DOMINA LOS RELLENOS EN LA CONSTRUCCIÓN: TIPOS, TÉCNICAS Y PROBLEMÁTICAS

El término "relleno" se refiere al material utilizado para elevar artificialmente los niveles del suelo existentes. Los materiales de relleno a granel suelen incluir tierra, rocas y agregados y cenizas volcánicas (Monahan, 1994). Aunque, también podemos incluir los residuos sólidos como material de relleno debido a que el incremento de la población e infraestructura a nivel global ha obligado a las ciudades a asentarse en terrenos que se consideraban no aptos, por ejemplo sobre rellenos sanitarios.

El relleno también puede estar compuesto por la misma tierra que se extrajo durante la excavación, o puede ser una mezcla de tierra, rocas y piedras importadas, según los requisitos estructurales. La necesidad de relleno se establecerá durante las investigaciones del terreno, que también será utilizada por los ingenieros para formular un diseño.

En la construcción, existen diferentes tipos de rellenos que se utilizan para diversos propósitos. A continuación, te presento algunos de los tipos más comunes:

Consiste en la colocación de capas de material, como suelo o grava, que se compactan de manera mecánica para lograr una base estable y resistente.

Las pautas para seleccionar el equipo de compactación y para establecer los requisitos de compactación para varios tipos de suelo se dan en la Tabla 1 y 2. Cuando los materiales de relleno se han investigado minuciosamente y existe amplia experiencia local en su compactación, es preferible especificar los detalles de los procedimientos de compactación, como el contenido de agua en la colocación, el espesor de capa, el tipo de equipo y el número de pasadas.

Cuando la fuente del relleno o el tipo de equipo de compactación no se conoce de antemano, las especificaciones deben basarse en los resultados de compactación deseados, con un número mínimo especificado de cobertura de equipo adecuado para asegurar la uniformidad de las densidades compactadas.

Para la mayoría de los proyectos, el contenido de agua de colocación de los suelos sensibles a la humedad de compactación debe estar dentro del rango de - 1 a + 2 por ciento del contenido de agua óptimo para el esfuerzo de compactación aplicado en el campo. Cada capa se compacta a no menos del porcentaje de densidad máxima especificado en la Tabla 3. En general, es importante especificar un alto grado de compactación en los rellenos debajo de las estructuras para minimizar el asentamiento y garantizar la estabilidad de una estructura.

Los rellenos hidráulicos se utilizan a menudo para recuperar terrenos para grandes proyectos de infraestructura, como aeropuertos, puertos, áreas industriales y domésticas y carreteras. La calidad del material prestado y los métodos de construcción son cruciales para la calidad del producto final. El producto final o la aplicación requerirán requisitos de rendimiento específicos y las características de la masa de relleno determinarán qué tan bien se cumplen estos criterios de rendimiento (van't Hoff, J., y van der Kolff, 2012). Para conocer más acerca de cómo se forma el terreno ganado al mar te recomiendo nuestro blog: ¿Cómo se forma el terreno ganado al mar?.

Los rellenos hidráulicos se colocan en tierra o bajo el agua bombeando material a través de una tubería desde una draga o vertiéndose desde el fondo desde barcazas. Los materiales de dragado varían desde arenas hasta limos y arcillas y arcillas limosas de grano fino. El dragado de mantenimiento extensivo ha resultado en áreas de eliminación de materiales de dragado, que son especialmente atractivas desde un punto de vista económico para fines de desarrollo. Por lo general, se requieren diques para retener rellenos hidráulicos en tierra y pueden ser factibles para rellenos submarinos. Los diques submarinos pueden construirse con piedras grandes y grava. Los rellenos hidráulicos de diques se pueden compactar a medida que se colocan mediante el uso de lo siguiente:

Este tipo de relleno se emplea para elevar el nivel del terreno y crear plataformas o superficies aptas para la construcción de estructuras. Se utiliza material de buena calidad y se compacta adecuadamente.

El relleno estructural es un material de tierra filtrada que se usa para crear una base fuerte y estable. Por ejemplo, el suelo nativo en un sitio puede ser demasiado débil para soportar una estructura, por lo que el suelo se reemplaza por un relleno estructural compactado para brindar el soporte estructural necesario. En las aplicaciones de carreteras, los rellenos estructurales se utilizan a menudo como relleno para pilares o losas, relleno para estructuras de contención o relleno de zanjas y otras excavaciones que soportan carreteras u otras estructuras cuando estén terminadas.

