es tener una reunión para revisar la instalación de servicios públicos con las partes interesadas del proyecto (contratista general, contratistas de servicios públicos, ingeniero de mejoramiento del suelo) antes de la preparación del sitio. Las partes interesadas pueden ayudar a identificar rutas para las tuberías profundas y promover la comprensión de por qué la ubicación de las tuberías y el relleno son importantes. El diseño de las Columnas de Grava Compactada se puede superponer en el plan de servicios públicos para reconocer mejor y ayudar a evitar conflictos. El diseñador de las Columnas de Grava Compactada también puede considerar utilizar aglutinantes en los elementos que probablemente se verán perturbados por los servicios públicos en el futuro, ya que estos elementos son más rígidos y menos propensos a perder la integridad debido a las excavaciones cercanas.

Si el servicio público debe entrar o salir del edificio ligeramente por debajo de una base, por ejemplo los servicios de agua y alcantarillado, el servicio público puede colocarse entre las Columnas de Grava Compactada. Si es necesario, los elementos se pueden espaciar más de lo normal para proporcionar un espacio adecuado para la tubería, lo cual también deberá ser tomado en cuenta por el Ingeniero Estructural (véase Figura 5).

Los avances en el modelado 3D ofrecen otra vía para coordinar proyectos complejos que ha demostrado ser muy beneficiosa. El modelado de la “zona de influencia de no excavación” con los elementos de mejoramiento del suelo, combinado con las alineaciones eléctricas y de plomería, puede ayudar con la detección y resolución de conflictos (véase figura 6). Este trabajo inicial puede ayudar al equipo del proyecto a mover los servicios públicos o a las Columnas de Grava Compactada a las mejores ubicaciones posibles para evitar costosas demoras y frustraciones más adelante en el proyecto.

Incluso en la instalación del servicio más cuidadosamente coordinado, la instalación puede producir conflictos inevitables con la “zona de influencia de no excavación”. Si la Columna de Grava ha quedado expuestas durante la excavación (véase figura 7), entonces el especialista en mejoramiento de suelos deberá brindar una solución correctiva.

Una opción podría ser incluir una segunda movilización para reinstalar él o los elementos afectados, pero podría ser bastante costoso. Otra opción potencial es colocar Anclajes Helicoidales para reforzar la cimentación.

También se puede analizar desplantar las zapatas a una profundidad mayor para evitar que las zanjas invadan la zona de influencia de la zapata. Como se mencionó anteriormente, la Columna de Grava requiere una cierta longitud de eje para resistir la carga, por lo que, si se baja la zapata, se tendrá que calcular si un elemento más corto tiene la longitud suficiente para proporcionar el soporte estructural necesario o tendrá que llegar el elemento más profundo y respetar la longitud anterior. Finalmente, otra solución sería utilizar grava triturada altamente compactada para rellenar el área afectada hasta a las elevaciones de apoyo de la zapata. El ingeniero geotécnico tendría que observar esta solución y realizar pruebas de densidad de campo para confirmar que la reparación se ha hecho aceptablemente.

Muchas estructuras están sustentadas por suelos blandos y poco profundos o relleno existente no documentado en las elevaciones de la subrasante del piso. En estas situaciones, el mejoramiento de suelos con Columnas de Grava Compactada a menudo se especifica para soportar losas con cargas vivas pesadas, como para instalaciones de fabricación y almacenes con almacenamiento en estanterías. Una vez más, normalmente es mejor si estos servicios públicos se pueden instalar antes de que se construyan los elementos y se marquen claramente.

Si esto no se puede hacer, las líneas de servicios públicos debajo de la losa para estas estructuras se deben enrutar entre los patrones de cuadrícula de las Columnas de Grava Compactada, si es posible, y se deben rellenar de acuerdo con las recomendaciones de diseño. Este relleno debe estar bien compactado porque es una parte importante de la subrasante.

El diseño y la instalación de las Columnas de Grava Compactada debe ser un proceso colaborativo, con una participación y coordinación significativas de ingeniería entre todo el equipo del proyecto. Los elementos instalados no son "a prueba de balas" y el equipo del proyecto debe tener cuidado con las excavaciones para mantener la integridad mejorada del suelo.

En esta nueva era de soportar estructuras con Cimentaciones Intermedias (Cimentación superficial+ Columnas de Grava Compactada), no se puede dejar de enfatizar la importancia de una reunión de planificación de servicios públicos. La planificación previa y la coordinación pueden reducir los conflictos y mantener el proyecto a tiempo con un mínimo de gastos adicionales. A veces se requiere creatividad para encontrar soluciones que coloquen todas las piezas del proyecto en su lugar mientras se obtiene el objetivo final de mantener una base rígida.

Como conclusión, sugerimos tomar en cuenta las siguientes consideraciones antes de diseñar un sistema de mejoramiento de suelos con Columnas de Grava Compactada: