LIMITACIONES DEL SISTEMA DE MEJORAMIENTO DE SUELOS MEDIANTE COLUMNAS DE GRAVA COMPACTADA

Las Columnas de Grava Compactada Geopier han sido exitosamente usados para apoyar zapatas individuales con cargas hasta de 2,200 kilo libras, zapatas corridas con columnas combinadas totalizando 6,000 kilo libras, y losas de cimentación con un total de cargas de 25,000 kips. Las cimentaciones Geopier se usan también para apoyo de cargas ligeras a moderadas en suelos excepcionalmente débiles, incluyendo turbas y rellenos no controlados. Sin embargo, hay limitación de una construcción práctica de las cimentaciones Geopier, como con cualquier otra cimentación o sistema de mejoramiento de suelo, y estas limitaciones están en función de la naturaleza del suelo siendo reforzado y de las cargas estructurales que son aplicadas.

Algunas condiciones del subsuelo que pueden limitar severamente el grado de mejoramiento del suelo derivado con Columnas de Grava Compactada Geopier incluyen turbas, fango y suelos altamente orgánicos, suelos de partículas finas, con presión de poro negativa, y suelos de arcilla altamente expansiva.

Los suelos de turbas, son suelos con alto contenido orgánico y bien blandos y deben ser reforzados por “N” número de elementos Geopier. Las características de estos tipos de suelos son tales que si se deja una zona de turba altamente compresible, fango o suelos altamente orgánicos bajo la zona reforzada con Geopier podría presentar un riesgo aceptable de futuros asentamientos excesivos. En general, si estos suelos no son muy profundos de aproximadamente 7m, los elementos Geopier pueden ser extendidos a través de ellos a mejores suelos, y el suelo reforzado proporcionado puede probar ser el más atractivamente económico, así como proporcionar un control de asentamientos positivo. La limitación en capacidad del sistema Geopier llevados a través de la turba puede esperarse en la capacidad de abultamiento del elemento Geopier dentro de la turba. En estos casos también es posible utilizar un aglutinante que mejore las propiedades de la Columna de Grava Compactada o utilizar un sistema de inclusiones rígidas tales como las Columnas de Geo Concreto (GCC)

Las arcillas suaves que generan presión de poro negativa presentan la excepción a la regla general que la cimentación Geopier gana resistencia durante el tiempo que son inicialmente instaladas. En estas arcillas suaves, la fuerza del elemento Geopier/suelo matriz puede ser esperado que disminuya dentro de un corto periodo de tiempo después que el elemento Geopier es instalado. La capacidad de la cimentación Geopier para proporcionar control de asentamientos se reduce cuando el suelo matriz desarrolla presión de poro negativa. Una simple prueba de campo ha sido desarrollada para determinar cuando la cimentación Geopier esta siendo instalada en arcillas con presión de poro negativa.

Para el caso general de suelos blandos y arenas muy sueltas, el sistema de cimentación Geopier es efectivo y resulta en un mejoramiento significativo en la rigidez de la zona superior. Frecuentemente la rigidez compuesta de una zona superior con las Columnas de Grava Compactada Geopier instaladas en suelos blandos puede ser incrementada 500% o más por la inclusión de elementos rígidos. Aún con este grado de mejoramiento, la capacidad de apoyo de la cimentación Geopier será limitada para estructuras ligeras a moderadamente pesadas. La capacidad variará y puede ser estimada realizando los análisis de carga y de asentamiento para las condiciones específicas del sitio. Pruebas de carga en escala completa confirmarán los parámetros de diseño estimado. La capacidad varía dependiendo de cómo son las condiciones del suelo blando, el tipo de suelos siendo reforzados, y si los suelos subyacentes son preconsolidados. Si los subsuelos son profundos, la longitud de flecha del Geopier será típicamente incrementada para reducir el grueso de la zona inferior. Por ello reduciendo la intensidad de los esfuerzos verticales alcanzando los suelos compresibles en la zona inferior y reduciendo el grosor de la zona inferior usada en los análisis de asentamiento. Esta determinación es en seguida vista cuando se realizan los análisis de asentamiento. En general, los suelos muy blandos de más de 17m de profundidad o mayores, con cargas aproximadamente de 700 kilo libras son frecuentemente mejor adaptadas para cimentación profunda. Los mismos suelos con zapatas aisladas con ancho de 4m o menos son proyectos son normalmente más factibles técnica y económicamente para el sistema Geopier.

