TRATAMIENTO DEL TERRENO

TRATAMIENTO DEL TERRENO

1. TRATAMIENTO DEL TERRENO

El objetivo de estas medidas es el de disminuir, en todo lo posible, las pérdidas de suelo que, inevitablemente, se producen al excavar un túnel, reduciendo así los asientos consiguientes.

Evidentemente, estas medidas de mejora del terreno, se toman después de haber reducido al mínimo las pérdidas de suelo debidas al método constructivo elegido, como pueden ser, si se avanza sin escudo, el empleo de sostenimientos rígidos, tipo Bernold, el bulonado del frente, con pernos de fibra de vidrio, la realización de las inyecciones de contacto los más próximas al frente como sea posible, o, si se avanza con tuneladora, el llevar la inyección del trasdós de las dovelas con el mínimo desfase, y, en cualquier caso, evitando paradas en el avance.

Para mejorar las características del terreno existen muy diversas posibilidades:

2. INYECCIONES

El objetivo de este tratamiento es rellenar los huecos existentes en el suelo, dándole así una mayor rigidez y resistencia. La técnica más apropiada para realizar estas inyecciones es la del tubo-manguito. El producto a inyectar puede ser cemento u otros productos químicos, según la naturaleza del suelo a inyectar.

Las inyecciones de cemento están constituidas por una mezcla de cemento, agua y aditivos. El tipo de aditivo a utilizar depende del terreno a inyectar, siendo los más normales bentonita, cenizas y arena. Su posibilidad de aplicación vendrá determinada por la capacidad de penetración de la mezcla elegida, que tiene que ser capaz de penetrar y rellenar los espacios intergranulares existentes en el suelo. Por ello, las inyecciones de cemento son descartables en suelos con alto contenido de finos, y deben reservarse para suelos granulares.

Las inyecciones químicas tienen una penetrabilidad mucho mayor que la del cemento, pudiendo alcanzar casi la del agua, por lo que, pese a su mucho mayor coste, sustituyen a las de cemento en suelos con alto contenido de finos.

La técnica aplicada, con el sistema tubo-manguito, se basa en una estimación del volumen de huecos que será necesario rellenar, disponiendo el espaciamiento de las inyecciones en función de la distancia que se estima que puede penetrar el producto inyectado en el terreno.

Antes de elegir el tipo de inyección a realizar, es esencial efectuar pruebas, a fin de verificar su eficacia.

3. JET-GROUTING

Con este sistema se consigue la disgregación total del suelo original, que se une íntimamente con la lechada de cemento, formando así, al fraguar un sólido mixto suelo-cemento, de características de resistencia e impermeabilidad muy superiores al terreno original.

Esta técnica puede aplicarse en terrenos arcillosos o arenosos, dando óptimos resultados en suelos de arenas y gravas, pero no permite la presencia de bolos.

4. CONGELACIÓN DEL TERRENO

Se usa raramente, y sólo en terrenos saturados de agua, cuando no pueden aplicarse oros tratamientos.

Consiste en realizar unas perforaciones en el terreno, por las que se hace circular un fluido de congelación con nitrógeno líquido o salmuera, que origina un terreno congelado, y por tanto, estable, que permite el avance de la excavación.

Es un método muy lento y muy caro.

5. INYECCIONES ARMADAS

Consiste en realizar, entre el túnel y las estructuras afectadas, una especie de losa resistente, constituida por un terreno mejorado por la inyección, y armado con barras de acero. (Algo parecido a la solución de refuerzo de solera, como protección de las estructuras afectadas).

Para la ejecución de esta losa, se realizan primero unos pozos que rebasen suficientemente la cota de cimentación de las estructuras a proteger. Desde estos pozos se efectúan una serie de perforaciones en abanico, a varios niveles, que cubran toda el área de posibles subsidiencias. A través de estas perforaciones, en las que se introducen las barras de acero, se realiza la inyección de terreno.

