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- 1 - MEJORA DEL TERRENO MEDIANTE SUPERJET GROUTING Juan Manuel Fernández Vincent, Ingeniero Civil Gerente General PILOTES TERRATEST ARGENTINA S.A. E-mail: [email protected] 1. INTRODUCCION Se presentan tres obras donde se ha empleado el tratamiento de mejora del terreno mediante el Super Jet- Grouting. Esta tecnología es una evolución del jet grouting tradicional que utiliza la inyección radial de fluidos, a muy alta velocidad, para desagregar (erosionar) el terreno, sustituyendo parcialmente el material erosionado y mezclándolo con un agente de cementación para formar un nuevo material. La aplicación de esta técnica, nos permite introducir en el terreno nuevos materiales en la forma de columnas enteras o truncadas, que consiguen mejorar las características geotécnicas resistentes de la zona tratada, reducir su deformabilidad, o disminuir su permeabilidad. Sus aplicaciones se han extendido a una gran variedad de trabajos que incluyen: cimentaciones, recalces, soporte de excavaciones, mejoras del terreno, obras auxiliares para la construcción de túneles, estabilización de laderas, control del agua freática, etc. Es una de las tecnologías más demandantes de los sistemas de mejora, requiriendo excelencia técnica en el diseño y la construcción por parte de especialistas. Las ventajas de aplicación de esta técnica radican en su aplicabilidad a casi todos los tipos de suelos; tratamientos particularizados o a estratos de suelos específicos; utiliza componentes inertes; su ejecución es sin vibraciones; puede evitar instalaciones enterradas; y la posibilidad de trabajar con limitaciones de espacio. 2. BREVE DESCRIPCION DEL JET-GROUTING Hay tres sistemas tradicionales de jet grouting. La selección del sistema más apropiado es una función del suelo a tratar, la aplicación, y las propiedades del suelo tratado para el fin deseado. Sin embargo, cualquier sistema puede ser utilizado en casi todas las aplicaciones si el diseño y la ejecución son congruentes con el sistema elegido. Monofluido: La inyección de lechada de cemento es bombeada por el varillaje y sale por la tobera horizontal del monitor con una alta velocidad (aprox. 200 m/seg). Esta energía causa la erosión, disgregación, mezcla y desplazamiento del suelo. Este sistema es el más antiguo y simplificado. Se pueden emplear varias toberas. Doble fluido (agua): un varillaje interno de dos fases es empleado para separar la provisión de agua y lechada de cemento a dos toberas desplazadas verticalmente del suelo. La disgregación del terreno se realiza con agua a alta presión por la tobera superior y la inyección de relleno de lechada por la tobera inferior. Triple fluido: lechada, aire y agua son bombeadas a través de diferentes líneas al monitor inferior. Agua a alta velocidad envuelta en un chorro de aire forman el medio erosivo. La lechada sale a una velocidad

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Articulo de analisis de tratamientos de mejora del terreno con jet grouting y superjet grouting con elementos finitos

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MEJORA DEL TERRENO MEDIANTE SUPERJET GROUTING Juan Manuel Fernández Vincent, Ingeniero Civil Gerente General PILOTES TERRATEST ARGENTINA S.A. E-mail: [email protected]

1. INTRODUCCION Se presentan tres obras donde se ha empleado el tratamiento de mejora del terreno mediante el Super Jet-Grouting. Esta tecnología es una evolución del jet grouting tradicional que utiliza la inyección radial de fluidos, a muy alta velocidad, para desagregar (erosionar) el terreno, sustituyendo parcialmente el material erosionado y mezclándolo con un agente de cementación para formar un nuevo material. La aplicación de esta técnica, nos permite introducir en el terreno nuevos materiales en la forma de columnas enteras o truncadas, que consiguen mejorar las características geotécnicas resistentes de la zona tratada, reducir su deformabilidad, o disminuir su permeabilidad. Sus aplicaciones se han extendido a una gran variedad de trabajos que incluyen: cimentaciones, recalces, soporte de excavaciones, mejoras del terreno, obras auxiliares para la construcción de túneles, estabilización de laderas, control del agua freática, etc. Es una de las tecnologías más demandantes de los sistemas de mejora, requiriendo excelencia técnica en el diseño y la construcción por parte de especialistas. Las ventajas de aplicación de esta técnica radican en su aplicabilidad a casi todos los tipos de suelos; tratamientos particularizados o a estratos de suelos específicos; utiliza componentes inertes; su ejecución es sin vibraciones; puede evitar instalaciones enterradas; y la posibilidad de trabajar con limitaciones de espacio. 2. BREVE DESCRIPCION DEL JET-GROUTING Hay tres sistemas tradicionales de jet grouting. La selección del sistema más apropiado es una función del suelo a tratar, la aplicación, y las propiedades del suelo tratado para el fin deseado. Sin embargo, cualquier sistema puede ser utilizado en casi todas las aplicaciones si el diseño y la ejecución son congruentes con el sistema elegido. Monofluido: La inyección de lechada de cemento es bombeada por el varillaje y sale por la tobera horizontal del monitor con una alta velocidad (aprox. 200 m/seg). Esta energía causa la erosión, disgregación, mezcla y desplazamiento del suelo. Este sistema es el más antiguo y simplificado. Se pueden emplear varias toberas. Doble fluido (agua): un varillaje interno de dos fases es empleado para separar la provisión de agua y lechada de cemento a dos toberas desplazadas verticalmente del suelo. La disgregación del terreno se realiza con agua a alta presión por la tobera superior y la inyección de relleno de lechada por la tobera inferior. Triple fluido: lechada, aire y agua son bombeadas a través de diferentes líneas al monitor inferior. Agua a alta velocidad envuelta en un chorro de aire forman el medio erosivo. La lechada sale a una velocidad

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menor por una tobera separada, debajo del jet de erosión. Esto separa el proceso de erosión del proceso de inyección.

Figura 1: Sistemas Estándar de Jet-Grouting

SuperJet (doble fluido, aire): este sistema utiliza la base de un sistema de doble fluido (aire+lechada), pero con un monitor altamente sofisticado, especialmente diseñado para gobernar y focalizar de una manera precisa la energía de la materia inyectada. La lechada es empleada para erosionar y mezclarse con el suelo. El aire envuelve el jet de lechada para incrementar la eficacia de la erosión. Valiéndose de una baja velocidad de rotación y ascenso, se alcanzan grandes diámetros de columnas de suelo tratado.

Figura 2: Sistema de Superjet-Grouting

El procedimiento de ejecución comienza con la realización de una perforación en el terreno hasta la profundidad requerida, que permite que el útil de inyección acceda al lugar deseado del tratamiento. A continuación se inicia la inyección para poder formar el cuerpo de suelo tratado, mediante el desplazamiento vertical del monitor (la cabeza de inyección) y aplicando simultáneamente rotación. La inyección de cemento se mezcla con el terreno y también parte de la misma es expulsada. Todo el material expulsado a la superficie constituye el material de resurgencia o rechazo. El jet rompe el terreno que es desplazando parcialmente hacia el exterior por el espacio anular que queda disponible entre el varillaje y la perforación. El monitor se extrae con una velocidad de ascenso y una velocidad de rotación por lo que las formas constructivas habituales son “columnas”. Se comprende que, ejerciendo una acción constante con el jet (chorro), la respuesta del terreno es variable según la resistencia que oponga al mismo, y por ello el tamaño y forma del cuerpo tratado obtenido mostrará oscilaciones en dimensiones, configuración, etc., en función del tipo de suelo encontrado. Las instalaciones para el equipamiento consisten habitualmente en: silos de cemento, plantas automáticas (batch plants), especialmente diseñadas para facilitar una mezcla vigorosa de las partículas coloidales, con proporciones exactas y con una producción suficiente (hasta 30 m3/hora), bombas hidráulicas capaces de

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suministrar los fluidos en los volúmenes y presiones apropiados, perforadora hidráulica, varillaje y herramientas adecuadas tanto de perforación como de inyección, mangueras de alta presión, etc.

Figura 3: Proceso de ejecución de Superjet-Grouting

El producto que se obtiene con un tratamiento tipo jet grouting depende muchos factores, que a su vez residen tanto en los parámetros del propio sistema (tipo de jet, presión de inyección, caudal, material inyectado, velocidad de rotación y de ascensión, etc.) como del terreno (granulometría, densidad, estructura, nivel freático). Las lechadas de cemento utilizadas en las inyecciones de relleno y mezcla con el terreno habitualmente están dosificadas con una relación agua/cemento (a/c), en peso, comprendida entre 0,5 y 1,5. La resistencia a compresión simple (RCS) del jet grouting puede variar de 2 a 25 MPa, y está determinado por el contenido de cemento o cementante, la porción y tipo de suelo remanente en el suelo tratado.

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3. CASO DE APLICACIÓN 1 SOTERRAMIENTO DE LAS VIAS DEL TREN DE PALMA DE MALLORCA El proyecto se refiere al tratamiento de la cimentación profunda de Soterramiento de las Vías de Ferrocarril en Palma de Mallorca. La cimentación de la estructura consiste en pilotes de 2,20 m de diámetro y a la cota de fondo prevista de -32,00 m respecto al terreno actual. El tratamiento de mejora del terreno mediante SuperJet Grouting de la punta del pilote, con el fin de mejorar y reforzar el terreno natural, contemplando las situaciones de corto y largo plazo más desfavorables de presencia de suelo arcilloso, para apoyar la cimentación profunda definida en el proyecto constructivo,. Originalmente los sondeos del proyecto original llegaban hasta aprox. la cota -26,00, por lo que durante la ejecución de sondeos complementarios la aparición de un estrato de suelo arcillo por debajo de esa cota y bajo la punta de los pilotes condicionaba la ejecución de la estación en un proceso de excavación top-down, que ya se encontraba en construcción. Los perfiles geológicos que nos han suministrado muestran cinco unidades o niveles geotécnicos con una gran heterogeneidad tanto a nivel horizontal como vertical. A continuación se indican los distintos niveles encontrados: • Nivel I : Relleno y suelo vegetal. • Nivel II : Gravas con arenas, gravas y bolos de compacidad muy densa. • Nivel III : Arcilla, localmente limo arcilloso de plasticidad baja a media y compacidad variable de

media a muy densa. • Nivel IV : Conglomerado o costra calcárea muy dura. • Nivel V : Arena arcillosa o limo arenoso, localmente cementado de compacidad densa. El nivel freático se detectó a una profundidad de aproximadamente -18,00 m.

Figura 4: Planta de la estación de Palma de Mallorca

Para nuestro estudio se consideraron los valores de las características geotécnicas que se indicaban en los informes geotécnicos del proyecto y los estimados para el suelo tratado.

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Figura 5: Ejecución de los pilotes de gran diámetro

Descripción γ

kN/m3 φu

Cu

kN/m2

Eu

kN/m2 νu φ´ C´

kN/m2

E’

kN/m2 ν’

Arcilla, localmente limo arcilloso

20 0º 150 45.000 0,50 28º 25 10.000 –

30.000

0,30

Gravas con arenas, gravas y bolos

21 38º 50 100.000 0,30 38º 5 80.000

400.000

0,30

Suelo tratado (arcilla) con SuperJet Grouting

20 - - - - 30º 750 0,75x105 0,30

γ - peso unitario saturado del terreno φu – ángulo de fricción del suelo no drenado φ´ – ángulo de fricción del suelo drenado Cu – cohesión del suelo no drenado C´ – cohesión efectiva del suelo. Eu – módulo de deformación del suelo no drenado E’ - módulo de deformación del suelo drenado νu – coef. de Poisson del suelo no drenado ν – coef. de Poisson del suelo drenado

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Figura 6: Sección del pilote de gran diámetro con tratamiento de punta

