pilas de grava compactada vs columnas de grava

Pilas/Columnas de Grava Compactada con los sistemas Geopier® VS Columnas con el método de Vibrosustitución

Comparativa entre métodos constructivos según resultados de investigaciones hechas a escala real

By Héctor de la Fuente y Geovani García

¿QUÉ SON LAS PILAS O COLUMNAS DE GRAVA COMPACTADA CON LOS SISTEMAS GEOPIER®?

Las Pilas/Columnas de Grava Compactada con el sistema Geopier® y las columbas de grava con el sistema Vibrosustitución son un tipo de mejoramiento de suelos que consisten en elementos verticales similares a una pila o pilote, pero que se constituyen solamente por grava y se construyen directamente en el suelo ya sea por “sustitución y reemplazo” o “desplazamiento” del suelo. Su diferencia principal está en el proceso constructivo; el sistema de vibrosustitución generalmente son construidas con una vibrolanza, la cual solo desarrolla vibración horizontal, mientras que las Pilas/columnas de Grava Compactada con el sistema Geopier® son construidas con un apisonador biselado patentado que genera una alta energía de vibro-compactación vertical y horizontal, lo cual hace mucha diferencia entre el desempeño de las mismas.

EQUIPO REQUERIDO

Pilas/columnas de Grava Compactada con los sistemas Geopier®:

Cuando se utiliza la técnica de sustitución y reemplazo, se utiliza una perforadora helicoidal montada sobre orugas, un apisonador biselado hidráulico montado sobre orugas y de un bobcat de orugas para la deposición de grava en la cavidad perforada.

Columnas de Grava con el sistema de vibrosustitución:

Requiere de un generador eléctrico, grúa para mantener la vibrolanza suspendida y un cargador para la deposición de grava en la tolva de la vibrolanza.

vibrolanza
a)
Pilas de Grava Compactada
b)

Figura 1 a) Equipo requerido para la construcción de (a) Columnas de Grava y (b) Pilas de Grava Compactada (White et al., 2004).

COMPARACIÓN TÉCNICA ENTRE LOS SISTEMAS GEOPIER® Y EL MÉTODO DE VIBROSUSTITUCIÓN

1. Mayor resistencia al esfuerzo cortante.

El proceso de compactación en las Pilas/Columnas de Grava Compactada con los sistemas Geopier® provoca una mayor resistencia al esfuerzo cortante, ya que desarrolla ángulos de fricción interna arriba de los 48°; mayores a los reportados en Columnas de Grava con el método de la Vibrosustitución (Figura 2). Ángulos de fricción más altos proporcionan una mayor resistencia al corte en las pilas, lo que significa requerir menos elementos en comparación con las Columnas de Grava con el método de vibrosustitución.

angulo de friccion interna de la grava instalada
Figura 2 Ángulo de fricción interna de la grava instalada (White et al., 2002).

2. Mayor capacidad de carga.

Los altos ángulos de fricción interna que presentan las Pilas / Columnas de Grava Compactada con los sistemas Geopier® permiten el desarrollo de valores altos de capacidad de carga, lo cual se traduce en diseño de cimentaciones superficiales de menor tamaño y por tanto reducción del costo de cimentación (Figura 3).

Figura 3 Rangos de capacidad de carga tipicos
Figura 3 Rangos de capacidad de carga típicos (White et al., 2002).

3. Mejor control de asentamientos.

El proceso único de compactación de las Pilas de Grava Compactada con los sistemas Geopier® permite crear pilas que son de dos a nueve veces más rígidas que las Columnas de Grava con Vibrosustitución (Figura 4). Debido a ello pueden ser utilizadas en estructuras de peso ligero a pesado.

Figura 4 Mejoramiento del control de asentamientos (White et al., 2002).

Ventajas comprobadas.

La comparación “lado al lado” entre los sistemas Geopier® y el método de vibrosustitución en pruebas realizadas en campo (a escala real) demuestran diferencias significativas de rendimiento:

  • Las Pilas/Columnas de Grava Compactada con los sistemas Geopier® alcanzan una densificación y rigidización del suelo matriz mayor que las construidas con el proceso de vibrosustitución (White et al., 2004).
  • El asentamiento esperado del suelo matriz que rodea a los elementos de Grava con el sistema de vibrosustitución es mayor al esperado en las Pilas/columnas de Grava Compactada con el sistema Geopier® (White et al., 2004).
  • El desempeño de las Columnas de Grava con el método de la vibrosustitución no es efectivo en suelos con contenido de finos mayor o igual que el 10 % (CFE, 2015: B.2.8); las partículas finas (limos o arcillas) no permiten una adecuada compactación del suelo circundante ya que amortiguan las vibraciones; mientras que el desempeño de las Pilas de Grava Compactada con los sistemas Geopier® no se ven afectados por el contenido de finos, ya que además de utilizar energía de vibración también utiliza una alta energía de compactación; el proceso de compactación vertical contribuye a aumentar los esfuerzos horizontales en el suelo matriz, lo cual es especialmente importante en suelos blandos, como arcillas y limos.
  • Las Columnas de Grava con el método de la vibrosustitución requieren 2 veces el área de reemplazo que las Pilas de Grava Compactada con los sistemas Geopier® (Tonkin & Taylor, 2015).
  • Las Pilas de Grava Compactada de Geopier® ofrecen de dos a nueve veces más rigidez que las Columnas construidas con vibrolanzas (Tonkin & Taylor, 2015).

RESUMEN DE VENTAJAS DE LAS PILAS DE GRAVA COMPACTADA

  • Las Pilas o Columnas de Grava Compactada con los sistemas Geopier® son elementos mucho más rígidos y ejercen presiones laterales que mejoran el suelo matriz en mayor proporción que las Columnas de Grava con el método de la Vibrosustitución.
  • Mayor resistencia al esfuerzo cortante y mayor capacidad de carga.
  • Conducen a construir cimientos superficiales más pequeños y por tanto un menor costo de cimentación.
  • Mejoran el control de asentamientos.
  • Las Pilas/Columnas de Grava Compactada de Geopier® se pueden instalar en casi todas las condiciones de suelo.
  • El método constructivo de las Pilas/Columnas de Grava Compactada de Geopier® se puede adaptar fácilmente para utilizar concreto reciclado o grava tratada con cemento.
  • Los lados ondulados de las Pilas o Columnas de Grava Compactada de Geopier® que se generan durante su proceso constructivo generan una adecuada interconexión entre el suelo matriz y el material de la pila; se traduce en una mayor resistencia al corte perimetral, lo cual puede ser de beneficio si se requiere aportar fuerza de tensión al suelo mediante anclas.

Con nuestro soporte de ingeniería de diseño y construcción y las pruebas de módulo específicas in-situ, combinadas con la experiencia de control de asentamiento para miles de proyectos, brindamos un nivel inigualable de soporte y confiabilidad para cumplir con prácticamente todos los desafíos de mejoramiento de suelos.

REFERENCIAS

CFE. (2017). Manual de Diseño de Obras Civiles. En Capitulo B.2.8. Mejoramiento de suelos.

Tokin y Taylor. (2015). Findigns from Trials to Manage Liquefaction Vurlnerability. En Residential Ground Improvement Report EQC. Earthquake Commission EQC.

White, D. J., Suleiman, H. T Pham, y Bigelow, J. (2002). Shear Strength Envelopes for Aggregate used in Geopier Foundation Construction: Final Report. Iowa State University.

White, D., Wissmann, K., Barnes, A. y Gaul, A. (2004). Embankment Support: a Comparison of Stone and Rammed Aggregate Pier Soil Reinforcement.

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