6. INYECCIONES DE COMPENSACIÓN

Es cada vez más frecuente la construcción de túneles en medios urbanos, a escasa profundidad, en suelos blandos, y con cimentaciones de edificios y estructuras muy próximas. Todo esto conlleva subsidiencias de gran magnitud, a menudo inadmisibles. Tradicionalmente se ha tratado de solucionar el problema mejorando la técnica de excavación, con el empleo de escudos de presión de tierras o de lodo, o a través de tratamientos del terreno, con inyecciones de impregnación para mejorar las características geotécnicas del terreno, o bien, formando barreras físicas, como pantallas, pilotes, jet-grouting, etc, a fin de aislar la estructura de la fuente de movimientos.

Las inyecciones de compensación han constituido un notable avance en la solución de la problemática de las subsidiencias, pues con ellas se afronta el problema de una manera activa y continua durante todo el tiempo de ejecución de la obra, pudiendo reaccionar ante cualquier anormalidad que se presenten, si es diferente a las previsiones realizadas.

El procedimiento consiste en la realización de una serie de inyecciones de lechada de cemento, con técnica de tubo-manguito, en un área situada entre el túnel y los edificios a proteger. Estas inyecciones se siguen realizando de forma continua, a fin de compensar los asientos que se van produciendo a medida que avanza el túnel, provocando, con las altas presiones de inyección empleadas, los movimientos de elevación del terreno necesarios, a fin de que las deformaciones que se producen en la superficie, sena tolerables para las estructuras. Naturalmente también se producen efectos secundarios de refuerzo del terreno, ya que la metodología del procedimiento, es similar al de las inyecciones armadas, con los mismos abanicos de perforaciones inyectadas y armadas, con la diferencia de que ahora las inyecciones se realizan de forma continua, mientras avanza el túnel.

La metodología de las inyecciones de compensación consta de las siguientes fases:

Instalación de la instrumentación adecuada en toda la zona en que teman posibles afecciones originadas por la excavación del túnel, a fin de detectar y medir los movimientos del terreno.

Perforación de los pozos necesarios para la instalación de los niveles de abanicos de tubos-manguito necesarios para cubrir la zona y proteger. Los tubos han de ser de acero, en lugar de los tradicionales de PVC, empleados en las inyecciones de compensación, para que puedan resistir las altas presiones a las  que se realiza la inyección. El espaciado de los manguitos, o válvulas anti-retorno, en los tubos, suele ser de 0,50 m.

Realización de unas inyecciones preliminares de acondicionamiento y mejora del terreno. Estas inyecciones se distribuyen uniformemente por toda el área, a un volumen constante por cada uno de los manguitos utilizados. El objetivo de estas inyecciones es múltiple:

Restituir a sus valores iniciales las tensiones del terreno, que pueden disminuir por efecto de las perforaciones realizadas para la instalación de los tubos-manguito

Rellenar los posibles huecos existentes en el terreno

Reducir la compresibilidad del terreno.

Limitar la penetrabilidad de las futuras inyecciones, tratando de obtener una distribución los más homogénea posible

Conocer la respuesta del terreno a las inyecciones

Las mezclas usadas para la inyección suelen tener una relación A/C del orden de 2/1, con una adición de bentonita en torno al 4 –6 %. Si en el terreno hay huecos, o bien arcillas muy blandas, se recurre al empleo de morteros de cemento muy fluidos, con conos de 15 cm o más. Las bombas de inyección deben poder dar presiones de hasta 30-40 bar en el punto de inyección. Las admisiones varían grandemente con el tipo de terreno, pudiendo dar, como cifra orientativa, en Madrid, unos 50 l/m².

Esta fase de pretratamiento se considera terminada una vez conseguido un levantamiento controlado de la superficie del terreno, (medida con la instrumentación colocada previamente), levantamiento prefijado normalmente ente 2 y 4 mm.

Realización de una segunda fase de inyecciones, una vez comenzados los trabajos de excavación del túnel. Es en esta fase, en base a un exhaustivo y continuo control de los asentamientos que se van produciendo en superficie, en el momento en que se supere el umbral preestablecido de movimientos del terreno, se procede a realizar nuevas inyecciones en puntos concretos, a fin de compensar los movimientos detectados, manteniéndolos siempre dentro de límites admisibles para las estructuras.

En esta fase puede usarse el método reactivo, que está basado en la respuesta rápida a los movimientos ya producidos. Esto exige un sistema de auscultación y control muy importante, para, realizando los cálculos correspondiente, dependientes de la eficacia de la inyección, determinar los volúmenes de mezcla que es necesario inyectar, para contrarrestar los movimientos ya producidos.

La eficiencia del tratamiento, que se define como la relación entre los volúmenes de mezcla inyectados y los volúmenes de levantamiento producidos, ya es conocida desde las últimas pasadas de la fase de pretratamiento, aunque se va corrigiendo continuamente durante la fase de compensación.

El sistema d instrumentación deberá estar supervisado por personal especialista, que controle la evolución en el tiempo de todas las lecturas. También es necesaria una comunicación continua entre las actividades de excavación y las operaciones de inyección.

El método de inyecciones de compensación ofrece la ventaja sobre todos los demás métodos existentes, como inyecciones armadas, mejoras del terreno, pantallas, etc., de que permite una actuación continua, corrigiendo las hipótesis iniciales, cuando ello es necesario, mientras que, con los otros sistemas, sólo puede verificarse su eficacia, una vez ejecutado el túnel, sin ninguna posibilidad de actuación en el caso de que las hipótesis iniciales no fuesen correctas.

7. TRATAMIENTOS DEL TERRENO EN METRO DE MADRID

A este tema se le ha prestado especial atención a fin de poder:

Establecer la estabilidad del terreno, en el caso de existir la tendencia a inestabilidades.

Disminuir los asientos de edificios.

En el primer caso se han realizado diferentes tipos de tratamientos: Desde tratamientos verticales sistemáticos (jet-grouting y pilotes de mortero, generalmente), para coser el terreno y darle una cohesión aparente (entrada y salida de tuneladoras, zonas de rellenos, etc), hasta tratamientos con taladros inclinados para conseguir proteger el terreno de la inestabilidad que pudiera producirse (uso de “tiendas de campaña” en el caso de recubrimientos flojos), pasando al relleno sistemático con mortero –a través de perforaciones verticales ø 190-225 mm- de los huecos que podían formarse en los trasdós de las tuneladoras, en el caso de arenas sin finos. En la Fig. 15 se incluye el criterio de inestabilidad (para la de tipo dorsal) deducido de las experiencias de la zona de Alcorcón. En la Fig. 16 pueden verse uno de estos tipos de tratamientos (el de “tienda campaña”, utilizado en Leganés), descritos con más detalle en otros artículos de este número de la Revista de Obras Públicas.

Para el segundo objetivo se han utilizado, generalmente, dos tipos de soluciones:

Inyecciones de compensación, con taladros horizontales (desde pozo próximo) debajo de la estructura a compensar. El tratamiento se hacía en dos fases (pretratamientos o adecuación y propia compensación). En la Fig. 17 puede verse un criterio práctico que permite calcular la eficacia del tratamiento (relación entre el volumen a inyectar y el volumen de asientos a compensar), según la experiencia que se ha obtenido de diversas obras de la Ampliación del Metro.

Barreras laterales (verticales e inclinadas) de taladros de jet-grouting entre el túnel y el edificio, para intentar “cortar la cubeta de asientos”. Este sistema se ha utilizado generalmente colocando cada barrera con doble fila de taladros (separados 0,70 a 0, 80 m), de forma que la separación entre taladros de una misma fila fuera del orden de 1,20 a 1,80 m, según la deformabilidad del terreno.