mitigacion de licuacion de arenas mediante pilas de grava compactada

Mitigación de la Licuación de arenas mediante Pilas de Grava Compactada

Conoce como se mitigó el potencial de licuación para cuatro Tanques de almacenamiento que se construyeron en una nueva refinería ubicada en Paraíso Tabasco.

By Geovani García y Héctor de la Fuente.
Ingeniero de proyectos de Soilsolution

mitigacion de licuacion de arenas mediante pilas de grava compactada
mitigacion de licuacion de arenas mediante pilas de grava compactada

Lugar: Paraíso, Tabasco, México.
Sector: Energético.
Tipo de proyecto: Mitigación de licuación de arenas.
Sistema de mejoramiento: Geopier-Impact.

ANTECEDENTES DEL PROYECTO

A principios del año 2020, Soilsolution fue invitado a participar en un proyecto del sector petrolero, el cual consistía en el desarrollo de una refinería ubicada en el sureste mexicano (Paraíso, Tabasco). El reto geotécnico consistía en proponer una solución de cimentación para cuatro tanques de almacenamiento que fuera inmediata y efectiva para mitigar el fenómeno de licuación que se detectó en la zona de desplante de los tanques.

El fenómeno de licuación de arenas se detectó en casi todo el predio de la refinería a través de campañas de exploración y dictámenes geotécnicos previos; los hallazgos indicaban depósitos de arena potencialmente licuables de más de 15 metros. Debido a la presencia de estratos de arena licuables, la solución inmediata fue el método de mejoramiento de suelos mediante compactación dinámica masiva. Sin embargo, esta técnica solo fue aplicable en zonas que tenían inicialmente el depósito de arena licuable. En zonas donde se tenía presencia de un estrato de arcilla superficial, el sistema de compactación dinámica no era una opción viable ya que la capa de arcilla superficial amortiguaría las vibraciones que se buscan generar para la densificación de las arenas sueltas.

Los tanques de almacenamiento que fueron asignados a Soilsolution se encontraban precisamente en este último tipo de zona. Debido a ello, se analizaron dos opciones, mediante cimentaciones profundas (pilas o pilotes) y Pilas/Columnas de Grava Compactada mediante el sistema Impact ®. Como resultado de la evaluación de ambas opciones, se optó por las Pilas/Columnas de Grava Compactada principalmente por la rapidez de construcción y efectividad contra el fenómeno de licuación.

La distribución en planta de los tanques, así como su diámetro y presión ejercida al suelo (estática e hidrostática) se aprecian en la Figura 1.

distribucion en planta de los tanques
Figura 1. Vista en planta de la distribución de los tanques de almacenamiento.

CONDICIONES ESTRATIGRÁFICAS

En el predio se realizaron con antelación extensas campañas de exploración geotécnica, en las que predominaron sondeos SPT con recuperación de muestras inalteradas y sondeos CPTu hasta una profundidad promedio de 40 m. La interpretación de la exploración permitió definir un modelo geotécnico en la zona de desplante de los tanques se aprecia en las Figuras 2 y 3.

El resultado del análisis de licuación indicó que los estratos de arena potencialmente licuables se encontraban en el primer depósito de arena (tercer estrato) y que podrían generar un asentamiento superficial post licuación de hasta 40 cm.

Corte A-A
Figura 2. Corte A-A
Corte B-B
Figura 3. Corte B-B

SOLUCIÓN

Se propuso un mejoramiento de suelos mediante la construcción de 980 Pilas o Columnas de Grava Compactada a 12.5m con el sistema Impact® de Geopier®. La instalación de Pilas de Grava Compactada en arenas licuables mejora las propiedades resistentes que esta tiene a la licuación, ya que reemplaza las arenas sueltas con elementos de refuerzo densos y rígidos, y aumentan el grado compacidad del suelo circundante matriz; es decir, de ser arenas sueltas pasan a ser arenas densas. Además, las Columnas de Grava Compactada al tener una permeabilidad alta funcionan como drenes que ayudan a disipar los excesos de presión de poro que se generan durante un sismo.

Esquema de la distribucion de Pilas de Grava Compactada
Figura 4. Esquema de la distribución de Pilas de Grava Compactada.

Después de realizar un análisis de licuación en condiciones mejoradas se obtuvo un aumento en los factores de seguridad a lo largo de la profundidad mejorada y se disminuyó el asentamiento post licuación de 40 a 5 cm. Además, fue revisado para cumplir con los estados límites de falla y de servicio, como, falla por inestabilidad de borde (condición estática y dinámica) y asentamientos estáticos.

La propuesta de solución mediante Pilas o Columnas de Grava Compactada fue construida en un tiempo de 50 días; en condiciones favorables de trabajo se obtuvieron rendimientos de hasta 575 ml/día. Posteriormente, para validar su funcionalidad se realizaron campañas de exploración geotécnicas complementarias mediante pruebas CPTu y SPT. La comparación de ambas campañas de exploración indicó el cumplimiento del objetivo del mejoramiento de suelos. En las siguientes Figuras se aprecia la comparación de sondeos CPTu realizados en condición in-situ (sin mejoramiento) y pos mejoramiento mediante las Columnas de Grava Compactada.

Comparado con otros sistemas de mejoramiento de suelos, las Pilas de Grava Compactada presenta ventajas costo-efectividad debido a lo siguiente: disminuye tiempos de construcción, requiere poco equipo de construcción pesado y el material de construcción es únicamente grava.

Comparado con soluciones de cimentaciones profundas estas ventajas se ven reflejadas en ahorros de partidas de cimentación del 20 al 40 %. Otra característica importante de las Pilas de Grava Compactada es su diseño por desempeño; al permitir deformaciones del suelo, siempre y cuando se cumplan con las permisibles, se obtiene un diseño óptimo.

Figura 5. Vista en planta de la distribución de las Pilas de Grava Compactada en los tanques de almacenamiento.

Después de realizar un análisis de licuación en condiciones mejoradas se obtuvo un aumento en los factores de seguridad a lo largo de la profundidad mejorada y se disminuyó el asentamiento post licuación de 40 a 5 cm. Además, fue revisado para cumplir con los estados límites de falla y de servicio, como, falla por inestabilidad de borde (condición estática y dinámica) y asentamientos estáticos.

La propuesta de solución mediante Pilas de Grava Compactada fue construida en un tiempo de 50 días; en condiciones favorables de trabajo se obtuvieron rendimientos de hasta 575 ml/día. Posteriormente, para validar su funcionalidad se realizaron campañas de exploración geotécnicas complementarias mediante pruebas CPTu y SPT. La comparación de ambas campañas de exploración indicó el cumplimiento del objetivo del mejoramiento de suelos. En las siguientes Figuras se aprecia la comparación de sondeos CPTu realizados en condición in-situ (sin mejoramiento) y pos mejoramiento mediante las Pilas de Grava Compactada.

Verificacion del mejoramiento de suelo en el Tanque mediante pruebas CPTu
Verificación del mejoramiento de suelo en el Tanque 1 mediante pruebas CPTu.
Verificacion del mejoramiento de suelo en el Tanque 2 mediante pruebas CPTu
Verificación del mejoramiento de suelo en el Tanque 2 mediante pruebas CPTu.
Verificacion del mejoramiento de suelo en el Tanque 3 mediante pruebas CPTu
Verificación del mejoramiento de suelo en el Tanque 3 mediante pruebas CPTu
verificacion del mejoramiento de suelo en el tanque 4 mediante pruebas cptu
Verificación del mejoramiento de suelo en el Tanque 4 mediante pruebas CPTu

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