COLUMNAS DE GRAVA COMPACTADA: MODOS DE FALLA POR CAPACIDAD DE CARGA

La capacidad de carga admisible para las zapatas soportadas por las Columnas de Grava Compactada Geopier® casi siempre está controlada por los criterios de asentamiento. Sin embargo, es posible aplicar suficiente presión sobre el suelo reforzado Geopier® para que se alcance el límite elástico. La presión asociada con la movilización de la resistencia al corte se define como la capacidad límite de equilibrio de la zapata. Por lo general, se supone que las superficies de corte clásicas se extienden a lo largo de superficies circulares y en espiral debajo de las zapatas que no están soportadas por Columnas de Grava Compactada Geopier® (Figura 1). Es más difícil determinar el potencial de corte dentro de una matriz de suelo reforzado con Geopier®, debido a las complicadas interacciones entre los elementos rígidos de Geopier® y la matriz relativamente blanda del suelo.

Los posibles modos de falla de equilibrio límite para las zapatas soportadas por Columnas de Grava Compactada Geopier® consisten en:

El potencial de falla por abultamiento de columnas de grava en arcillas saturadas fue descrito por Mitchell (1981). Si se aplica suficiente presión a la parte superior de los elementos Geopier®, la resistencia al corte podría movilizarse por completo dentro de los elementos y a lo largo de las superficies que se extienden a través de la matriz del suelo circundante. El desarrollo de superficies cortantes dentro de los elementos Geopier® hace que los elementos Geopier® se abulten hacia afuera. La presión lateral de la tierra en los suelos de la matriz alrededor de los elementos Geopier® resiste el abultamiento lateral. Debido a que las presiones laterales del suelo, son menores en la superficie del terreno, la mayor cantidad de abultamiento se produce en las partes superiores de los elementos Geopier®.

El potencial de corte debajo de los elementos Geopier® individuales se muestra en la Figura 2b. Despreciando el peso del material, la carga total aplicada a la parte superior de los elementos Geopier® es resistida tanto por la fricción lateral como por la punta del elemento Geopier®.

Para condiciones sin drenaje, la fricción unitaria lateral es la resistencia al corte promedio sin drenaje del suelo matriz en contacto con los elementos Geopier®.

La consecuencia de un esfuerzo normal excesivo en la punta del elemento Geopier® es el asentamiento, no la rotación global de la zapata. Esto se debe a que los esfuerzos de la zapata se transferirán a los elementos Geopier® produciendo un asentamiento antes de transferirse al suelo matriz.

Para condiciones drenadas, la fricción unitaria promedio a lo lateral del elemento Geopier® es el producto de la presión horizontal efectiva promedio y la tangente del ángulo de fricción del suelo matriz. El promedio de presión efectiva horizontal puede estimarse como el producto del esfuerzo vertical actuando en la mitad de la longitud del fuste y el coeficiente Rankine de reposo de la matriz de suelo.

Como ya se mencionó la consecuencia de aplicar un esfuerzo normal excesivo en la punta de los elementos Geopier® es el asentamiento no la rotación global de la zapata.

El potencial de cortante dentro de la matriz de suelo reforzado Geopier® se muestra en la Figura 2c. Este modo de falla, supone que los planos de corte pasan a través de los elementos Geopier®, y suelo matriz en forma ascendente. La resistencia al corte de los materiales a lo largo del supuesto plano de falla depende de la resistencia por fricción al corte dentro del suelo matriz y la resistencia por fricción al corte que ofrecen los elementos Geopier®.

La resistencia al corte del suelo compuesto cambia con la profundidad ya que depende de los efectos de la distribución de la carga y la orientación del plano de falla. Sin embargo, se puede lograr una solución conservadora considerando la resistencia compuesta al cortante a una profundidad de tres cuartos del ancho de la zapata por debajo del fondo de la zapata y en un plano de falla inclinado 45 grados con respecto a la horizontal.

El potencial de cortante por debajo del fondo de la matriz del suelo reforzado con Geopier® se muestra en la Figura 2d. Se puede lograr una solución conservadora para este problema comparando las tensiones inducidas en la parte inferior del estrato de suelo mejorado con Geopier® con la presión de carga permisible calculada. La tensión inducida en la parte inferior de la capa mejorada con Geopier® se puede estimar suponiendo que la distribución de la carga aumenta a una tasa de 2:1 (vertical a horizontal) por debajo de la parte inferior de la zapata.