Figura 7: Sección transversal de la columna de 1,50 metros (con disposición de tubos guía) y sección

transversal en la punta del pilote

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3.1 CARACTERISITICAS DE LAS COLUMNAS DE SUPERJET-GROUTING Las columnas de SuperJet Grouting bajo la punta de los pilotes descenderán hasta la longitud definida en el diseño final en función del nivel de carga y perfil de terreno para mejorar la capacidad portante del suelo, disminuir el asiento total y diferencial, y homogeneizar el suelo “en sus diferentes estados de carga-tiempo. La longitud total de las columnas de SuperJet Grouting bajo las puntas de pilotes de diámetro de 2,20 m se proyectó de 7,00 metros, habiéndose realizado un análisis de sensibilidad de este valor. Se especifican cuatro columnas de SuperJet Grouting bajo las puntas de los pilotes con carga de servicio mayor a 16.500 kN (carga máxima 24.500 kN) y tres columnas de SuperJet Grouting bajo las puntas de los pilotes con carga de servicio menor a 16.500 kN. La profundidad de ejecución de las columnas a la cota de -39 metros respecto del terreno natural representaba un desafío pues existen pocos antecedentes de obras ejecutadas con jet grouting a esas profundidades. En función de los antecedentes disponibles y la experiencia previa se estimó un diámetro de columnas de SuperJet Grouting de 1,80 m como mínimo. Igualmente se realizaron pruebas de campo para verificar estas hipótesis de diseño. Hay que indicar que se esperaban diámetros mayores en el suelo gravoso, pero en el análisis se contempló el mismo diámetro de columnas de SuperJet para el suelo arcilloso y gravoso. Se consideró un diámetro equivalente de 4 columnas de SuperJet Grouting de 3,20 m en el modelo de análisis.. Para el cálculo de capacidad portante y asientos se utiliza el programa PLAXIS Professional Versión 7.2 de elementos finitos que realiza un cálculo empleando una relación tensión-deformación en función del modelo constitutivo adoptado, analizando las diferentes etapas del proceso constructivo.

Figura 8: Campo de pruebas. Columnas de SuperJet Grouting en arcillas firmes

3.2 MODELO DE CALCULO Se plantea un modelo axilsimetrico del pilote, donde el pilote se ha considerado con su geometría real y se le asignaron las propiedades de material de un hormigón.

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Se ha tomado como representativo el modelo del terreno más desfavorable respecto a la presencia del suelo arcilloso bajo y por encima de la punta de pilote (cota de la punta de pilotes -32,00m), aunque luego se hicieron análisis de sensibilidad al respecto.

3.2 ANALISIS DEL PROCESO CONSTRUCTIVO Para el análisis del método de ejecución se analizaron varias alternativas en función de las posibilidades existentes en la obra pero que se basaban fundamentalmente en la ejecución del pilote-columna, la ejecución de la losa superior contra en terreno, el tratamiento de la punta, y la excavación a la cota -13.

etapa 1. – estado inicial Etapa 2 - Ejecución de los pilotes

MODELO DEL TERRENO CONSIDERADO

Capa nº

Profundidades

Valores medios

1.- Gravas con arenas 0 a 5,00 m 2.- Gravas con arenas 5,00 a 10,00 m 3.- Arcilla 10,00 a 12,00 m 4.- Gravas con arenas 12,00 a 13,00 m 5.- Arcilla 13,00 a 15,00 m 6.- Gravas con arenas 15,00 a 20,00 m 7.- Arcilla 20,00 a 23,00 m 8.- Gravas con arenas 23,00 a 27,00 m 9.- Arcilla 27,00 a 41,00 m 10.- Gravas con arenas 41,00 a 45,00 m 11.- Arcilla > 45,00 m

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etapa 3. – Ejecución del tratamiento de punta etapa 4. – excavación cota -13,00 La última etapa 5 del cálculo se refiere a la aplicación de la carga sobre el pilote de 2,20 m. Se ha considerado el caso más desfavorable respecto a las cargas que transmiten las columnas de la estructura a los pilotes de 24.500 kN (Eso representa una tensión media en el pilote de 64,50,0 kg/cm2). Hay que indicar que se han analizado y comparado todos los cálculos en tres puntos característicos tanto para las deformaciones como tensiones: en la cabeza del pilote, en la punta y en el pie de la zona tratada. 3.3 RESULTADOS A continuación se muestra un resumen de los asientos esperados en los puntos característicos para los dos casos considerados, no drenado y drenado (“corto” y “largo plazo” respectivamente):

