UTN-Inyección de Suelos

5/28/2018 UTN-Inyeccin de Suelos

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UNIVERSIDADTECNOLGICA

NACIONALFACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES

CTEDRA DE CIMENTACIONES

INYECCINDESUELOS

ELABOR :

ELIANA C.CARLUCCIO ENERO 2005


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CATEDRA DE CIM ENTACIONES

INYECCIN DE SUELOS

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INTRODUCCIN RESEA HISTRICA DEL NACIMIENTO DE LAS INYECCIONES COMO TRATAMIENTO USOS DE LAS INYECCIONES MEDIOS INYECTABLES ENSAYOS QUE PERMITEN CARACTERIZAR EL MATERIAL A INYECTAR

Ensayo Lugeon Ensayo Lefranc

CLASIFICACIN DE LAS INYECCIONES Inyecciones de Consolidacin Inyecciones de Impermeabilizacin

MTODO DE EJECUCIN DE LAS INYECCIONES Inyeccin por tramos

TCNICAS DE INYECCIN Inyecciones por Impregnacin y Rotura Inyeccin por Compactacin Inyeccin por Fracturacin Hidrulica Inyeccin por Reemplazo ( Jet Grouting )

Diferentes sistemas Caractersticas Rangos de aplicacin

Aplicaciones Ejemplos de proyectos reales Inyeccin de Productos Qumicos

METODOLOGA DE INYECCIN Tubo Manguitos

LMITE DE INYECTABILIDAD Criterios Basados en la Granulometra del Terreno Criterios Basados en la Permeabilidad del Terreno Criterio de Mitchel Conclusiones obtenidas en Terzaghi Dam

MATERIALES INYECTABLES Morteros Inestables

Morteros de Cemento Morteros Rebajados

Morteros Estables Morteros de Cemento Bentonita Morteros de Cemento Silicato Morteros de Cemento Bentonita Silicato Morteros de Cemento Activado Morteros Inyectables Morteros de Arcilla Tratada Morteros de Aceite Bentonita Geles de Arcilla Morteros de Arcilla Cemento Dosificaciones de morteros estables


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Morteros Lquidos a base de Productos Qumicos Geles Duros de Silicato de Sodio y Resinas Orgnicas Geles Plsticos a base de Silicato de Sodio y Bentonita Defloculada.

PRESIN DE INYECCIN Y DE RECHAZO DE UN MORTERO Resurgencias Contrapresin

CONTROL DE LAS INYECCIONES Medios Locales de Control Control Global de la Calidad del Tratamiento Efectividad de los Tratamientos de Inyeccin en Aluviones

EJEMPLOS PRACTICOS DEL USO DE INYECCIONES


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INTRODUCCIN

Las inyecciones son procedimientos que se aplican al subsuelo, mediante los cuales se introduce en los

poros o fisuras del medio a tratar un producto liquido (conocido como mortero o lechada de inyeccin),que se solidifica adquiriendo resistencias determinadas a travs del tiempo.El objetivo bsico de este tratamiento es el de impermeabilizar o fortificar los macizos porosos tales comosuelos granulares (gravas y arena), rocas fisuradas o fundaciones defectuosas, incrementando de estemodo las propiedades mecnicas de los mismos.Es importante saber identificar qu medios se pueden utilizar para remediar la naturaleza de los terrenos ytambin determinar cuales son los factores que intervienen para fijar las condiciones de empleo de lasinyecciones.Una inyeccin no se hace simplemente bombeando un mortero, el comportamiento del terreno es a vecesimpredecible debido a sus heterogeneidades; por ello es necesario, casi siempre, ver lo que ocurre alcomienzo de la inyeccin para adoptar el mtodo correspondiente.

RESEA HISTRICA DEL NACIMIENTO DE LAS INYECCIONES COMO TRATAMIENTO

La inyeccin de suelos es en el presente un procedimiento de construccin reconocido por todos losingenieros. Sin embargo no data de muy antiguo, ya que sus comienzos se fijan en Francia a principiosdel siglo XIX.Su inventor fue Brigny en 1802, quien inyect con xito morteros de cemento, eventualmente asociadoscon puzolanas.Sin embargo, en sus comienzos no se pretenda ms que rellenar grandes oquedades inyectando casinicamente morteros lquidos por gravedad.

Poco a poco fueron perfeccionndose los mtodos de inyeccin y los morteros utilizados, pero el mayorimpulso de las inyecciones data de 1920 1930, poca en que la construccin de ferrocarriles dio paso ala de grandes obras hidrulicas.

USOS DE LAS INYECCIONES

Algunos de los usos de las inyecciones son:

Impermeabilizar cierto volumen de suelo debajo o alrededor de una estructura. Densificar los suelos de fundacin para aumentar la resistencia a rotura y reducir la compresibilidad. Rellenar grietas para prevenir asentamientos excesivos. Controlar el movimiento del suelo durante el proceso de ejecucin de un tnel. Estabilizar arenas y aluviones gruesos. Apoyo de fundaciones. Estabilizacin de laderas. Control del cambio de volumen de suelos expansivos.

MEDIOS INYECTABLES

El estudio de los medios inyectables se aplica a:


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Macizos rocosos fisurados (considera las fisuras como canales) Macizos granulares porosos (cuyos poros son muy distintos en tamao)

En la inyeccin clsica de materiales granulares o rocas fisuradas se hace penetrar la lechada a presin atravs de los huecos a tratar. En los macizos rocosos, las fisuras pueden considerarse de abertura

prcticamente constante; mientras que en los suelos, los poros son muy desiguales.Evidentemente las lechadas de inyeccin y los mtodos de rellenamiento sern particulares en cada caso.Las fisuras de los macizos rocosos se rellenan por colmatacin hidrulica, con un mortero de cemento yagua, mientras que el relleno de los huecos o poros de un aluvin se produce por impregnacin y roturadel macizo.

ENSAYOS QUE PERMITEN CARACTERIZAR EL MATERIAL A INYECTAR

Ensayo Lugeon (1936):

Es un ensayo de absorcin in situ, que se ejecuta en las rocas fisuradas y tiene por objeto proporcionaruna idea aproximada de su permeabilidad. Consiste en inyectar agua a presin mediante una bomba ymedir el caudal que escurre por las fisuras del macizo rocoso.El procedimiento de realizacin es el siguiente:

Se lleva a cabo una perforacin en el macizo a ensayar, en carreras de unos 5 metrosaproximadamente.

Para aislar el tramo a ensayar se utiliza un obturador de goma o packer que por compresin seexpande. El fondo del pozo acta como segundo obturador. Luego se inyecta agua a presin con una bomba.

Se dispone un manmetro en la boca del pozo, un caudalmetro (contador de agua) y una vlvula dedescarga, que permiten medir los caudales inyectados a una presin dada.

Fig. 1(segn H. Cambefort 1968): Principio en que se basan los Ensayos Lugeon


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La gama de presiones a aplicar depende del estado de fisuracin del macizo rocoso. Se comienzaaplicando en escalones ascendentes en este orden: 2,5 5,0 7,5 10 kg/cm2. Cuando se alcanza la

presin mxima de 10 kg/cm2 se procede a aplicar decrementos de presin. Cada escaln de presin

constante se mantiene durante un lapso de cinco o diez minutos, durante los cuales se mide con elcaudalmetro el caudal inyectado.

La comparacin de los resultados obtenidos con presiones crecientes y decrecientes es muy til paracaracterizar el comportamiento del suelo.Se denomina unidad Lugeon cuando en el tramo ensayado (de 5 m de longitud) escurren 1 litro xmetro perforado en un minuto para una presin de inyeccin de 10 kg/cm2. Por lo tanto, se calculael valor de absorcin, en unidades Lugeon, dividiendo el gasto correspondiente a una presin de 10kg/cm2(expresado en l/min), por la longitud del tramo ensayado (expresada en metros).

En la prctica, se suelen trazar, para distintos tramos, curvas de caudales de absorcin, en funcin de la

presin de inyeccin. Es conveniente trazar stos diagramas a medida que progresa la prueba para irobservando las particularidades de la curva obtenida.La forma de las curvas gasto-presin es muy variable y depende principalmente de las caractersticas defisuracin de la masa, es decir, distribucin y espesor de las fisuras, y tipo de relleno de stas. Alaumentar la presin de inyeccin, se puede observar que la variacin del gasto no es lineal, salvo encontados casos.Es frecuente observar seudo discontinuidades en las curvas gasto-presin, las cuales pueden atribuise a laabertura y cierre reversible de las fisuras que provocan una variacin no lineal del gasto con la presin deinyeccin.Un ejemplo de curvas gasto presin se da en la figura 2. En a) la circulacin se realiza en un medioconsiderado elstico; mientras que en b) se aprecia que las fisuras no vuelven a su espesor inicial, por lotanto la deformacin se considera plstica.

En macizos cuyas permeabilidades sean inferiores de 1 a 3 unidades Lugeon, es posible que sea

innecesaria su inyeccin.

Caudal

Presin

Presin

Caudal

a) b)

Fig. 2: Formas tpicas del diagrama gasto-presin del ensayo Lugeon


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Ensayo Lefranc (aplicable a suelos granulares)

Este ensayo consiste en realizar una cavidad de forma ms o menos determinada, en la base de unentubado estanco, tal como puede observarse en la figura 3. A continuacin se procede a inyectar agua

dentro del tubo, con lo cual se provoca un desnivel H respecto al nivel piezomtrico.Es recomendable que la carga de la prueba se limite a valores del orden de los 5 a 10 metros comomximo.El caudal que ingresa a la cavidad en m3/seg estar dada por:

Q = C x K x H

En donde C (en metros) es un coeficiente que depende de las dimensiones y forma de la cavidad filtrante,K (en m/seg) es el coeficiente de permeabilidad, y H (en metros) es el desnivel en la altura del agua.

Tal como puede apreciarse en la figura 4:

Para una cavidad considerada esfrica: C = 4 r0 Si la cavidad es planar o discoidal tal como el fondo de un encamisado: C = 5.7 r0

Si la cavidad es un cilindro o filtro cilndrico resulta: C = 2

aln (a/r0)

Nivel piezomtrico

Cavidad

Entubado

H

Nivel piezomtrico

Trpano

Bomba

Depsito

Caudalmetro

Fig. 3: Principio en que se basan los Ensayos Lefranc.


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Este ensayo proporciona un valor puntual de la permeabilidad del suelo en las inmediaciones de lacavidad; y sus resultados pueden ser no confiables porque no es posible conocer con exactitud cual es laforma de la cavidad.A menudo la cavidad se recubre de una pelcula de suelo y la permeabilidad calculada es menor que lareal.

CLASIFICACIN DE LAS INYECCIONES

Las inyecciones pueden clasificarse segn su aplicacin en:

Inyecciones de consolidacin Inyecciones de impermeabilizacinInyecciones de Consolidacin

La consolidacin de rocas muy fracturadas o terrenos no cohesivos puede hacerse mediante la aplicacinde inyecciones, mientras que no es posible su aplicacin para mejorar la resistencia natural de una arcillao de un limo, ya que la permeabilidad de stos es demasiado pequea para permitir la introduccin de unmortero.

ro

ro Filtro

ro

a

Fig. 4: Diferentes formas de cavidades en un Ensayo Lefranc


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Inyectando mezclas generalmente de cemento y agua en perforaciones realizadas a tal efecto, puedenllenarse los espacios existentes entre diaclasas u otras oquedades y homogeneizar el macizo rocoso.Cuando la permeabilidad es baja pueden utilizarse mezclas ms penetrantes tales como geles de silicato yresinas.

Las dosificaciones de las mezclas varan notablemente, por ejemplo desde una proporcin agua/cementode 20:1 a 1:1.Las presiones de inyeccin son variables dependiendo de las caractersticas de los macizos, pero en ordende magnitud podra establecerse para un macizo rocoso, una presin de 20 kg/cm2.

Inyecciones de Impermeabilizacin

Las inyecciones de impermeabilizacin tienen como finalidad disminuir las filtraciones a travs de lossuelos, aumentando de esta forma la seguridad del conjunto y disminuyendo la erosin interna.Son muy utilizadas en presas, para la formacin de una pantalla o cortina estanca, que disminuye lafiltracin de agua a travs de la misma.

Esta disminucin de flujo se logra a expensas del aumento de la prdida de carga que se produce en lacortina.

MTODOS DE EJECUCIN DE LAS INYECCIONES

Inyeccin por Tramos:

En ste mtodo, la inyeccin del mortero se hace por tramos de unos 5 m de longitud aproximadamente.Cada tramo est limitado en su parte superior por un obturador y en su parte inferior por el fondo de la

perforacin.A su vez la inyeccin por tramos puede hacerse de dos maneras:

Descendente Ascendente

Fig. 5(segn H. Cambefort 1968): Inyeccin de una perforacin por tramos

Descendente

Ascendente


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Como su nombre lo indica la inyeccin descendente se realiza despus de ejecutada la perforacin decada tramo. Una vez terminada la inyeccin se vuelve a perforar el tramo inyectado y luego se taladra eltramo siguiente. La inyeccin progresa por lo tanto desde arriba hacia abajo tal como puede apreciarse enla figura 5a.

Si despus de haber efectuado la perforacin en toda su altura se comienza por inyectar el tramo msprofundo, y despus sucesivamente los tramos superiores, la inyeccin es ascendente (figura 5b).

TCNICAS DE INYECCIN

Actualmente son utilizados los siguientes mtodos de inyeccin:

Soil Fracture Grouting (Inyeccin por Impregnacin y Rotura) Compaction Grouting (Inyeccin por Compactacin) Inyeccin por Encapsulado o por Fracturas Hidralicas Jet Grouting (Inyeccin por Reemplazo) Permeation Grouting (Inyeccin de Productos Qumicos)

La inyeccin de productos qumicos y por encapsulado son mtodos de baja presin, mientras que el jetgrouting, la inyeccin por impregnacin y rotura; y la inyeccin por compactacin son mtodos de alta

presin.

Inyeccin por impregnacin y rotura:

Al comienzo de una inyeccin, la lechada impregna los materiales muy permeables, pero al cabo de ciertotiempo esta circulacin origina una gran prdida de carga, ya sea por excesiva longitud del recorrido o porel fraguado del mortero. Permaneciendo casi constante el caudal de la bomba de inyeccin, la presinaumenta en el taladro hasta alcanzar el valor necesario para la inyeccin de las capas menos permeables.Si esta nueva presin es demasiado fuerte, aparecen roturas.Es por lo tanto tericamente posible realizar inyecciones sin roturas. Es suficiente con utilizar morterosmuy fluidos y caudales de inyeccin muy pequeos para que la presin en la perforacin no alcance

jams la presin de rotura. Pero este modo de operar es imposible cuando el terreno es heterogneo, yaque no se conoce nunca suficientemente la heterogeneidad como para fijar la fluidez del mortero, sutiempo de fraguado y el caudal de inyeccin. No hay ms remedio entonces que aceptar las roturas.

La inyeccin por impregnacin nicamente es una situacin idealque no se alcanza totalmente ni anen aluviones, ya que es extremadamente difcil introducir una lechada sin que se produzcan roturas.Obviamente cuando el tamao de los huecos no es compatible con el tamao de los granos inyectados, lainyeccin a presin produce roturas o lenguas de material que actan como un gato hidrulico. Es decirque el mecanismo real es indudablemente por impregnacin y rotura.En la figura 6 puede observarse un aluvin de estructura abierta, donde se aprecia en la parte superior dela fotografa una capa delgada de estructura cerrada.


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Bajo el efecto de la presin de inyeccin se producen en el suelo fisuras que dan lugar a la creacin devenas fluidas de recorrido sinuoso, que transportan una suspensin de granos de diversos tamaos.Como puede verse en la figura 7a, si la mezcla tiene una viscosidad correcta y es estable, vaincorporando en los vacos del suelo circundante, partculas suspendidas en la lechada, producindose lacolmatacin, permaneciendo dicha situacin hasta que las prdidas de carga detienen la circulacin.Bajo un nuevo impulso de presin, vuelve a repetirse el mismo mecanismo con otra orientacin.

El resultado es una serie de roturas mnimas e impregnaciones mximas que constituyen un frente deinyeccin.Si en cambio, la viscosidad y la estabilidad no son las adecuadas (figura 7b), se producirn grietas orompimientos iniciales seguidos de la formacin de venas, que requerirn una fuerte carga para poderdesplazarse. Esto dar origen a que se vaya deteniendo el avance, producindose una deshidratacin y unfrente densificado en partculas, que no penetra en absoluto, formndose as una veta de inyeccin.Dicho de otra manera habr impregnaciones mnimas, roturas mximas y fugas con el consiguientedesperdicio de material.

Fig. 6(segn H. Cambefort 1968): Estructura interna de un aluvin


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Inyeccin por Compactacin:

Es una inyeccin por desplazamiento del suelo, sin penetracin en absoluto. Una mezcla muy firme

expande una cavidad originada por un taladro y a su vez densifica el suelo circundante.Se aplica a la restauracin de la capacidad de carga en suelos sueltos o compresibles.La inyeccin por compactacin ha sido utilizada en numerosos proyectos para remediar la densificacinde los suelos de la fundacin antes de la construccin y para prevenir asentamientos en la ejecucin detneles a travs de suelos blandos, mediante la inyeccin de un mortero de suelo-cemento muy firme

para desplazar y compactar el suelo.El control de la consistencia de la lechada es esencial para el xito de las operaciones.

Vena lquida (impregnacin mxima) Veta de inyeccin (impregnacin nula)

Impregnacin

Deshidratacin

Veta de inyeccin

Lmite deimpregnacin

Vena lquida con impregnacin mxima

a)VISCOSIDAD Y ESTABILIDAD ADECUADAS b) VISCOS IDAD Y ESTABILIDAD INADECUADAS

Fig. 7(segn III Congreso Panamericano, Caracas 1967): Mecnica de la inyeccin

Le c ha da de m uy a l t av iscoc idad

Sue lo dens i f icado

Fig. 8: Inyeccin por compactacin


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Una mezcla de inyecciones por compactacin puede asimilarse en su viscosidad a una pasta dentfrica, loque requiere de bombas de baja velocidad y alta presin de inyeccin.

Inyeccin por Fracturacin Hidrulica:

La lechada entra en las fisuras naturales del suelo, o produce una serie de fracturas hidrulicas que serellenan con mortero y rodean a los fragmentos (clastos); o simplemente se extienden como venascementicias que al fraguar producen un conjunto suelo fractura muy resistente.

Inyeccin por Reemplazo (Jet Grouting)

Es una tcnica que mejora las caractersticas mecnicas y el comportamiento hidrulico del terreno.Consiste en la inyeccin de un material consolidante, a muy alta velocidad a travs de una o ms

boquillas de dimetro muy pequeo, lo cual permite obtener un tratamiento homogneo y continuo delterreno, destruyendo su estructura primitiva y creando un verdadero elemento estructural concaractersticas determinadas en funcin del terreno de origen.El mtodo es utilizable para tratar una gama de terrenos muy amplia desde gravas hasta arcillas.Su ejecucin, tal como puede apreciarse en la figura 10,se realiza de la siguiente manera:

Fig. 9 (Foundation Engineering, 1991):In eccin or fracturacin hidrulica

Fi . 10: Procedimiento constructivo


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1) Fase de perforacin por rotacin: se perfora el terreno a tratar con un sistema a rotopercucin opor simple rotacin con elementos de corte adecuado (trpanos)

2) Fin de la perforacin: llegando a la cota establecida como final de la perforacin se comienza conel proceso de inyeccin.

3) Inicio del proceso: se inyecta la lechada a alta presin (mediante bombas) a travs de las toberas,lo cual produce una elevada energa cintica que ocasiona el corte y amasado del terrenocircundante (ver figura 11). Al producirse la mezcla de la lechada con el terreno, quedanmodificadas la estructura y las propiedades mecnicas del primitivo terreno natural. Las presionesde inyeccin no son inferiores a 150 kg/cm2

4) Elevacin y rotacin a velocidad preestablecida: se va ascendiendo al mismo tiempo que elelemento va rotando y provocando la inyeccin.

5) Terminacin y repeticin del proceso: se llega hasta la superficie con la columna en cuestin y secomienza con la siguiente repitiendo nuevamente el proceso.

Diferentes Sistemas del Jet Grouting:

Es posible inyectar lechada sola (Jet 1), lechada con aire comprimido (Jet 2) o lechada con airecomprimido y agua a presin (Jet 3).

Jet 1: Fluido SimpleEs el sistema ms simple, en el cual se inyecta lechada de cemento a travs de una pequea tobera a alta

presin, producindose una mezcla con el suelo in situ.ste sistema produce un verdadero y homogneo suelo cemento, con la ms alta resistencia y el menordesperdicio de lechada.

Fig. 11: Fotografa de una tobera de Inyeccin


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Jet 2: Fluido DobleEl segundo fluido que se emplea en este sistema es el aire. La lechada se inyecta a una presin ms baja y

es ayudada por un cono de aire comprimido que cubre la lechada de inyeccin.El aire reduce la friccin, permitiendo a la lechada de cemento desplazarse a una mayor distancia desde elinyector, con lo cual se logran columnas de inyeccin ms grandes que con el Jet 1.

Jet 3: Fluido TripleEl tercer fluido empleado en ste sistema es el agua. La misma se inyecta a alta presin mediante la ayudade un cono de aire comprimido que la rodea (ver figura 12)ste proceso produce un efecto de levantamiento de aire, el cual empuja el suelo circundante, provocandosu corrimiento y ocasionando de este modo un vaco en forma de columna alrededor del inyector.Mientras tanto, por otra tobera colocada por debajo de la anterior, se inyecta la lechada de cemento, con

lo cual se llena el vaco creado por el efecto del proceso del levantamiento del aire.El Jet 3 a diferencia del Jet 1 y del Jet 2, no es un procedimiento de mezcla in situ del suelo, sino que esun sistema de reemplazo del mismo.

Fig. 13: Resultados del mtodo segn tipo de suelo

Tipo de SueloDimetro de la

Columna InyectadaResistencia del Suelo

Inyectado

Arena y Grava 2a 3(hasta 3.5) 1000 a 3000 psiJet 1

Arcilla 2a 3 250 a 1000 psi

Arena y Grava 3a 6(hasta 10) 500 a 2000 psiJet 2

Arcilla 3a 5 150 a 1000 psiArena y Grava 5a 8 500 a 1500 psi

Jet 3

Arcilla 3a 6 150 a 750 psi

Fig. 12: Esquema Jet 3

Aire comprimido (5 atm)Agua (400 atm)Aire Comprimido (5 atm)

Mezcla ara in eccin 50 atm


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Jet 1 Jet 2 Jet 3Parmetros del JetGrouting

Min Max Min Max Min Max

Presin de inyeccin delmortero (Kg/cm2)

200 600 300 600 30 70

Presin de inyeccin delaire comprimido (kg/cm2)

- - 6 12 6 12

Presin de inyeccin deagua (kg/cm2)

- - - - 200 500

Dimetro de la tobera deinyeccin del mortero (mm)

1.5 3 1.5 3 4 8

Dimetro de la tobera de

inyeccin de agua (mm)

- - - - 1.5 3

Dimetro de la tobera deinyeccin de aire (mm)

- - 1 2 1 2

Velocidad de rotacin (rpm) 10 25 5 10 5 10

Velocidad de retirada(cm/min)

10 50 7 30 5 30

Fig. 14: Parmetros del Jet Grouting

Caractersticas del Jet Grouting:

Las caractersticas principales de este mtodo se mencionan a continuacin (ver figuras 15 y 16):

Permite formar columnas de suelo mejorado con inyeccin, mediante la introduccin a alta velocidadde un material consolidante (normalmente, lechada de cemento) a travs de unos pequeos orificiosdenominados toberas. Esa velocidad se consigue mediante una alta presin de bombeo.

El dimetro y la resistencia de las columnas dependen del mtodo de ejecucin y de las caractersticasdel terreno. En general, el Jet 1 produce columnas de menor dimetro y mayor resistencia.

Muy adecuado para el recalce de estructuras, sin alterar significativamente el comportamiento de lacimentacin original.

Utilizable para la creacin de muros de contencin y estanqueidad. Permite mejorar la estanqueidad en pantallas discontinuas, de pilotes o micropilotes. Las columnas pueden armarse mediante barras de acero, mejorando su resistencia a flexin


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Fig. 15: Conformacin de Muro de estanqueidad

Fig. 16:Columnas de Inyeccin


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Rangos de aplicacin del Jet Grouting

Tal como puede apreciarse en la figura 17, la tcnica del Jet Grouting es aplicable, en general, para todo

tipo de tamao de partculas:

Aplicaciones del Jet Grouting: (Ver figura 18)

Dentro de sus aplicaciones es posible mencionar:

Consolidaciones de terrenos para excavacin de tneles, pozos, ejecucin de taludes, etc. Recimentacin de edificios y estructuras en general. Muros de sostenimiento. Pantallas impermeables. Tapones de fondo en recintos estancos.

Fig 17: Rango de aplicacin del Jet Grouting segn tamao de partculas del suelo a inyectar

GRAVA ARENA LIMO ARCILLA

Jet Grouting

Lechadade

cemento

Inyeccin porcompactacin

Tamao de Partculas (mm)

Lechada

Qumica% quepasa


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Columna deinyeccin

Estructura

Columna deinyeccin

Mejora de la capa de apoyo para pilotes existentes

Disminucin de asentamientos del

suelo bajo la estructura

Columnainyectada

Tablestaca

Columnainyectada

Retensinflexible

Codal

Columnainyectada

Mejora la capacidad de carga de pilotes

Previene el levantamiento del fondo de excavaciones

Mejora la estabilidad del suelo de las laderas Mejora la estabilidad del fondo excavado

Fig. 18:Aplicaciones del Jet Grouting


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Ejemplos de Proyectos reales concretados empleando Jet Grouting

Montaje de un ajn hidrulico en Cesena, ItaliaComo puede apreciarse en la figura 19, el trabajo consiste en dar sustentacin a un cajn y al mismotiempo procurar la consolidacin del suelo que lo rodea.El proyecto por lo tanto involucra dos tipos de tareas, por un lado lograr la consolidacin del suelocircundante al cajn mediante el uso de columnas del tipo Jet 3 (ver pgina 12), hasta una profundidad de

13 m; y por el otro generar una plataforma base para apoyar el cajn, tambin empleando columnas deltipo Jet 3 hasta los 23,40 m de profundidad.

-1.00 m

NIVEL DE AGUA

Fig. 19:Montaje cajn hidrulico


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Camino del colector cloacal primario en Ostia (Figura 20)El proyecto se bas en lograr la consolidacin de las formaciones de suelo sobre las cuales se apoyara

posteriormente el colector cloacal principal de la Ciudad de Ostia, el cual est constituido en hormign ysu dimetro es de 1,40 m.Las juntas entre los distintos segmentos del conducto se materializaron por encastre, de modo querequieren una base de apoyo lo suficientemente rgida. Es por ello que se procur lograr la consolidacindel estrato que se encuentra por debajo del conducto, cuyo espesor promedio es de 2,50 m y se encuentraconstituido por limos arenosos con caractersticas mecnicas extremadamente bajas.Para lograr la consolidacin se emplearon columnas de 0,80 m de dimetro del tipo Jet 1 (ver pgina 11)

Inyeccin con Productos Qumicos

Esta tcnica es aplicable a los suelos de pequeo tamao de huecos. Consiste en la incorporacin desoluciones que comunmente estn basadas en silicato de sodio y un reactivo que tambin es una sal desodio (pirofosfato de sodio), constituyendo los denominados geles blandos.Pueden usarse reactivos orgnicos como el acetato de etilo, constituyendo un gel duro.

Fig. 20:Colector Principal en Ostia

Zona sin tratamiento

rea

tratada

PLANTA


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METODOLOGA DE INYECCIN

Tubo Manguitos

El procedimiento de inyeccin mediante la utilizacin del tubo manguito (patentado por la SociedadSOLTANCHE), se desarrolla del siguiente modo:Luego de haber ejecutado la perforacin y de realizar el encamisado de la misma, se introduce en toda su

profundidad un tubo de 50 a 60 mm de dimetro aproximado, perforado a distancias iguales, tal comopuede apreciarse en la figura 21. Estos agujeros suelen estar hechos en grupos de tres por cada metro delongitud. Cada grupo est recubierto por un trozo de tubo de caucho que acta como vlvula y que sedenomina manguito.

De esta manera, el mortero de la inyeccin puede salir del tubo, pero no entrar en l.Mientras se procede al alzamiento de la camisa, se rellena un espacio anular comprendido entre sta y eltubo manguito, con una mezcla de cemento-arcilla, comnmente denominada vaina.Una vez fraguado este mortero, constituye un recubrimiento ms o menos espeso que facilita laadherencia entre el tubo manguito y el terreno.Para que la inyeccin pueda realizarse, tiene que romperse la vaina (mezcla cemento arcilla), en la parteque corresponde a los manguitos. Esta operacin se hace con una inyeccin de agua o de mortero a

presin, localizada en el tramo de tubo con manguitos determinado por dos obturadores opuestos.Las presiones de rotura pueden ser desde unos pocoskg/cm2hasta ms de 60 kg/cm2. Esas presiones de

rotura dependen del estado en que se encuentren las paredes de la perforacin; de la composicin delmortero de recubrimiento o de la elasticidad del terreno.

Fig. 21 (segn H. Cambefort 1968):Esquema del sistema de inyeccin con Tubo Manguito


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La inyeccin de los morteros se hace exactamente siguiendo el mismo proceso que el que ha servido pararomper el recubrimiento, es decir, cuando est detenido el doble obturador a la altura de un manguito, seenva el mortero de inyeccin con el inyector.Los obturadores que se utilizan pueden verse en la figura 22.

Gracias a este dispositivo, la inyeccin puede comenzarse por el tramo que se desee.Suele tener inters comenzar por los medios ms permeables, una vez obturados stos, los morteros quese inyecten en las capas prximas de granulometra ms fina no podrn aprovechar los niveles permeables

para progresar hacia delante.Por el contrario, si el reconocimiento previo ha comprobado la existencia de capas de granulometraclaramente diferente, con este procedimiento es fcil adaptar el mortero a la granulometra de la capa quese quiere inyectar. Por ejemplo, se podr inyectar un mortero de arcilla-cemento en las formaciones msgruesas y gel de slice en las arenas finas que no pueden inyectarse con arcilla-cemento.En resumen, este mtodo permite realizar una inyeccin correcta y relativamente econmica a gran

profundidad, por ejemplo 100 m, y adems volver sobre cualquier punto de la pantalla para finalizar unaimpermeabilizacin que fuera insuficiente o estuviera sin terminar.

Fig. 22(segn H. Cambefort 1968): Esquema del Doble obturador


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LMITE DE INYECTABILIDAD

Es importante precisar la composicin de lechada que se puede inyectar en cada tipo de aluvin. Tieneque existir determinada relacin entre las dimensiones de los granos del mortero y el medio a inyectar

para que sea posible la inyeccin, al menos por impregnacin y roturas.

Criterios basados en la Granulometra

Debe aplicarse un criterio de inyectabilidad que permita relacionar los tamaos de las partculas delmaterial a inyectar con el tamao de las partculas que conforman el mortero de inyeccin.

Numerosos investigadores han tratado de determinar esta relacin haciendo penetrar los morteros enesqueletos de granulometra diferente, colocados en tubos rgidos, exactamente como para un ensayo de

permeabilidad. Han elegido como criterio la granulometra del medio a inyectar respecto a la delmortero, pero un medio de granulometra determinada puede tener huecos de dimensiones ms o menosgrandes segn el grado de compactacin. Por lo tanto este criterio no resulta satisfactorio, y adems, elensayo de inyeccin no es representativo porque no tiene en cuenta la elasticidad natural del macizoinyectado. Sin embargo, da una idea de las posibilidades de cada clase de mortero de inyeccin.

1 Perforacin y encamisado2 Colocacin del tubo manguito

3 Colocacin de la vaina entre el tubo manguito y la camisa4 Inyeccin por tramos entre el doble obturador

Fig. 23(segn Foundation Engineering, 1991): Secuencia de ejecucin de la inyeccinutilizando el sistema del Tubo Manguito


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Criterios basados en la permeabilidad

Si se quiere encontrar un criterio ms lgico que el basado en la granulometra, es preciso determinar ladimensin de huecos del esqueleto y compararla con la dimensin de granos del mortero.Puede obtenerse de esta manera un criterio de inyectabilidad a partir de la permeabilidad de los mediosinyectados, sin duda ms moderno y eficiente que el criterio granulomtrico.La ventaja que presenta la eleccin del coeficiente de permeabilidad para fijar el lmite de penetrabilidades evidente. Resulta muy difcil comparar curvas granulomtricas incluso prximas, mientras que es muysencillo comparar coeficientes de permeabilidad. Adems sta puede calcularse in situ, mientras que lagranulometra hace abstraccin absoluta del grado de compacidad del medio.A pesar de la imprecisin con que se obtienen los valores del coeficiente de permeabilidad, este mtodoes sin duda mucho mejor que el anterior.

Se expone el criterio en la figura 25, donde pueden verse las conclusiones obtenidas:

2- arcilla-cemento

3- arcilla5- gel de slice6- emulsin de betn-resina

Fig. 24(segn H. Cambefort, 1968): Lmites de permeabilidad de los morteros basados en lagranulometra del terreno.

LIMO


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Criterio de Mitchel

Dentro de los criterios granulomtricos expuestos por los diferentes autores, es importante destacarparticularmente el Criterio de Mitchel, por ser ste el ms moderno (1981):

Para suelos granulares:

Si N > 24 la inyeccin es perfectamente viableN = D15 suelo

D85 lechada Si N < 11 la inyeccin no es posible

Si N > 11 la inyeccin es perfectamente viableNc = D10 suelo


Para Rocas:

Si N > 5 la inyeccin es perfectamente viableNR= Ancho de fisura


10E-6 10E-5 10E-4 10E-3 10E-2 10E-1 1

Coeficiente de permeabilidad del estrato K (m/s)

0.1

1

10

100

1000

Dimetromediodelosgranosd

e

lechadaenmicras

Resinas Orgnicas(Lmite correspondiente a lascondiciones normales de inyeccin)

Gel de silicato muy diluido. Emulsiones de betn.(Lmite correspondiente a las condicionesnormales de inyeccin)

Gel semiduro de silicato de sodio. Lignocromos

Gel duro de silicato de sodio. Bentonita desfloculada

Arcilla - cemento

Cemento

Fig. 25: Lmite de penetrabilidad de los morteros basados en la permeabilidad de los terrenos


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Conclusiones obtenidas en Terzaghi Dam

El conocimiento fundamental que se necesita para disear una cortina de inyecciones deimpermeabilizacin, fue adquirido por Terzaghi a travs del resultado de dos pruebas de inyeccin a gran

escala. Una de ellas practicada en 1955 en la Presa Serre Poncon, en el valle del Rio Durance en laparte sur de Francia; y la otra realizada en 1956 en el Rio Nilo, en la Presa High Aswan. mbas dejaronlas mismas conclusiones generales:

Si el coeficiente de permeabilidad inicial k del aluvin es k > 10-2cm/s, lechadas apropiadas decemento arcilla pueden llegar a reducir k hasta lograr una permeabilidad final kg = 10-4cm/s.

Si k < 10-2cm/s, entonces kg se incrementa cuando k decrece. Si k < 10-3cm/s, entonces el aluvin no puede ser inyectado con lechadas binarias o terciarias.

stas conclusiones indican que las inyecciones penetran nicamente en estratos formados por materialescon valores de k mayores que 10-2cm/s y que el efecto de la inyeccin depende en gran medida de patrnde estratificacin que ha tenido el suelo.Terzaghi determin que cuando el embalse se llena, el agua debera filtrar con un gradiente no mayor a 3o 4. De esta manera queda fijado el ancho B de una cortina impermeable bajo una presa.

MATERIALES INYECTABLES

Diferentes clases

Las mezclas empleadas en inyecciones, tanto para impermeabilizacin como para consolidacin, puedenser clasificadas en tres categoras principales:

Lquidas: productos qumicos o geles Suspensiones Inestables: cemento y agua Suspensiones Estables: suspensiones activadasLas lquidas estn constituidas por productos qumicos, como por ejemplo silicato de sodio, ms o menosdiluido, mezclado con un reactivo; resinas sintticas o tambin productos hidrocarbonatados puros.Las suspensiones inestables son simples suspensiones de cemento en el agua. Son las ms comunes para

la inyeccin de rocas. No son homogneas ms que en el caso de que se las agite. Cuando cesa laagitacin comienza la sedimentacin.Las suspensiones estables, que prcticamente no tienen decantacin, son obtenidas por ejemplodiluyendo arcilla en el agua o una combinacin cualquiera de arcilla-cemento y arena. Es muy comn suuso para inyeccin de suelos.

MORTEROS INESTABLES

Para poder apreciar las cualidades y defectos de los morteros inestables supongamos que se quiereinyectar un aluvin con un mortero de cemento, esencialmente inestable.

Las arenas y gravas estn constituidas por un conjunto de granos de todas las dimensiones y el cementopor otro conjunto cuyos granos ms gruesos tienen alrededor de una dcima de milmetro de dimetro.Suponiendo incluso que todos los granos de cemento sean independientes, cosa que est lejos de suceder,


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es necesario, para que la inyeccin sea posible, que puedan introducirse en los poros existentes entre losgranos de arena.La dimensin de huecos de un esqueleto aluvional es desconocida; adems, esta dimensin no esconstante: existen huecos grandes y pequeos.

La suspensin de cemento est constituida por un conjunto de flculos, ms o menos grandes y ms omenos deformables y no por granos aislados, por lo que la experiencia demuestra que si la arena permiteel paso del cemento, ste no penetra mucho; solamente algunos centmetros.Se mejora un poco la penetracin utilizando morteros de inyeccin muy diluidos; por ejemplo, en larelacin 1:10. Con el agua es ms fcil hacer circular los granos de cemento o los flculos.Cuando se utilizan morteros inestables la posibilidad de formacin de bvedas que detienen la inyeccin ala entrada de pequeos intersticios, es muy frecuente.Cuando a la entrada de un intersticio se forma una bveda que est constituida por granos de cemento y

burbujas, su estabilidad es pequea (figura 26), destruyndose por efecto de la inyeccin y permitiendo elavance del mortero hacia delante.Cuando el mortero atraviesa un pequeo intersticio para llegar a uno grande, su velocidad disminuye. Si

esta disminucin es tal que permite al cemento depositarse, el intersticio grande, si no se obstruye, almenos se tapona parcialmente (figura 27). Esos depsitos son arrastrados hacia abajo por la presin delflujo de inyeccin y acaban por obstruir el pequeo intersticio siguiente, interrumpiendo el proceso de lamisma.

Dentro de los morteros o lechadas inestables encontramos los siguientes tipos:

Morteros de Cemento

Es el prototipo de lechada inestable. La suspensin de cemento est constituida por un conjunto deflculos, ms o menos grandes y ms o menos deformables y no por granos aislados.El limite de dilucin del cemento es imposible de precisar porque depende de la naturaleza del mismo.Si el cemento considerado tiene un molido fino y un fraguado rpido, ste detendr la sedimentacin.Solamente el fraguado del cemento puede interrumpir la sedimentacin.Es sabido que el cemento se deposita en las fisuras en forma de sedimentacin hidrulica. El cierre oestrechamiento de las fisuras comprime el terreno provocando la compactacin de los sedimentos.Cuanto ms elevada sea la presin de inyeccin ms fuerte ser la compresin del cemento.

Fig. 26(segn H. Cambefort, 1968):Formacin de una bveda a la entrada de un

intersticio en un suelo granular

Fig. 27(segn H. Cambefort, 1968): Sedimentacin deun mortero de inyeccin estable desde su entrada en un

suelo granular


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Morteros Rebajados

Cuando son grandes las absorciones, puede reducirse el gasto correspondiente a los productos inyectados,

reemplazando el cemento por un polvo inerte de arena fina, por ejemplo.Esta sustitucin no modifica prcticamente la inyectabilidad del mortero si la granulometra del nuevoproducto es comparable con la del cemento.Se inyectan tan fcilmente como los morteros de cemento puro.La resistencia decrece rpidamente cuando el porcentaje de arena aumenta, pero esto no es un grave

problema para la estanqueidad pura, donde no es necesaria resistencia alguna.Estos morteros no se emplean habitualmente ya que provocan un desgate muy rpido de los elementosutilizados para realizar la inyeccin, particularmente las bombas. Adems si se utilizan arenas de untamao de grano de 1mm., las mismas decantan con demasiada facilidad.

MORTEROS ESTABLESSon suspensiones en el agua de granos suficientemente pequeos para que no pueda manifestarsesedimentacin alguna durante la inyeccin.Una suspensin de arcilla coloidal, en tanto que no sedimente, pertenece a ese tipo de mortero, perosiempre que mantenga la fluidez necesaria para hacer posible la inyeccin y proporcione despus larigidez suficiente.Para lograr esto se aplican mtodos que aseguren la defloculacin de los coloides o por adicin de stos a

productos ms pobres. El mortero adquiere como consecuencia una cierta rigidez y de ella resulta unamejor suspensin del propio cemento y de la arena que eventualmente se le puede aadir.

Morteros de Cemento Bentonita

La adicin de bentonita aumenta la viscosidad de los morteros de cemento en los que la relacinAgua/Cemento sea constante. Este aumento es ms importante cuanto ms densos son los morterosiniciales.La adicin de una pequea cantidad de bentonita al cemento permite realizar morteros inyectables que

presentan una buena resistencia mecnica

Morteros de Cemento Silicato

La rigidez de un mortero de cemento queda mejorada por la adicin de silicato de sodio. Esta mejora es

tanto ms importante cuanto ms fuerte es la dosificacin del cemento. Adems si un mortero de estascaractersticas permanece en reposo, su rigidez va creciendo con el tiempo. Este efecto, que se manifiestaclaramente al cabo de una hora aproximadamente, corresponde a una aceleracin del fraguado de cementodebida al silicato.Frecuentemente, los morteros as tratados no son homogneos, tendiendo el silicato a la formacin degrumos. Para suprimirlos es necesario un tiempo muy largo de agitacin, incompatible con lasnecesidades del trabajo. Por eso, estos morteros en la prctica no suelen utilizarse.

Morteros de Cemento Bentonita Silicato

La adicin de bentonita a un mortero de cemento retarda su fraguado y disminuye su resistencia

mecnica, pero proporciona un mortero homogneo. El silicato acelera el fraguado, pero produce unmortero grumoso. Es pues conveniente combinar estos productos.


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La experiencia demuestra que el mortero as obtenido es homogneo y tiene una rigidez inicial msimportante que nicamente con la bentonita, teniendo un comportamiento claramente tixotrpico.

Morteros de Cemento Activados

Cuanto ms fuerte es la dosificacin en cemento de un mortero, ms dbil es su decantacin. Unadosificacin muy fuerte, variable segn la naturaleza del cemento permitir la obtencin de unadecantacin nula. Esa clase de morteros es generalmente ininyectable.Pero sometindolos a ciertos tratamientos se llega a obtener un producto que presenta las caractersticasdeseadas, estos tratamientos provocan la defloculacin de los coloides de la suspensin, obtenindose deesta forma morteros activados.El objeto de la activacin es permitir la obtencin de morteros inyectables de elevada dosis en cemento,que tengan una ligera sedimentacin o incluso ninguna. Adems, esta activacin hace el mortero menosdeslavable y prcticamente no miscible en el agua, lo que constituye una propiedad extremadamenteinteresante.

Pueden distinguirse principalmrnte dos clases de activaciones: por va qumica y por va mecnica.

La dispersin por va qumica permite obtener morteros de dosificacin relativamente pequea ysedimentacin nula, mediante el empleo de productos que proporcionan plasticidad, fluidez yaumento de volumen.Algunos plastificantes, convenientemente elegidos, impiden la floculacin del cemento.Para reducir la sedimentacin se pueden llegar a utilizar productos que aumenten el volumen delmortero antes de su fraguado. Estos productos generalmente estn constituidos por un polvo fino dealuminio que al reaccionar con la cal del cemento desprende burbujas de hidrogeno, muy pequeas ynumerosas.

Indudablemente es la mejor solucin mientras que los productos adicionados no modifiquenpeligrosamente la resistencia final.

La dispersin mecnica es muy empleada, se obtiene haciendo pasar un mortero de cementoconvenientemente dosificado por un mezclador especial. Estos mezcladores provocan una agitacino, mejor dicho, un laminado extremadamente violento. Este laminado provoca el desprendimiento delos granos de cemento adheridos a la superficie, por lo que la pelcula de hidrato es eliminada

precipitando al estado coloidal, de donde provienen las propiedades del mortero.

La defloculacin de suspensiones de arcilla

La penetrabilidad de las suspensiones de arcilla de alta calidad es funcin directa de su proceso dedefloculacin.En suspensiones de arcilla, la floculacin est regida por los coloides. Este concepto se aplica a las

partculas cuyo comportamiento viene controlado por las fuerzas elctricas de superficie.En las arcillas, los tomos existentes en superficie no estn balanceados o neutralizadoselctricamente, por lo que se originan fuerzas de repulsin.Si en el sistema se produce un cambio, tal como una ionizacin, la neutralizacin de cargas disminuyedichas fuerzas producindose el agrupamiento de partculas en forma de flocs que posteriormente

precipitan (suspensin floculada).Si en cambio se aportan al sistema grupos aninicos estables que incrementan las cargas positivas, se

tendr un aumento en la repulsin, permitiendo que las partculas acten como elementosindividuales, resultando una suspensin defloculada. Esto se logra mediante el uso de un agente


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defloculante, que incorporado en pequeas cantidades, produzca un cambio en el comportamiento delsistema tal como el descripto anteriormente.

Dentro de las consecuencias de la floculacin podemos mencionar:

Las suspensiones se presentan con partculas de un tamao extremadamente grande. Aumenta la viscosidad de la suspensin disminuyendo su penetrabilidad. Los flocs apresan las partculas ms gruesas, precipitndose el conjunto, hasta que finalmente la

masa fluida gelifica con expulsin de gran cantidad de agua.

Morteros Inyectables

La adicin de arena a un mortero de cemento estable da como resultado la obtencin de un morteroinyectable.

Segn el resultado que se desee, la cantidad de arena ser ms o menos grande y su granulometra ms omenos fina. De manera general, cuanto ms fuerte es la dosificacin de arena, ms fcilmente pueden

permanecer en suspensin los granos ms gruesos.Por eso se pueden realizar morteros que contengan granos de 5 a 8 mm de dimetro, pero estos no puedenser inyectados con cualquier bomba. Adems se les debe reservar para la inyeccin de cavidadesrelativamente importantes.

Morteros de Arcilla Tratada

Estos morteros son suspensiones de arcilla en el agua, adicionadas de productos qumicos convenientespara permitir una inyeccin satisfactoria. Se observo en experiencias que despus de la inyeccin, lasuspensin sedimenta e incluso en ciertos casos se orea, quedando en el terreno una masa pastosarelativamente consistente. Estos productos no tienen prcticamente ninguna resistencia mecnica, por loque no se los puede utilizar para consolidacin.Una arcilla que tenga prcticamente todos sus granos con un dimetro inferior a la centsima demilmetro debe poder utilizarse para obturar los intersticios ms pequeos del suelo. Pero para ello es

preciso deflocular al mximo la arcilla en el mortero.Esta exigencia es muy difcil de satisfacer y no siempre puede lograrse.Una simple agitacin mecnica es insuficiente para poner en suspensin la arcilla en el agua cuando ladosificacin es baja. Sin embargo, los ensayos de laboratorio indican que esto puede lograrse utilizandoultrasonido, pero lgicamente sera costossimo utilizar generadores que permitieran tratar cantidades

industriales de mortero y probablemente de empleo muy delicado en una obra.Otro mtodo posible para minimizar la sedimentacin es el agregado de productos qumicos que permitanobtener un pH prximo a 12, pero este procedimiento no es sencillo de materializar en obra.Las suspensiones preparadas de este modo son suficientemente viscosas para que pueda aadirse arcillade grano no muy fino e incluso limo. Dicho de otro modo, se proporcionan a los productos ordinarios loselementos que les faltan para obtener suspensiones estables. Se obtienen as arcillas tratadas.Con respecto a la eleccin del tipo de arcilla a emplear en la confeccin del mortero, una buenaindicacin en principio es proporcionada por los lmites de Atterberg, particularmente por el lmitelquido.Cuanto mayor es el lmite liquido de un suelo, ms plstico es el mismo y ms cantidad de coloides

posee; por lo tanto mejor es su comportamiento como material estabilizante de una suspensin.


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Morteros de Aceite Bentonita

La bentonita seca suspendida en aceite o gas-oil conserva sus facultades de dilatancia cuando el morteroest en presencia de agua.

Se trata de un fenmeno extremadamente curioso utilizado por las compaas petrolferas para realizarsellados en las perforaciones.En determinados casos pueden utilizarse estos morteros para la inyeccin, pero siempre que el terreno noest sumergido para que la bentonita no se hinche en el curso de la inyeccin. Absorbiendo una parte delagua intersticial del suelo, se forma un gel de bentonita que impermeabiliza las fisuras.

Geles de Arcilla

Para que una suspensin de arcilla permita impermeabilizar correctamente un medio permeablecualquiera, es necesario que despus de la inyeccin presente una rigidez suficiente para no ser impulsada

por la presin de las aguas, es necesario que esta suspensin sea tixtropa.

La tixotropa es una propiedad natural de las buenas bentonitas, pero es necesario someter a tratamiento laarcilla para darle esta propiedad. Esto no es fcil porque para que un mortero sea aceptable, tiene que serrelativamente elevada su rigidez al reposo.Por ello es que se ha pensado en confeccionar geles de arcilla, que no son morteros tixotrpicos en el

propio sentido de la palabra.

Morteros de Arcilla Cemento

Un mortero de arcilla pura que no presente una tixotropa bastante fuerte corre el riesgo de ser deslavadoen el transcurso de la inyeccin, o bien, si no est suficientemente aireado, de no resistir la carga de aguaa la que se ver posteriormente sometido. Es importante por lo tanto dar al producto final una ciertaresistencia mecnica para bloquear los intersticios del suelo. Esta resistencia puede ser de apenas unos

pocos kilos por centmetro cuadrado.Se llega a este resultado aadiendo cemento a la arcilla, pero al mismo tiempo se sacrifica la principal

propiedad de la arcilla, ya que se aaden a granos muy pequeos, los granos de cemento, que son muchoms gruesos.En un principio, esos nuevos morteros no deberan ser aptos para la estanqueidad de intersticios tan finoscomo los obturados por morteros de arcilla pura; sin embargo la experiencia muestra varios casos en losque esto no sucede. Se comprende fcilmente porque es muy raro que en un mortero de arcilla pura todoslos granos se desfloculen. La posibilidad del mortero queda entonces condicionada al dimetro de losflculos y no al de los granos. Esto no impide que se elijan cementos de grano muy fino para mejoraresos morteros.Se ha observado igualmente que la adicin de cemento permita realizar suspensiones estables, dotadas dems o menos rigidez, con arcillas no muy finas y difciles de poner en suspensin en estado puro. Elcemento proporciona los coloides necesarios para alcanzar este resultado.Para tener una fluidez conveniente, los morteros arcilla cemento estn en general dbilmentedosificados en cemento y fuertemente en arcilla, contrariamente a los morteros cemento- bentonita, yaque la bentonita es mucho ms coloidal que la arcilla.La adicin de cemento a una suspensin de arcilla permite aumentar el contenido de materia seca sin

perjudicar la inyectabilidad del mortero.


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Dosificaciones de morteros estables

Los morteros anteriormente descriptos pueden considerarse estables.Un ejemplo ilustrativo de una dosificacin empleada para la impermeabilizacin de un aluvin mediante

la utilizacin de una pantalla de tres filas, con una permeabilidad inicial de K = 10-4

m/s es la siguiente:

Dosificacin empleada en la fila centralArcilla defloculada ydecantada a partculas

menores de 16 89 %

Cemento de moliendafina

11 %

RelacinAgua /Material

7 a 8

Dosificacin empleada en las filas lateralesSuelo 82.5 %

Cemento 15 %Bentonita 1.5 %

Silicato 1 %

Para las filas laterales, se detallan a continuacin valores de resistencia mecnica en funcin del tiempo,obtenidos en probetas ensayadas en laboratorio a compresin simple, para diferentes relaciones Agua /Material:

TiempoResistencia mecnica enkg/cm2 para unarelacin

Agua/Material = 2

Resistencia mecnica enkg/cm2 para unarelacin

Agua/Material = 324 hs. 0.2 0.0348 hs. 0.26 0.0472 hs. 0.4 0.107 dias 0.7 0.13

14 dias 1.2 0.2028 dias 2.5 0.32

60 dias 3 0.55

Este aluvin presentaba las siguientes carartersticas granulomtricas:

Tamiz % que pasa1 100 %

3/8 96 %N 4 90 %

N 40 20 %N 200 4 %

Con la utilizacin de estas lechadas se obtuvieron valores de permeabilidad finales K = 10 -6m/s


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MORTEROS LQUIDOS A BASE DE PRODUCTOS QUMICOS

Aunque de hecho todos los morteros son lquidos, se reserva este calificativo a las mezclas que nocontienen ninguna partcula cuya dimensin, por pequea que sea, pueda medirse fcilmente.

Por eso la disolucin en agua de una bentonita, cuya dimensin de granos es del orden de la milsima demilmetro, no constituye un mortero lquido. Por el contrario, el silicato de sodio se considera como unmortero lquido, aunque contiene micelas coloidales de dimensiones no despreciables pero de difcilmedicin. Estas dimensiones son, sin duda alguna, muy inferiores a las de las partculas de bentonita.En principio, los morteros en estado lquido pueden penetrar en todos los huecos por donde el aguadiscurra, pero para que esto pueda ocurrir en la prctica, la permeabilidad del medio inyectado no puedeser demasiado pequea.Dicho de otro modo, si el mortero de inyeccin es tan fluido como el agua no es necesario que el terrenotenga poros demasiado grandes. Este es el caso de las arcillas y tambin de los limos que prcticamenteno son inyectables. Inversamente, si el medio a inyectar tiene poros apreciables, pero el mortero tienedemasiada viscosidad, la inyeccin es igualmente imposible.

Geles duros de silicato de sodio y resinas orgnicas

La dimensin de los granos o flculos de la fase slida en suspensin en los morteros clsicos limita lapenetrabilidad de los mismos. Es por lo tanto la qumica quien se ocupa de encontrar morterosperfectamente lquidos, capaces de alcanzar todos los huecos del suelo donde el agua pueda tener acceso.Los productos utilizados habitualmente son el silicato de sodio y las resinas orgnicas.

Geles de silicato de sodioLa adicin a un silicato de sodio de una proporcin conveniente de reactivos: electrlito, cidou otra solucin coloidal, constituye un sol, que al cabo de cierto tiempo se transforma en gel.Este producto puede ser duro o plstico y se puede emplear para impermeabilizar o consolidarlos terrenos.En 1926 Joosten adopt un procedimiento mediante el cual se inyectan separadamente en elterreno una solucin de silicato de sodio y despus una solucin de cloruro de calcio. Elsilicato da un gel resistente que consolida el terreno impermeabilizndolo, pero suendurecimiento es casi instantneo.

Resinas OrgnicasLas resinas orgnicas que se presentan en forma de lquidos se polimerizan al cabo de ciertotiempo para dar un slido ms o menos resistente, pudiendo utilizarse como mortero de

inyeccin.Las resinas utilizadas pertenecen a dos grandes clases: las monmeras, acuosas que despus dela polimerizacin se transforman en una masa homognea, medianamente resistente; y las

polmeras precondensadas, que proporcionan una masa extremadamente dura, ms resistenteque el hormign.

Morteros a base de Polmeros PrecondensadosComprenden polmeros de la clase de los epoxis, polister, poliestirenos, acrlicos o una mezclacopolimerizada de stos.Son de un precio extremadamente elevado. Por ello se utilizan nicamente cuando lascantidades a inyectar son pequeas. Se pueden aprovechar entonces sus excelentes

caractersticas mecnicas para obtener conjuntos monolticos muy resistentes, como porejemplo la reparacin de obras de hormign fisuradas.


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Geles Plsticos a base de Silicato de Sodio y Bentonita Defloculada.

Los geles plsticos de silicato de sodio se obtienen por coagulacin retardada de un mortero nico queconserva su estado lquido en el transcurso de la inyeccin. Para su fabricacin se utilizan reactivos

minerales, mientras que en las mismas condiciones de fraguado, son necesarios reactivos orgnicos paraobtener geles duros.Su cohesin de varias decenas de g/cm2, no permite su utilizacin ms que para impermeabilizaciones,

pero como son bastante fluidos su penetrabilidad es buena y complementan muy ventajosamente losmorteros de arcilla cemento en todas las inyecciones de aluviones construidos por arenas finas.

Geles a base de Silicato de SodioEn todos estos productos se realiza la congelacin retardada de una solucin de silicato desodio, con una cantidad de cationes insuficiente para obtener un medio elctricamente neutro.Si se utilizara gran cantidad de geles seran menos estables y sobre todo ms costosos porquenecesitaran una cantidad demasiado grande de reactivo.

Geles de Bentonita, Arcilla o CementoPuede obtenerse un gel aadiendo bentonita, arcilla o cemento al silicato.El mortero cemento silicato agua, acusa una sedimentacin rpida del cemento. Paraevitarla basta con aadir 1 o 2 % de bentonita, que mantiene el cemento en suspensin.Aumentando en cantidades crecientes la bentonita, se reduce mucho el tiempo de fraguado,llegndose as a la obtencin de un gel constituido por cemento bentonita silicato y agua,cuyo tiempo de fraguado puede regularse jugando con las diferentes proporciones de suscomponentes.Una suspensin de arcilla o bentonita cobrar ms rigidez con la adicin de silicato y dereactivo.Esta nueva propiedad le permitir permanecer en el terreno despus de la inyeccin, an en elcaso de fuertes gradientes hidrulicos, pudindose regular fcilmente el tiempo de fraguado deestos geles.

PRESIN DE INYECCIN Y DE RECHAZO DE UN MORTERO

Limitando las presiones de inyeccin a valores bajos, se corre el riesgo de que no se realicen tratamientoscorrectos en el terreno.Las altas presiones de inyeccin facilitan en el momento de la inyeccin, la expulsin del agua sobrante,

quedando solamente el agua de cristalizacin, constituyendo un corrector de los posibles errores dedosificacin.Adems aumentan la adherencia de los sedimentos a los terrenos incluso poco propicios, ensanchanfisuras demasiado estrechas, hacen que penetre ms adentro la lechada de cemento y crean en el terreno,siguiendo ms o menos los planos de sus diaclasas, nuevas fracturas revestidas de una fina pelculaimpermeable, formando un haz a travs del cual la circulacin de agua estar limitada por fuertes prdidasde carga.En general las fuertes presiones no hacen otra cosa que abrir las pequeas fisuras preexistentes, lo que

permite el paso de granos de cemento. Por lo tanto un macizo rocoso finamente fisurado no puede serinyectado a baja presin ms que con cemento de grano fino, es decir de gran superficie especfica. Amedida que se va aumentando la presin, todos los cementos son utilizables porque son las fisuras las que

se van ensanchando y por lo tanto pueden pasar los granos de cemento, es decir que cuanto ms fuerte seala presin, ms posibilidad existe de inyectar las fisuras finas.


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La presin de rechazo es aquella para la cual se ha decidido detener la inyeccin. No existe nunca unapresin de rechazo absoluta, ya que un aumento de la misma abre todava ms las fisuras y facilita el pasodel mortero.La presin de rechazo, como la de inyeccin, es una presin medida a la entrada del taladro, y ambas

estn sometidas a fuertes oscilaciones debidas a la bomba de inyeccin.

Resurgencias

Cuanto mayor es la presin de rechazo, mejor es la inyeccin, pero tambin es ms grande el riesgo deresurgencias de la lechada.La determinacin depende de varias consideraciones tales como deformacin del terreno, resurgencias delmortero, trabajos de impermeabilizacin o consolidacin, separacin y dimetro de las perforaciones, etc.Cabe aclarar que no es aconsejable detener la inyeccin a la primera manifestacin de resurgencias, sinoque se debe intentar reducirlas, ya que no pueden detenerse.Para reducir las resurgencias del mortero se utilizan cuas de madera que se insertan en el terreno

provocando su obturacin.Si ste procedimiento resulta ineficaz como consecuencia del excesivo nmero de resurgencias o de suinaccesibilidad, se podr intentar la inyeccin de un mortero de fraguado acelerado, o detener la inyeccindurante varias horas para permitir el fraguado del mortero ya inyectado.

Contrapresin

Se dice que existe contrapresin cuando al detener la inyeccin el manmetro no se vuelve a cero. Bastaentonces con abrir una vlvula de descarga para que la perforacin expulse el mortero, simplementeacumulado en una fisura ensanchada por la inyeccin. En cuanto sta cesa, el mortero es rechazado allado exterior por la elasticidad del terreno o por el peso del mismo. Si el mortero es de tal naturaleza quese solidifica durante la inyeccin, la contrapresin no tiene lugar. La fisura queda llena del mortero yconserva la abertura que le ha dado la inyeccin.

CONTROL DE LAS INYECCIONES

El nico mtodo seguro para control de inyecciones consiste en dar fin a los trabajos y esperar a ver comose desarrollan los acontecimientos. Pero esto constituye un control a posteriori, que con frecuenciaimpide cualquier refuerzo eventual.Para evitar este mayor inconveniente se ha intentado poner a punto numerosos mtodos de control en elcurso de los trabajos. Debe tenerse en claro que estos mtodos estn destinados a asegurar que las reglasde ejecucin son respetadas.

Medios Locales de Control

Solo consideraremos aqu los medios de control que nos proporcionen indicaciones sobre la marcha de lostrabajos. Se trata por lo tanto de medios de control no destructivos.Estos controles se realizan a partir de los taladros de inyeccin, del mortero inyectado, de unacombinacin de ambos o desde la superficie del medio a tratado.

Por ello, estn basados en:

La velocidad de perforacin de los taladros Los ensayos de agua.


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La resistividad elctrica. La deformacin del medio.

Velocidad de perforacin de los taladrosSe trata de una observacin nicamente cualitativa que no da ninguna indicacin sobre la calidad deltratamiento. Nos informa simplemente que la inyeccin ya efectuada ha producido cierto efecto sobre elterreno.La disminucin de la velocidad de la perforacin es debida a la impregnacin de ciertas capas por unmortero que ha fraguado o al aumento de compacidad del terreno como consecuencia de grietasinyectadas. La velocidad de avance disminuye tambin al atravesar niveles de arenas finas noimpregnadas de mortero, sino simplemente comprimidas por la inyeccin inmediata.

Ensayos de aguaEl resultado de estos ensayos, que puede hacerse por inyeccin o por bombeo, segn los casos, da una

permeabilidad ms cercana a la realidad que la medida de algunos ensayos puntuales. Pero no se tratams que de una permeabilidad local. Para tener una idea de la permeabilidad media de la pantalla esnecesario realizar un gran nmero de estos ensayos.Pero el precio y la complejidad de los mismos no aconsejan su utilizacin ms que para determinar lacalidad de un tratamiento ya terminado. No pueden utilizarse sistemticamente para controlar el avancede los trabajos que se estn efectuando.

Resistividad ElctricaTeniendo el mortero de inyeccin una resistividad natural diferente de la del agua de los poros delterreno, se comprende que las medidas elctricas permitan detectar su presencia

Deformacin del medioEs sabido que la inyeccin no puede hacerse de otro modo que deformando el medio inyectado. Por simismas esas deformaciones no son peligrosas, pero es necesario que no sean demasiado grandes cuandoafectan a construcciones prximas. Para limitarlas se utilizan aparatos llamados indicadores demovimiento, dispuestos en los lugares que se quiere observar.Mediante un contacto elctrico, esos indicadores activan una alarma cuando la deformacin lmite es

alcanzada.

Control Global de la calidad del Tratamiento

Solamente aplicando las cargas previstas en un macizo rocoso inyectado puede verse si el tratamiento hasido satisfactorio.Existen sin embargo cierta clase de trabajos que sirven para controlar la calidad del tratamiento.Se realiza antes de las inyecciones una serie de medidas que definen el estado inicial del suelo. Casisiempre se toma como trmino de comparacin el mdulo de elasticidad, a pesar de ser muy difcil dedefinir.Despus del tratamiento se vuelven a hacer las mismas mediciones. Tanto los gatos como los

sismgrafos y las cargas explosivas de la microssmica deben estar en los mismos emplazamientos. Estono es fcil de conseguir.


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Efectividad de los tratamientos de Inyeccin en Aluviones

Teniendo en cuenta que los ensayos de permeabilidad no permiten definir el comportamiento de las

pantallas impermeables colocadas debajo de las presas; una forma proceder al control de la efectividaddel tratamiento en el aluvin consiste en la instalacin de una red de piezmetros.Se procede entonces a efectuar un control piezomtrico antes y despus de efectuada la pantalla.La figura 28 presenta la variacin de las pendientes piezomtricas agua arriba y agua abajo del ncleoinyectado. Se aprecia all el descenso del nivel fretico agua abajo, a medida que disminuye la

permeabilidad.

P1, P2, P3, P4 = perforaciones para ejecutar los controles piezomtricos.h = prdida de carga despus de la inyeccin medida por P3 y P4e = espesor de la pantalla

k1 = permeabilidad inicialk2 = permeabilidad despus de la inyeccin.1?y2 = rea transversal que atraviesa el agua (1 = 2 )

Planteando la ecuacin de cont inuidad: Q1 = Q2

Antes de la inyeccin: el caudal que atraviesa la futura pantalla 1 2 ser:Q1 =1* V1 = K1 * i1* 1

Despus de la inyeccin: el caudal que atraviesa la pantalla 1 2 ser:Q1 =1* V1 = K2 * i2 * 1

Hay una situacin de continuidad en los caudales, es decir no se generan aumentos de caudales:

e

P1P3

P4P2

12

AH

Fig. 28: Efectividad de una cortina de inyecciones


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k1 * i1 = k2 * i2

k2 * i2 = k2 *h / e = 1k1 * i1 k1 * i1

k2 = k1 * i1h / e

Para calcular la permeabilidad despus de la inyeccin es necesario tener un valor de permeabilidadinicial.

EJEMPLOS PRCTICOS DEL USO DE INYECCIONES

Cortinas de inyeccin bajo grandes Diques de Materiales SueltosEn la figura 29 se pueden observar cortinas de inyeccin realizadas en diferentes diques de materialessueltos.

Serre Poncon

(Francia)Superficie 4200 m2

Mattmark

(Suiza)Superficie 70000 m2

Durlassboden(Austria)

Su erficie 12000 m2

High Aswan Dam

(Egipto)

Superficie 62000 m2

Nivel terreno

+ 110+ 97

+ 70

+ 97

+ 111

- 200

- 70

- 100- 115

Fig. 29(segn Foundation Engineering, 1991): Ejemplos de Cortinasde impermeabilizacin bajo presas


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BIBLIOGRAFA Foundation Engineering. Handbook 1991.

Captulo: Soil Stabilization and GroutingEd.: Hang Fang

Inyeccin de Suelos de Henri Cambefort. Primera edicin. Barcelona 1968Ed.: Omega

Tercer Congreso Panamericano de Mecnica de Suelos e Ingeniera de Fundaciones, Caracas,Julio 1967. Impermeabilizacin de un Aluvin de Granulometra Fina

Cuarto Congreso Panamericano de Mecnica de Suelos e Ingeniera de Fundaciones, PuertoRico, Junio 1971. Dique Los Nogales Efectividad de la Pantalla

Grouting and Deep Mixing.II International Conference on Ground improvement, Tokio 1996.

Gotechnique: Nmero 1, Marzo 1964Volmen XIV.

Memoria de la primera Reunin Argentina de Mecnica de Suelos e Ingeniera deFundaciones, La Plata, Julio 1968. La Defloculacin de Suspensiones de Arcilla

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