La capas de suelo muy débiles (Peso del martillo a N= 2) ubicadas a la profundidad de 2 a 4B bajo las zapatas pueden también crear problemas si las cargas de zapatas son altas, especialmente cuando son ubicadas arriba de la capa de suelo denso o muy rígido.

Aún cuando los esfuerzos sean muy bajos, estas capas altamente compresibles pueden influir en el asentamiento de edificios. Esto puede ser el caso cuando las zapatas son cargadas con mucho peso y espaciadas muy cerca una de otra, de tal modo que el suelo reforzado con Columnas de Grava Compactada Geopier actúa mas como una cimentación de losa flexible. En este caso, el la carga total de un edificio y el módulo de cada capa de suelo deberá considerarse en la valoración de las estimaciones de asentamiento.

El sistema de refuerzo de suelo Geopier debe ser diseñados cuidadosamente cuando se refuerza suelos que sufren cambios en volumen (expansión) por cambios en contenido de humedad natural. Algunas precauciones y métodos de diseño empleados incluyen:

Un aspecto importante de la tecnología de cimentación Geopier es que contribuye a la efectividad del uso en suelos con gran cambio de volumen, es la concentración de esfuerzos dentro de una Columna de Grava Geopier. La concentración de esfuerzos sobre las pilas resulta en una intensidad más alta en la carga vertical. Otro aspecto positivo de la tecnología de cimentación Geopier que contribuye a la efectividad del uso en suelos con alto cambio de volumen es que la capacidad de carga compuesta de las zapatas soportadas por las Columnas de Grava Geopier es relativamente alta, y típicamente sobre el orden de 250 a 400 kPa en suelos blandos a firmes, incluyendo suelos con alto cambio de volumen. Este factor se añade a la capacidad del Geopier para resistir fuerzas de tensión que son creadas cuando los contenidos de humedad incrementan con los suelos matriz expansivos.

Las cimentaciones Geopier requieren excavaciones de una cavidad antes de la construcción de un elemento Geopier. Ya que la mayoría de los elementos Geopier son relativamente cortos, este es un proceso relativamente rápido. De ese modo, una vez que el hoyo es excavado para el elemento Geopier, la construcción es muy rápida (300 a 450ml/jor). Hay varias condiciones que vuelven más lento el proceso de construcción de los Geopier. Los ejemplos incluyen un alto nivel freático asociado con arenas o perforar rellenos no controlados con escombros y suelos inestables

Las soluciones a estos problemas se centran alrededor de otro sistema, del uso de los equipos de perforación más poderosos para penetrar rellenos de escombros, el uso de tubo de ademe para controlar el derrumbe del suelo, el uso de grava de relación alta de vacíos de tamaño uniforme para compactación debajo de la corriente freática y el uso de un bombeo selectivo para el control del nivel freático. Cada una de esas técnicas se han asociado con el costo en términos de tiempo de producción

Las limitaciones económicas del sistema de cimentación Geopier pueden ser de cuidado en el mercado. Sin embargo, para propósitos de planeación, es ventajoso entender los factores generales que afectan lo económico de usar las Columnas de Grava Compactada Geopier. Aproximadamente el 75 % de los proyectos técnicamente factibles para cimentaciones Geopier hasta la fecha han probado ser económicamente factibles y significativamente menos caras que los sistemas alternativos. Los costos estimados en el uso de cimentaciones Geopier en el otro 25% de los proyectos muestran menos de un 25% de ahorro en algunos casos, y en algunos casos no hay ahorro alguno. Nosotros frecuentemente consideramos que los ahorros significativos deberían de ser de al menos el 25% de reducción en comparación con otros sistemas alternos. La reducción en tiempo de construcción elimina la posibilidad potencial de excederse en costos debido al cambio de condiciones, la reducción en volúmenes de concretos y acero de zapatas, y prevención de degradación del sitio pueden ser añadidas a la lista de ahorro de costos para proporcionar una medida más precisa de las ventajas totales que ofrece el sistema Geopier. En tales casos un ahorro del 10% de oferta del subcontrato puede resultar en un ahorro verdadero del 25% o más.

Cuando la roca o zonas muy densas o duras están a más de 10m de profundidad, las cimentaciones Geopier generalmente proporcionan un gran ahorro. Las cimentaciones Geopier han reemplazado la necesidad de pilas perforadas a una profundidad de 30m. Cuando una sobre-excavación es una alternativa a los sistemas de cimentación Geopier, los ahorros son generalmente alcanzados cuando el espesor del relleno es aproximadamente más grande de 1.5m