Un terraplén es una estructura de tierra que se utiliza para elevar la elevación de una carretera o vía férrea por encima de la elevación del área circundante. Un ejemplo común de un terraplén es el acceso a un puente, donde el terraplén eleva el camino al nivel de la cubierta del puente. Los terraplenes también tienden a ser estructuras grandes, potencialmente de millas de largo, mientras que los rellenos estructurales tienden a ser estructuras discretas más pequeñas. El punto clave es que ambos son estructuras de tierra.

Los rellenos estructurales y los terraplenes generalmente se construyen compactando materiales de tierra en el lugar, por lo que las propiedades de compactación del material (contenido de agua óptimo y densidad seca máxima) son muy importantes para el rendimiento. La compresibilidad y la resistencia al corte también son medidas importantes del material compactado. Además, el drenaje es una consideración importante para evitar la pérdida de resistencia al corte debido a la saturación.

El relleno sanitario es una técnica para la disposición final de los residuos sólidos en el suelo. Esta técnica utiliza principios de ingeniería para confinar los residuos en un área lo más pequeña posible, cubriéndolos diariamente con capas de tierra y compactándolos para reducir su volumen. Además, se anticipa a los problemas que podrían ocasionar los líquidos y gases producidos por la descomposición de la materia orgánica.

El relleno sanitario surgió hace poco menos de un siglo en los Estados Unidos como resultado de experimentos con equipos pesados para compactar y cubrir los desechos; desde entonces, este término se ha utilizado para referirse al sitio en el que primero se depositan los residuos y luego se cubren al final de cada jornada laboral (Jaramillo, 2003).

El uso futuro o “uso final” de un relleno sanitario depende de varios factores: el clima, la ubicación con respecto a la zona urbana, su distancia a las zonas habitadas, la superficie y las características de la construcción. Estas “características constructivas” se refieren a la disposición final del relleno sanitario, la altura y grado de compactación, y también (un factor importante) la capacidad económica de los habitantes del pueblo. El sitio de un relleno sanitario cerrado es ideal para desarrollar programas escénicos y sociales como un parque, un campo deportivo o un área verde.

Aunque, la superficie del relleno sanitario no se recomienda para edificios, casas, escuelas o cualquier otra infraestructura pesada, porque no tiene la capacidad para soportar estructuras pesadas y podría haber problemas por hundimiento y producción de gases, se están implementando técnicas de mejoramiento de suelos para su utilización en estructuras de mayor peso y tamaño.

Las áreas de edificios pequeños o áreas congestionadas donde muchos edificios pequeños o líneas de servicios públicos rodean el sitio presentan dificultades con respecto a la maniobra de grandes equipos de compactación. El relleno adyacente a las estructuras también presenta dificultades, y se debe emplear equipo de apisonamiento manual, con considerable cuidado para asegurar una compactación uniforme.

Muchos rellenos son de espesor variable, especialmente cuando un área se ajardina mediante corte y relleno para obtener un sitio de construcción. En casos similares, se debe prestar atención a las ubicaciones de los edificios con respecto a las líneas de corte y relleno que se cruzan, de modo que se pueda diseñar el tipo adecuado de asentamiento del edificio (el edificio puede actuar como un voladizo, o un extremo tiende a romperse, o como una viga, donde el interior se hunde). La colocación adecuada de acero de refuerzo en las zapatas de la pared (parte superior para acción en voladizo o parte inferior para acción de viga simple) puede ayudar a controlar las grietas en la construcción donde el asentamiento es inevitable; Si es necesario, se pueden proporcionar juntas de construcción en lugares críticos.

El agua subterránea es una consideración importante en la planificación para la construcción de estructuras subterráneas. Si no se controla adecuadamente la filtración de agua subterránea en la excavación, las operaciones de relleno serán extremadamente difíciles. El nivel del agua subterránea debe reducirse lo suficiente (al menos de 0,6 a 0,9 m (2 a 3 pies) para suelos granulares y hasta de 1,6 a 3 m (5 a 10 pies) para suelos de grano fino por debajo del nivel más bajo de relleno) para que se pueda establecer una base firme para el relleno.

Si no se baja el nivel, el movimiento del equipo de acarreo o compactación puede bombear agua filtrada a través del relleno, o las capas iniciales del relleno pueden ser difíciles de compactar debido a una base inestable. Dado que el contenido de agua adecuado del relleno es esencial para lograr una compactación adecuada, es obligatorio evitar la filtración de agua subterránea en la excavación durante las operaciones de relleno. El contratista es generalmente responsable del diseño, instalación y operación del equipo de drenaje. Los esfuerzos inadecuados de drenaje pueden minimizarse mediante la colocación de columnas de grava compactada, la estructura de las columnas de grava drena el exceso de presión intersticial del suelo al mismo tiempo que lo densifica.

Los suelos marginalmente permeables incluyen arenas finas y limos, con coeficientes de permeabilidad en el rango de 10-j- a 10-4-cm/s. Los problemas asociados con tales suelos son condiciones potenciales rápidas (ebullición), licuación y levantamiento por heladas. Respecto a las presas de tierra, el problema de la ebullición es primordial, porque es el inicio de un insidioso proceso de deterioro interno de la presa. Si no se detecta, la ebullición puede progresar a tuberías, derrumbes, techos y eventuales rupturas (un colapso repentino y completo).

Un inconveniente del uso de rellenos hidráulicos es que muy a menudo son susceptibles a la licuación del flujo. La licuación del suelo es más común en suelos jóvenes, que no han sufrido una larga historia de esfuerzos. Es probable que estos suelos están compuestos por capas sedimentadas recientemente, que no son más antiguas que los depósitos de la edad del Holoceno. En este contexto, la juventud de las capas del suelo se acentúa en el relleno hidráulico. En su mayoría, este tipo de relleno se deposita como parte de las operaciones de relleno en un tiempo muy corto, generalmente unos pocos meses (Tarragó, 2021).

La licuación de flujo (o estática) está relacionada con el comportamiento de ablandamiento no drenado. El término licuación de flujo se prefiere a la licuación estática porque este tipo de licuación puede, de hecho, ser desencadenada por cíclicos de carga (Gens, 2019).

La licuación cíclica o la movilidad cíclica resultan del incremento de la presión intersticial del agua durante el proceso de carga cíclico que puede deberse a varios eventos como terremotos, vibraciones o acción de las olas durante tormentas En el caso de la licuación cíclica, el aumento de la presión intersticial puede llevar al suelo a niveles muy bajos de esfuerzos efectivos donde se producen grandes deformaciones. Para conocer más sobre el fenómeno de licuación de suelos te recomiendo leer nuestro blog “¿Qué es la licuación de suelos?”.

La creciente demanda de espacio urbanizable en las zonas urbanas ha creado un mayor interés en la construcción sobre los antiguos vertederos. Los proyectos de redesarrollo de rellenos sanitarios pueden incluir usos duros como instalaciones comerciales, industriales o de infraestructura y usos blandos como campos deportivos, campos de golf y anfiteatros (Bouazza, A., & Kavazanjian, 2001).

Los desafíos de ingeniería asociados con la remodelación de vertederos incluyen el diseño de cimientos y el control de migración de gas de los vertederos. El gran asentamiento total y diferencial a menudo asociado con los vertederos es una parte integral de estos desafíos. Debido al gran potencial de asentamiento, la remodelación de vertederos con cimientos poco profundos generalmente se restringe a estructuras de poca altura de uno o dos pisos con cimientos flotantes.

La construcción de estructuras más altas utilizando cimientos de pilotes generalmente se restringe a vertederos sin un sistema de revestimiento de fondo diseñado. Tanto los sistemas de cimientos profundos como los superficiales deben contar con medidas de protección contra la migración de gases de vertedero. A pesar de los importantes desafíos asociados con el desarrollo posterior al cierre sobre los rellenos sanitarios, los usos duros y blandos de los antiguos rellenos sanitarios se están volviendo cada vez más comunes.

Para evitar problemas asociados a la construcción de rellenos, es importante seguir buenas prácticas y considerar los siguientes aspectos: