RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CARGA DE PILAS DE GRAVA COMPACTADA

El nuevo proyecto de transporte se ubicará a medio camino entre dos ciudades con un gran crecimiento previsto para los próximos años. Se prevé que las áreas metropolitanas cercanas se conviertan en centros de fabricación y logística y el nuevo proyecto de transporte debía diseñarse para atender a la población en rápido crecimiento de la zona.

Un proyecto tan importante y ambicioso no presentaba las condiciones de suelo ideales para el equipo del proyecto. Debajo de la elevación de la superficie del suelo alrededor de EL +3 m, había una capa de depósitos eólicos que consistían en arenas sueltas a medianamente densas y limos arenosos de muy suaves a blandos con lentes de arcilla hasta aproximadamente 10 m de profundidad, seguidos por depósitos cuaternarios de densidad media a densa, se encontró agua subterránea entre 1 y 5 m de profundidad.

En los documentos del contrato se especificaron cargas estáticas de hasta 1.066 kN, lo que dio como resultado una presión uniforme equivalente de 30 kPa en la parte inferior del nivel de relleno. Fue necesario elevar las pendientes del sitio en 2,1 m, lo que dio como resultado un asentamiento estimado de 50 mm que habría sido excesivo.

El sitio también está situado en una zona sísmicamente activa; y con una magnitud de diseño de Mw 7,5 y aceleraciones máximas del suelo del orden de 0,2 g, se determinó que el sitio era altamente susceptible a la licuefacción. Se previeron importantes asentamientos posteriores a la licuación de hasta 200 mm, con el riesgo de que los desplazamientos post-sísmicos hicieran que el pavimento fuera particularmente vulnerable.

Las especificaciones del proyecto requerían una capacidad de carga permitida mejorada de 150 kPa. Los asentamientos estáticos totales no debían exceder los 50 mm y los asentamientos diferenciales no debían exceder 1/500 de las condiciones de carga de servicio para una losa. Los asentamientos posteriores a la licuación debían controlarse a 25 mm o menos.

Al equipo de diseño le quedó muy claro que se necesitaba un sistema eficaz de mejora del terreno para lograr un rendimiento adecuado de los pavimentos. El sistema necesitaba reducir el tiempo de demora desde la colocación del relleno de elevación de grado y proporcionar control de los asentamientos estáticos y post-sísmicos.

Los elementos de mejora del suelo seleccionados proporcionaron una rigidez superior a las columnas de grava tradicionales y son capaces de densificar en gran medida los suelos granulares entre los elementos. Se han implementado cada vez más a lo largo de los años como una alternativa eficaz de sistema de mejora del suelo para el soporte de una variedad de estructuras y en condiciones de suelo que varían desde muy blando o suelto hasta muy rígido o medianamente denso. Estudios recientes en Nueva Zelanda y Ecuador también han demostrado que los elementos son muy efectivos para densificar in situ suelos de grano grueso y proporcionan una respuesta de rigidez al corte en limos.

El equipo eligió el sistema de pila Impact con un diámetro construido de 600 mm. El sistema presenta una técnica de vibrodesplazamiento para clavar el mandril en el suelo. El sistema de mástil montado, el martillo vibratorio y la cámara de compactación patentada ayudan a impactar una energía de apisonamiento vertical muy alta durante la construcción de la pila para crear pilas de aglomerado altamente densificados. La técnica de desplazamiento es particularmente efectiva para maximizar la densificación en los suelos in situ.

Las pilas fueron diseñadas para penetrar completamente los limos blandos y las arenas sueltas y adentrarse en las arenas subyacentes de densidad suelta a media, con longitudes de eje instaladas que varían de 9 a 12 m en todo el sitio. El espaciamiento de las pilas se seleccionó como 2,6 m entre centros, lo que controlaría los asentamientos estáticos y proporcionaría suficiente densificación y refuerzo para controlar la licuación.

El equipo del proyecto especificó una prueba de carga zonal para verificar el desempeño del diseño de la pila bajo cargas estáticas. La prueba consistió en una zapata de concreto de 7,5 m cuadrados con un espesor de 0,9 m según las especificaciones del equipo de diseño. La zapata debía descansar directamente sobre las pilas y controlarse a 50 mm después de un período de 24 horas con carga de prueba completa. La pila de prueba debía instalarse desde la elevación de la plataforma de prueba, que correspondía a la parte superior de la nueva elevación de relleno.