Punto característico Carga de servicio (kN)

Asiento “ corto plazo” 

(cm)

Asiento “ largo plazo” 

(cm)

Cabeza del pilote (-13,0 m) 24.500 2,60 3,30

Punta del pilote (-32,0 m) 24.500 2,40 3,00

Pie tratamiento (-39,0 m) 24.500 1,40 1,90

Los asientos absolutos estimados de los pilotes tratados con columnas de SuperJet Grouting son inferiores a 3,50 cm, el cual se tomo como parámetro de diseño.

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Figura 9: Deformaciones totales del pilote con tratamiento en la punta.

Figura 10: Deformaciones totales del pilote sin tratamiento en la punta.

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A continuación se muestra un resumen de las cargas y deformaciones verticales en el estado último, para cada análisis estudiado. Los coeficientes de seguridad se han calculado comparando las cargas en el estado de servicio y en el estado último (estado de rotura del suelo):

MODELO Carga de servicio

(kN)

Carga última (kN)

Coef. de seguridad

“corto plazo” 21.562* 31.806 1,50*

“largo plazo” 24.500 70.376 2,87

Analizando los resultados respecto las tensiones en los puntos elegidos, se determina la siguiente distribución de la carga:

MODELO Carga de servicio (kN)

Punta Pilote (kN)

Fuste pilote (kN)

Cota inferior SuperJet

(kN)

corto plazo 24.500 9.650 14.850 2.050

largo plazo 24.500 11.020 13.480 2.660

En el caso de no hacerse el tratamiento, el modelo indica que la carga última de largo plazo es de 30.600 kN, lo cual nos da un coeficiente de seguridad de 1,25, y el asiento para la carga de servicio es de 22 cm. De esto se desprende que sin la mejora el proyecto no era viable. 3.3 RESUMEN Y CONCLUSIONES En el diseño se ha contemplado la situación más desfavorable de presencia de suelo arcilloso bajo la punta de pilotes de diámetro de 2,20 m y la cota prevista de empotramiento de -32,00 m respecto al terreno actual. El diámetro estimado de columnas de SuperJet Grouting de 1,80 m fue comprobado mediante pruebas “in-situ”, previamente al tratamiento general. Los asientos absolutos estimados de los pilotes tratados con columnas de SuperJet Grouting informados de la estructura fueron de 2,50 cm.

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Figura 11: Excavación por debajo de la losa superior de la estación

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4. CASO DE APLICACIÓN 2 AUMENTO DE CALADO DEL MUELLE DE LEVANTE DEL PUERTO DE VALENCIA Se diseña la situación del Muelle de Levante, ubicado en el Puerto de Valencia, luego de realizada una mejora del terreno en base a la técnica de SuperJet-Grouting, con el fin de reforzar el terreno bajo la cimentación del cajón, para permitir la profundización del calado del puerto bajo la cota de cimentación actual -14,0 hasta la cota -15,20. Se contemplanron las situaciones más desfavorables de sobrecarga, para apoyar/reforzar la cimentación del cajón definida en el proyecto constructivo. Se presentan los estados tensionales y deformacionales esperables durante la operación del muelle antes y después del dragado, y el coeficiente de seguridad de la nueva geometría adoptada.

Figura 12: Equipo de SuperJet-Grouting durante la ejecución del tratamiento

Para el cálculo realizado se han considerado las características del terreno natural los parámetros presentes en la tabla I. En base a la experiencia en terrenos de condiciones similares recogidas por la empresa especialista, las características del terreno mejorado se estiman en función de la naturaleza inicial del terreno y su granulometría. Se estima la resistencia a compresión simple del terreno granular mejorado de 5-10 MPa. En base a la misma se estiman un par c-φ de 100 KN/m2- 35o y modulo de deformación de 5.000, MPa . Se ha considerado la disposición de las columnas formando una pantalla, con un diámetro medio de 3,20 metros y una longitud de columnas de 6,00 metros. Para la verificación de la operación del muelle se han considerado dos estados de carga: A: sobrecarga distribuida uniformemente de operación de 1 ton/m2 en los primeros 15 metros, y 6 t/m2 de almacenamiento. B: sobrecarga distribuida uniformemente de operación de 3 ton/m2 en los primeros 15 metros, y 6 t/m2 de almacenamiento y carga de 750 kN/ml de grúa a 2 m del borde del cajón, con carga horizontal de 21 kN/ml (30 x 0,70).

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Figura 13: Sección tipo del Muelle Levante

4.1 VERIFICACION DE ESTABILIDAD Para el cálculo de asientos y de estabilidad se ha utilizado el programa PLAXIS Professional Versión V8 de elementos finitos que realiza un cálculo empleando una relación tensión-deformación en función del modelo constitutivo adoptado, analizando las diferentes etapas del proceso constructivo.

Figura 14: Modelo base – Malla de elemento finitos - materiales

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Tabla I – características materiales

Se realizó una comparación de los estados tensionales del terreno y de los movimientos registrados en las soleras de apoyo durante la hipótesis pésima de sobrecarga (cargas B) antes y después de realizar el dragado, de manera de evaluar la situación actual y futura.

Figura 15: Modelo - Deformaciones con estado de cargas B

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Figura 16: Presiones efectivas con estado de cargas B, antes del dragado

Figura 17: Presiones en la base del cajón con estado de cargas B

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DRAGADO Y ESTADO DE CARGAS B Se presentan los resultados de los análisis del estado tensional y deformacional asociado al dragado y posterior estado de cargas de operación, almacenamiento y equipos de manipulación.

Figura 18: Deformaciones después del dragado con estado de cargas B

Figura 19: Presiones efectivas con estado de cargas B, después del dragado

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Figura 20: Presiones en la base del cajón con estado de cargas B, después del dragado

Figura 21: Coeficiente de seguridad de estabilidad con carga B - FS= 1,52

Las deformaciones en la plataforma de operación presentan un orden de magnitud similar al que se podía estimar para antes de realizar el dragado. La presencia del suelo tratado con SuperJet modifica la superficie potencial de falla y el coeficiente de seguridad ante la situación más probable de falla para el estado de carga mas desfavorable B, es de FS=1,52.

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4.2 RESUMEN Y CONCLUSIONES La presencia del suelo tratado de mayor rigidez, bajo la cimentación, hace que al realizarse el dragado se concentren las tensiones sobre ese macizo, trabajando a tensiones de servicio admisibles. Su presencia condiciona la superficie potencial de falla aumentado la seguridad global a valores de diseño. El macizo permite un dragado cuasi vertical y evita cualquier problema de erosión. El tratamiento permitió realizar un aumento de calado del puerto sin condicionar la operación del puerto.

Figura 22: Equipo de SuperJet Grouting durante el proceso de ejecución.

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5. CASO DE APLICACIÓN 3 TUNEL DEL JUCAR – LAV ACCESO A LEVANTE Durante la excavación del túnel del Júcar (Línea de Alta Velocidad de acceso a Levante) se había produjo un colapso, abriéndose una chimenea de importantes dimensiones que llegaba a verse incluso en superficie - Diámetro en superficie: aproximadamente 28 m - Longitud del colapso en interior del túnel: aprox. 43 m. - Desarrollo total del colapso incluyendo derrames de tierras: 74 m

Figura 23: Zona superficial afectada por el colpaso del túnel

Figura 24: Corte longitudinal del túnel y la zona colapsada

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El objeto de este documento se refiere al cálculo de mejora del terreno mediante SuperJet Grouting, con el fin de mejorar y reforzar el terreno natural y el suelo colapsado, para poder generar una protección en arco que permita materializar el tunel presente en el proyecto constructivo. Se ejecutaron 2 trabajos:: -Inyecciones previas al tratamiento de superjet: Con el fin de rellenar los huecos generados en el colapso y con el fin de confinar el terreno se ejecutaron unas inyecciones previas. Por “gravedad” y por el interior del varillaje se inyectó mortero -Arco de Superjet: Se ejecutaron columnas de superjet de diámetro 2,80 m de manera de formar un arco que permita la re-excavación del túnel en forma segura.

Figura 25: Sección del túnel con tratamiento de SuperJet

El perfil geotécnico muestra diferentes unidades geotécnicas tanto a nivel horizontal como vertical. A continuación se indican los distintos niveles encontrados: • Unidad A : Arenas y arenas arcillosas • Unidad B : Arcillas y arcillas arenosas • Unidad C : Costra carbonatada (superior)

El nivel freático se detectó a una profundidad variable, indicandose su situación en el perfil a aproximadamente 36 metros de la superficie.. Para nuestro estudio, hemos adoptado y considerado los valores de las características geotécnicas que se exponen a continuación para los niveles que componen el terreno natural, el alterado y el tratado Para evaluar los parámetros del suelo alterado se hizo un estudio de los parámetros del terreno asociados al colapso del túnel. Los parámetros del suelo tratado se estimaron en función de la resistencia a la compresión simple esperable del SuperJet Grouting.

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Descripción γ

(kN/m3) φ’

C’

(kN/m2)

E

(kN/m2) ν

Arenas y arcillas 19 30º 10 40.000 0,33

Suelo alterado 19 25º 1 15.000 0,25

Suelo tratado 19 30º 1000 2x106 0,25

γ : Peso unitario saturado del terreno φ’ : ángulo de fricción interna del suelo C’ : Cohesión efectiva del suelo E : Módulo de deformación del suelo ν : coeficiente de poisson del suelo 5.1 DISEÑO DEL TRATAMIENTO CON SUPERJET GROUTING Las columnas de SuperJet Grouting forman en conjunto un arco de un suelo tratado con mejores propiedades geomecánicas de aproximadamente 4,50-5,00 metros de espesor por sobre el túnel forma un marco. Se ha estimado un diámetro de columnas de SuperJet Grouting de 2,80 m tanto en el suelo alterado como en el terreno natural. En función de la naturaleza inicial del terreno, su granulometría, sus propiedades geomecánicas y en base a una dosificación de cemento se estima la resistencia a compresión simple (RCS) del suelo tratado de 4 MPa

Figura 26: Geometría inicial donde se puede ver la zona de suelo alterado supuesta

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Figura 27: Etapa de ejecución del SuperJet grouting.

Figura 28: Deformaciones en la etapa de excavación de avance.

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Figura 29: Tensiones en la etapa de excavación de avance.

Figura 30: Superficie potencial de falla con un coeficiente de seguridad de 2,00.

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Figura 31: Deformaciones para la etapa de excavación de destroza

Figura 32: Tensiones para la etapa de excavación de destroza

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Figura 33: Superficie potencial de falla con un coeficiente de seguridad de 1,40.

Se hizo una análisis de respecto de los límites de la zona alterada de manera de evitar que condicione el diseño propuesto. De este análisis se decidió la profundización del tratamiento en la zona de los pilares del arco de SuperJet, pues la misma condiciona la seguridad final.

Figura 34: Frente de ataque del túnel luego del tratamiento

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Figura 35: Se observa superiormente el marco de SuperJet

5.2 RESUMEN Y CONCLUCIONES En el diseño se contemplaron situaciones de hipotéticas de geométrica del suelo alterado o derrumbado que fueron verificadas durante el proceso de ejecución para poder validar el cálculo. Esto se pudo hacer en forma sistemática mediante perforaciones distribuidas en forma uniforme sobre la traza del tunel abarcando el tunel y una zona de seguridad a cada lado desde donde se hicieron las inyecciones previas. Las deformaciones superficiales estimadas son bajas pero estarán condicionadas por las propiedades geomecánicas del terreno alterado. Los cálculos validaron la posibilidad de realizar el tratamiento. Los factores de seguridad respecto a la posible falla potencial son de 2,00 y 1,40 para las dos etapas constructivas consideradas. Finalmente la el túnel se pudo ejecutar en forma segura y se retomó la construcción del tren de alta velocidad hacia Valencia.