5 SOLUCIONES A LOS PROBLEMAS GENERADOS POR AGRIETAMIENTO EN SUELOS BLANDOS

Los geotextiles y geomallas pueden están compuestas de polímeros de polietileno, poliéster y polipropileno. Los tres tipos de mallas de geotextil son tejidos, no tejidos y de punto. Hay dos tipos principales de geomallas: aquellas fabricadas mediante la superposición de perpendiculares o hebras de polímero casi perpendiculares y luego uniendo estas hebras en sus uniones. hasta la fecha, las geomallas fabricadas con el primer método han sido las más utilizadas para aplicaciones de refuerzo de suelos (Bonaparte et al. 1987).

Una de las propiedades ingenieriles más importantes e útiles de los geotextiles y las geomallas es su alta resistencia a la tensión, debido a que la aparición de grietas es provocada por esfuerzos de tensión en el interior del suelo los geotextiles y las geomallas ayudan a detener la propagación vertical del agrietamiento por desecación en suelos blandos y aumentar sus propiedades de resistencia. Sin embargo, no es factible utilizarlas en todas las obras geotécnicas ya que su composición geométrica horizontal hace que se generen planos de falla definidos y es necesario un anclaje para su colocación, por lo que no es recomendable utilizarlos en pendientes pronunciadas.

La aplicación de geotextiles y geomallas para la disminución del agrietamiento es recomendable en estructuras lineales como pavimentos y caminos, plataformas para maquinaria o en cubiertas de vertederos (figura 1). Los geotextiles o geomallas se colocan debajo y/o en capas de relleno compactadas requeridas para soportar cargas pesadas con el fin de reducir la distorsión por corte de la cimentación y/o prevenir la falla por capacidad de carga bajo las cargas aplicadas; además, reduce la propagación de las grietas superiores generadas por desecación.

En el caso de estructuras de pavimentos y caminos el refuerzo está destinado a reducir los movimientos laterales y verticales de agregados y subrasantes causados por las cargas de tráfico. dichos movimientos provocan el agrietamiento de los pavimentos y la degradación progresiva de la capa base de áridos o del balasto ferroviario. algunos tipos de refuerzo de alto módulo de tracción también pueden aumentar la rigidez de la capa base, lo que le permite distribuir mejor las cargas de tráfico sobre el suelo de la subrasante y, por lo tanto, ralentizar la deformación progresiva y la degradación de la subrasante como resultado de la carga repetida

En comparación con los suelos reforzados sistemáticamente, los suelos reforzados con fibra distribuida aleatoriamente presentan algunas ventajas. Principalmente, la preparación de suelo reforzado con fibra distribuida aleatoriamente imita la estabilización del suelo mediante mezcla. Las fibras discretas simplemente se agregan y se mezclan con el suelo, al igual que el cemento, la cal u otros aditivos.

En comparación con los refuerzos geo sintéticos, el refuerzo de fibra se puede usar en un espacio limitado, especialmente para la estabilización de taludes de suelo fallidos (Shukla, 2017). Además, los refuerzos planos tradicionales, como los refuerzos geo sintéticos, cuando se usan en pendientes y otras secciones irregulares similares, necesitan anclaje y excavación en la pendiente, y existe la posibilidad de fallas además de la dificultad en la colocación. El uso de refuerzo de fibra en estas aplicaciones proporciona una solución flexible.

Otra ventaja importante del refuerzo discreto del suelo con fibras sobre el refuerzo de lámina geo sintética convencional (geotextiles y geomallas) es la ausencia de un plano potencial de falla (Maher y Gray, 1990), como se puede observar en la figura 2 Las fibras distribuidas al azar ofrecen isotropía de resistencia y limitan los posibles planos de debilidad que pueden desarrollarse paralelamente al refuerzo orientado (Yetimoglu y Salbas, 2003. Kumar et al., 2006. Maher y Gray, 1990).

Además, el suelo reforzado con fibra exhibe mayor tenacidad y ductilidad y menores pérdidas de resistencia después del pico en comparación con el suelo sin fibra, como lo vimos en las investigaciones recopiladas anteriormente. Adicionalmente, antes de que ocurra la falla se pueden notar grandes deformaciones en las estructuras del suelo reforzadas con fibra debido a las mayores características de extensibilidad, y por lo tanto se pueden tomar fácilmente medidas correctivas adecuadas dentro del tiempo disponible.

Los materiales de fibra tienen un costo competitivo en comparación con otros materiales. La colocación de fibras en el campo se puede hacer utilizando equipos de construcción convencionales. Un mezclador rotativo del tipo usado en la mezcla de cal y tierra puede usarse para mezclar las fibras y puede ser compactado usando métodos estándar de compactación del suelo sin la preocupación de dañar el refuerzo. A demás, a diferencia de la cal, el cemento y otros métodos de estabilización química, la construcción con refuerzo de fibra no se ve afectada significativamente por las condiciones climáticas (Li, 2005).

Hernandez et al. (2022) realizaron pruebas de desecación en una arcilla y observaron un cambio significativo en el patrón de agrietamiento del suelo debido a la presencia de fibras (figura 3). En el suelo no reforzado se forman grietas anchas y largas, mientras que en suelo reforzado la adición de fibras disminuye la apertura de ensanchamiento de grietas, el área agrietada y la propagación de grietas, así mismo, disminuyeren la conectividad de las redes de agrietamiento.

A pesar de que el uso de fibras sintéticas como refuerzo en suelos finos incrementa la resistencia al esfuerzo cortante del suelo y reduce el factor de agrietamiento del suelo, todo esto sucede a grandes deformaciones, por lo que no se recomienda su uso cuando las deformaciones permisibles sean reducidas. Estos sistemas pueden ser utilizado en la protección y reparación superficial de taludes en suelos finos al disminuir su potencial de agrietamiento, aumentar la rigidez y la resistencia al corte. Además, los suelos mezclados con fibras distribuidas al azar se pueden usar en la reparación localizada de taludes con fallas incipientes, ya que se puede acomodar a la forma irregular de las pendientes fallidas (Hernández et al, 2022).

También pueden ser utilizados en estructuras de retención de agua para evitar la tubificación inducida por el incremento de la presión de poro facilitada por el agua vertida mediante grietas superficiales y en cubiertas y revestimiento de vertederos para evitar la infiltración de lixiviados. Finalmente se propone su uso para caminos y pavimentos siempre y cuando se verifique que las deformaciones permisibles son soportadas por las fibras.

Auvinet et al. (2019) ha propuesto una técnica para reparar el agrietamiento causado por hundimiento regional. Las grietas por hundimiento regional se caracterizan por presentar escalones con la parte baja hacia la zona de mayor asentamiento (figura 1) y en la práctica son muy difíciles de controlar (Auvinet, 2017). Para reducir los daños a las edificaciones, servicios públicos y vialidades se debe tomar en cuenta la presencia de las grietas en el diseño. Para muros y bardas ha resultado útil el uso de juntas que permiten el paso libre de la grieta. Sin embargo, estas medidas de mitigación de daños se han implementado en forma empírica y no se han realizado estudios orientados al diseño de estas soluciones. Las medidas de mitigación de los daños ocasionados por la propagación de las grietas deben basarse en soluciones estructurales y geotécnicas robustas. Entre estas últimas se encuentran las basadas en la disipación del escalón en la superficie del terreno para mitigar daños en calles y vialidades.

El concepto principal en la solución propuesta es sustituir superficialmente el terreno natural por material granular, como arena o grava sin finos, que no transmita tensiones y cuyos granos se reacomoden ante el movimiento de la grieta (figura 5). El material granular permite distribuir los desplazamientos verticales diferenciales en una longitud horizontal que aumenta cuando el espesor del relleno granular crece. Es decir, la deformación unitaria en la superficie es menor cuando el espesor del relleno es mayor. Esta solución es aplicada como mitigación a los daños causados por agrietamiento inducido por hundimiento regional, podría no ser factible cuando no se encuentra el material adecuado de relleno, además, debe considerarse que el mantenimiento podría estar condicionado a corto plazo.

El tratamiento con cal transforma químicamente los suelos inestables en materiales utilizables. Adicionalmente, el soporte estructural de los suelos estabilizados con cal puede ser aprovechado en el diseño de pavimentos. La cal puede ser utilizada en el tratamiento de suelos, en varios grados o cantidades, dependiendo del objetivo. Una mínima cantidad de cal para tratamiento se utiliza para secar y modificar temporalmente los suelos. Tal tratamiento produce una plataforma de trabajo para la construcción de caminos temporales. Un mayor grado de tratamiento respaldado por las pruebas, diseño y las técnicas apropiadas de construcción producen la estabilización estructural permanente del suelo (Nacional Lime Association, 2004).

En general, los suelos arcillosos de grano fino (con un mínimo del 25 por ciento que pasa el tamiz 200 -75µm- y un Índice de Plasticidad mayor que 10) se consideran buenos candidatos para la estabilización. Los suelos que contienen cantidades significativas de material orgánico (mayor que 1 por ciento) o sulfatos (mayor que el 0.3 por ciento) pueden requerir cal adicional y/o procedimientos de construcción especiales.

El tratamiento con cal puede mejorar considerablemente la trabajabilidad y la resistencia a corto plazo del suelo, de tal forma que permite que los proyectos puedan ser ejecutados más fácilmente. Los ejemplos incluyen tratamiento de suelos finos o materiales de base granular para construir caminos temporales u otras plataformas de construcción. Típicamente se utiliza del 1 al 4 por ciento de cal en peso con respecto al suelo para la modificación, que es generalmente una menor cantidad que la utilizada para la estabilización permanente de suelos. Los cambios hechos al suelo modificado con cal pueden o no ser permanentes. La diferencia principal entre la modificación y la estabilización es que, con la modificación, generalmente no se le concede ningún crédito estructural a la capa modificada con cal en el diseño de pavimento. La modificación con cal trabaja mejor en suelos arcillosos.

A pesar de que la cal cambia la estructura de algunas arcillas expansivas reduciendo así el agrietamiento de suelos, esto suele estar condicionado por factores climáticos, no funciona adecuadamente para suelos con grandes cantidades de materia orgánica y no proporciona resistencia a la tensión como en las soluciones mencionadas anteriormente.

Este método nos ayuda a controlar diferentes tipos de agrietamiento, las columnas de grava compactadas mediante sistemas Geopier® cambia el comportamiento del suelo fino de no-drenado a drenado, la tasa de deformación se acelera y se puede interpretar como un asentamiento inmediato que se analiza con la teoría de la elasticidad reduciendo además los agrietamientos que pudieran ser inducidos por fracturamiento hidráulico, anomalías estratigráficas y hundimiento regional.

Además, las columnas de grava compactadas mediante sistemas Geopier® aumentan la capacidad de carga de las cimentaciones al mejorar los parámetros de resistencia de los suelos afectados por agrietamiento por desecación u otro tipo. Para los agrietamientos inducidos por anomalías estratigráficas, consolidación regional y estructuras geológicas sepultadas se debe conocer correctamente las propiedades del subsuelo del sitio a mejorar para definir correctamente la profundidad y separación de las columnas de grava.

Los elementos Geopier® se construyen barrenando un volumen de suelo compresible para crear una cavidad, y entonces apisonando agregado selecto en la cavidad en capas finas usando un apisonador biselado patentado (figura 7). La acción del apisonado hace que el agregado se compacte verticalmente y empuje horizontalmente contra el suelo matriz, haciendo que aumente el esfuerzo lateral en el suelo matriz y reduciendo la compresibilidad del suelo matriz entre los elementos. La construcción de los elementos Geopier resulta en una columna de grava densa con una rigidez alta que otorga una rigidez compuesta significativamente aumentada en la zona reforzada Geopier. El uso de grava de granulometría abierta durante la construcción permite el drenaje radial del exceso de presión de agua en los poros hacia los elementos, los cuales actúan como drenes verticales para aumentar la razón de tiempo del asentamiento.