La prueba de carga de zona se configuró de la siguiente manera:

El movimiento de los cinco puntos de asentamiento se supervisó mediante dos niveles de inspección de precisión. Los niveles se calibraron con un punto de referencia establecido fuera de la zona de prueba antes de cada lectura. Se tomaron lecturas de asentamiento durante un período total de 24 horas después de alcanzar el 100% de carga, de acuerdo con la declaración del método aprobado para la prueba. Se tomaron lecturas adicionales hasta cinco días después del inicio de la carga.

Se registró un asentamiento promedio total del orden de 30 mm (1 m) a partir de la carga de diseño de 150 kPa (22 Psi), y el asentamiento diferencial más grande registrado entre dos puntos de asentamiento fue de 1 cm (12 pulgadas) en 10,4 m (34 pies) de distancia. El diseño de la pila controló con éxito el asentamiento de la prueba de carga de la zona para cumplir con las especificaciones del proyecto.

La consolidación se produjo rápidamente durante la carga de la zapata. Utilizando gráficos de esfuerzos de Boussinesq con profundidad como referencia, la mayoría de las cargas de la zapata probablemente se concentraron en las arenas densificadas a 5 m (16 pies) de profundidad debajo de la zapata. Los asentamientos en la capa de limo fueron, por tanto, mucho menores que en las arenas superiores densificadas. Los autores creen que la alta permeabilidad de las pilas también contribuyó a la rápida consolidación de los sedimentos. La alta permeabilidad de la grava probablemente facilitó el drenaje radial hacia las pilas y proporcionó una vía de drenaje rápida para aliviar el exceso de presiones de poro.

Dada la relativa escasez de pruebas de carga zonal a gran escala en elementos de mejora del terreno, el equipo se propuso calcular los valores del módulo elástico utilizados para el diseño. Los asentamientos se estimaron utilizando un método de módulo elástico compuesto. Este enfoque consiste en sumar el asentamiento estimado en la zona reforzada (la "zona superior") y el asentamiento estimado en la zona de suelo debajo de los fondos de los elementos (la "zona inferior").

La compresión de la zona superior se estima utilizando cálculos de asentamiento convencionales como se muestra en la siguiente ecuación.

Donde q es la presión de apoyo promedio, 1 es el factor de influencia a profundidades dentro de la capa compresible, H es el espesor de la capa compresible y Ecomp es el valor del módulo elástico compuesto dentro de la zona reforzada de la pila agregada. En suelos cohesivos, el módulo restringido equivalente (o Eequ) se puede calcular a partir de relaciones de compresión (Cc) o relaciones de recompresión (Cer), que pertenecen al comportamiento normalmente consolidado y sobreconsolidado de las pruebas de consolidación, respectivamente. Para este fin se puede adoptar la siguiente expresión:

Donde Po' es el esfuerzo vertical efectivo inicial en el centro de la capa y DP es el cambio de presión en el centro de la capa. El valor del módulo elástico compuesto se calcula basándose en un promedio ponderado de los valores del módulo elástico de los elementos de la pila agregada apisonado (Eg) y la matriz del suelo (Em). Los asentamientos dentro de la zona inferior se calculan utilizando métodos de asentamiento geotécnico convencionales.

El análisis de liquidación se subdividió en cinco capas representativas para mayor precisión. El índice de reemplazo de área (Ra) fue del 4,2 % basado en el diámetro de la pila de 0,6 m (2 pies) y el espaciamiento cuadrado de 2,6 m (8,5 pies) entre centros. Las resistencias de punta CPT se utilizaron para obtener el módulo elástico Em del suelo en suelos granulares, mientras que para la zona superior se utilizaron los valores qc posteriores a la instalación. Se estimó que los sedimentos blandos estaban ligeramente sobreconsolidados entre la elevación 0 y -5 m (0 y -16 pies) y normalmente consolidados por debajo de la elevación -5 m (16 pies) después de la colocación de 2,1 m (7 pies) de nuevo relleno. de Cc = 0,2 y una relación de recompresión de Cr = 0,03 se utilizaron en las porciones de carga normalmente consolidadas y sobreconsolidadas, respectivamente. Se adoptó una distribución de esfuerzos de 2:1 (V:H) con la profundidad. Los parámetros y asentamientos para cada capa se resumen en la siguiente tabla: