El clavado de suelos es una medida correctiva de la construcción para tratar pendientes de suelos naturales inestables o como una técnica de construcción que permite el sobre-empinado seguro de pendientes de suelos nuevos o existentes. La técnica implica la inserción de elementos de refuerzo relativamente delgados en la pendiente, a menudo barras de refuerzo de uso general ( barras de refuerzo), aunque también se encuentran disponibles barras de sistema hueco o sólidas patentadas. Las barras sólidas se instalan normalmente en los agujeros previamente perforados y luego rellenadas en su sitio utilizando una línea de lechada separado, mientras que las barras huecas pueden ser perforados y grouted simultáneamente por el uso de un sacrificial brocay bombeando lechada por la barra hueca a medida que avanza la perforación. También se han desarrollado métodos cinéticos para disparar barras relativamente cortas en pendientes de suelo. Las barras instaladas mediante técnicas de perforación suelen estar completamente enlechadas e instaladas con una ligera inclinación hacia abajo con barras instaladas en puntos regularmente espaciados a lo largo de la cara de la pendiente. En la superficie se puede utilizar un revestimiento rígido (a menudo hormigón aplicado neumáticamente , también conocido como hormigón proyectado ) o placas de cabeza de clavo de suelo aisladas. [1] Alternativamente, se puede sostener una malla de refuerzo flexible contra la superficie del suelo debajo de las placas de cabeza. Malla de alambre a prueba de conejos y telas de control de la erosión ambiental y se puede usar junto con el revestimiento de malla flexible donde las condiciones ambientales lo requieran.
Los componentes de clavos del suelo también se pueden usar para estabilizar muros de contención o taludes de relleno existentes ( terraplenes y diques ); esto normalmente se toma como medida correctiva.
Desde su primera aplicación con técnicas modernas en Versalles en 1972, [2] el clavado en el suelo es ahora una técnica bien establecida en todo el mundo. La Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos emitió publicaciones de directrices en 1996 [3] y 2003. [4]
Analisis preliminar
Los cuatro puntos principales que se deben considerar para determinar si el clavado en el suelo sería una técnica de retención efectiva son los siguientes. Primero, se deben examinar las condiciones existentes del terreno. A continuación, se deben evaluar las ventajas y desventajas de una pared de clavos de suelo para la aplicación particular que se esté considerando. Entonces, se deben considerar otros sistemas para la aplicación particular. Finalmente, se debe considerar el costo de la pared de la uña del suelo. [4] : 13–14 Las paredes de clavos de suelo se pueden usar para una variedad de tipos y condiciones de suelo. Las condiciones más favorables para el clavado del suelo son las siguientes: El suelo debe poder permanecer sin apoyo de uno a dos metros de altura durante un mínimo de dos días cuando se corta vertical o casi verticalmente. Además, todos los clavos de suelo dentro de una sección transversal deben ubicarse por encima del nivel freático . Si los clavos del suelo no están ubicados por encima del nivel freático, el agua subterránea no debería afectar negativamente la cara de la excavación, la unión entre el suelo y el clavo del suelo en sí. [4] : 14-15 Basado en estas condiciones favorables para clavar suelos rígidos a duros de grano fino que incluyen arcillas rígidas a duras, limos arcillosos, arcillas limosas, arcillas arenosas y limos arenosos son suelos preferidos. La arena y la grava que son suelos densos a muy densos con cierta cohesión aparente también funcionan bien para clavar el suelo. La roca erosionada también es aceptable siempre que la roca esté erosionada uniformemente (es decir, sin planos de debilidad). Finalmente, los suelos glaciares funcionan bien para clavar suelos. [4]
Una lista de condiciones de suelo desfavorables o difíciles para clavar el suelo puede incluir suelos secos, sin cohesión y mal clasificados, suelos con un nivel freático alto, suelos con guijarros y cantos rodados, suelos de grano fino blandos a muy blandos, suelos altamente corrosivos, rocas erosionadas con planos de debilidad desfavorable y loess. [4] : 15–16 Otras condiciones difíciles incluyen la exposición prolongada a temperaturas bajo cero, un clima que tiene un ciclo repetido de congelación y descongelación y suelos granulares muy sueltos. [4] : 16
Orígenes
El clavado de suelos evolucionó a partir del método de construcción de túneles de Nueva Austria , que es un sistema para excavaciones subterráneas en roca. Este método consiste en un refuerzo pasivo de acero en la roca seguido de la aplicación de hormigón proyectado reforzado. Este concepto de combinar refuerzo de acero pasivo y hormigón proyectado también se ha aplicado a la estabilización de taludes rocosos desde principios de la década de 1960. [4] : 23
La primera aplicación de clavos en el suelo se implementó en 1972 para un proyecto de ampliación de vías férreas cerca de Versalles, Francia . Se utilizaron clavos de suelo para estabilizar una pendiente de 18 metros (59 pies) de altura que consistía en suelo arenoso. Este método demostró ser más rentable y, al mismo tiempo, redujo el tiempo de construcción en comparación con otros métodos de soporte convencionales. [4] : 23 Alemania fue el siguiente país en investigar el clavado de suelos. De 1975 a 1981, la Universidad de Karlsruhe y la empresa constructora Bauer colaboraron para establecer un programa de investigación. Este programa llevó a cabo pruebas a gran escala de muros experimentales con diferentes configuraciones y desarrolló procedimientos de análisis para su uso en diseño. [4] : 23 Estados Unidos utilizó por primera vez el clavado de suelo en 1976 para el soporte de una excavación de cimientos de 13,7 metros (45 pies) de profundidad en densas arenas limosas. El clavado de suelo se implementó en la expansión del Hospital Good Samaritan en Portland, Oregon . Este sistema de retención se produjo en aproximadamente la mitad del tiempo a aproximadamente el 85% del costo de los sistemas de retención convencionales. [4] : 24
Diseño
Después de un análisis preliminar del sitio, se pueden comenzar los diseños iniciales de la pared del clavo del suelo. Esto comienza con una selección de estados límite y enfoques de diseño. Los dos estados límite más comunes utilizados en el diseño de paredes de clavos de suelo son los estados límite de resistencia y límite de servicio. [3] : 77 El estado límite de resistencia es el estado límite que aborda los posibles mecanismos de falla o estados de colapso del sistema de pared de clavos del suelo. [3] : 77 El estado límite de servicio es el estado límite que aborda la pérdida de la función de servicio resultante de una deformación excesiva de la pared y se define por restricciones en la tensión, la deformación y el ancho de la fisura del revestimiento en condiciones de servicio regulares. [3] : 77 Los dos enfoques de diseño más comunes para las paredes de clavos de suelo son el diseño de estado límite y el diseño de carga de servicio. [3] : 77
Las consideraciones de diseño iniciales incluyen el diseño de la pared (altura y longitud de la pared), el espaciado vertical y horizontal de los clavos del suelo, el patrón de clavos del suelo en la cara de la pared, la inclinación del clavo del suelo, la longitud y distribución del clavo del suelo, el material del clavo del suelo y las propiedades relevantes del suelo. [4] : 123 Con todas estas variables en mente del ingeniero de diseño, el siguiente paso es usar tablas simplificadas para evaluar preliminarmente la longitud del clavo y la fuerza máxima del clavo. La longitud, el diámetro y el espaciamiento de los clavos controlan típicamente la estabilidad externa e interna de la pared. Estos parámetros se pueden ajustar durante el diseño hasta que se cumplan todos los requisitos de estabilidad externos e internos. [4] : 130 Después de que se completa el diseño inicial, el diseño final avanza donde la pared de clavos del suelo debe probarse para detectar modos de falla externa e interna, consideraciones sísmicas y cualidades estéticas. [4] : 144 El drenaje, la penetración de las heladas y las cargas externas como el viento y las fuerzas hidrostáticas también deben determinarse e incluirse en el examen final del diseño. [4] : 144 Las paredes con clavos de suelo no son ideales en lugares con suelos arcillosos altamente plásticos. Los suelos con alta plasticidad, un alto límite de líquido y bajas resistencias al cizallamiento sin drenaje corren el riesgo de deformación a largo plazo (fluencia). [4] : 144
Construcción
Con el diseño completo, la construcción es el siguiente paso. La mayoría de las construcciones de paredes con clavos de suelo siguen un procedimiento específico. Primero se excava un corte y se coloca un refuerzo temporal si es necesario. Esto se hace con equipos convencionales de movimiento de tierras y perforadoras hidráulicas . [3] : 33 A continuación, se perforan orificios para los clavos del suelo en ubicaciones predeterminadas según lo especificado por el ingeniero de diseño. El equipo utilizado para este paso depende de la estabilidad del material en el que se apoya la pared del clavo del suelo. Los métodos de percusión rotativos o rotativos que utilizan métodos de barrido de aire o de barrena seca se pueden utilizar con suelo estable. [3] : 33 Para suelos inestables, se utilizan métodos rotativos de tubo único y dúplex con descarga de aire y agua o métodos de barrena de vástago hueco. [3] : 33 Con los agujeros perforados, el siguiente paso es instalar y sellar los clavos en su lugar. Después de insertar todos los clavos, se coloca un sistema de drenaje. La alfombra de drenaje sintética se coloca verticalmente entre las cabezas de los clavos, que se extienden hasta la base de la pared donde se conectan más comúnmente a un drenaje de base. [3] : 35 Se aplica una capa de hormigón proyectado y se instalan placas de apoyo antes de colocar un revestimiento final para completar la pared de clavos del suelo. [3] : 35 Pueden ser necesarias variaciones de los pasos descritos anteriormente para acomodar tareas de preparación adicionales o actividades complementarias para condiciones específicas del proyecto.
En términos de construcción, las paredes de clavos de suelo tienen una ventaja decisiva sobre otras alternativas. Las paredes de suelo con clavos requieren un derecho de paso más pequeño que las paredes de anclaje al suelo y tienen menos impacto ambiental. [4] : 17 La instalación de las paredes de clavos en el suelo es relativamente rápida y normalmente utiliza menos materiales y equipos de construcción más pequeños que las paredes de anclaje al suelo. [4] : 17
Comparación de costos
Una gran ventaja de las paredes con clavos de suelo es su rentabilidad sobre otras alternativas. Cuando se utilizan procedimientos de construcción de clavos de suelo convencionales, las paredes de clavos de suelo son mucho más económicas que las paredes de hormigón por gravedad y de manera similar o más rentable que las paredes de anclaje al suelo. [4] : 18
Monitoreo de inspección y desempeño
Las actividades de inspección juegan un papel vital en la producción de paredes de clavos de suelo de alta calidad porque la conformidad con los planes y especificaciones del proyecto debe dar como resultado una pared de clavos de suelo que cumplirá su función prevista durante la duración diseñada. Las inspecciones generalmente involucran la evaluación de lo siguiente: conformidad de los componentes del sistema con la especificación del material, conformidad de los métodos de construcción con las especificaciones de ejecución, conformidad con las especificaciones de desempeño a corto plazo y monitoreo a largo plazo. [4] : 156 Las especificaciones de rendimiento a corto plazo se verifican con pruebas de carga, que utilizan gatos y bombas hidráulicas para realizar varias aplicaciones de carga. Tres pruebas de carga comunes para el rendimiento a corto plazo son las pruebas de carga máxima o de verificación, las pruebas de prueba y las pruebas de fluencia. Se realizan pruebas de verificación o de carga máxima para verificar el cumplimiento de los clavos del suelo con la capacidad de extracción y las resistencias resultantes del método de instalación del contratista. [4] : 163 Las pruebas de prueba están destinadas a verificar que el procedimiento de construcción del contratista haya sido consistente y que los clavos no hayan sido perforados y enlechados en una zona de suelo no probada en la etapa de verificación. [4] : 163 Se realizan pruebas de fluencia para garantizar que las cargas de diseño de los clavos se puedan transportar de forma segura durante la vida útil de la estructura. [4] : 163
La supervisión del rendimiento a largo plazo se utiliza para recopilar datos a fin de garantizar un rendimiento adecuado y perfeccionar las prácticas de diseño futuras. Los parámetros a medir incluyen movimiento vertical y horizontal del paramento del muro, movimientos locales o deterioro de elementos de revestimiento, drenaje al suelo, cargas, distribución de carga y cambios de carga en los clavos, temperatura y lluvia. [4] : 170 Estos parámetros se miden utilizando varias herramientas específicas que incluyen inclinómetros , celdas de carga y galgas extensométricas .
Ver también
- Control de la erosión
Referencias
- ^ Goldstein, Natalie (septiembre-octubre de 2001). "Clavado de suelo" . Control de erosión . Forester Media. 8 (6). Archivado desde el original el 10 de julio de 2011.
- ^ "Construction d'un mur de soutènement entre Versailles-Chantiers et Versailles-Matelots", S. Rabejac y P. Toudic, Revisión general de los ferrocarriles, 93ª edición, págs. 232-237.
- ^ a b c d e f g h yo j Manual de Monitoreo de Diseño y Construcción de Muros Clavos de Suelo (Informe). Washington, DC: Administración Federal de Carreteras de EE. UU. (FHWA). Octubre de 1998. FHWA-SA-96-069.
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w Circular de Ingeniería Geotécnica No. 7: Muros de Clavos de Suelo (PDF) (Informe). FHWA. 2003. FHWA-IF-03-017.