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Estudio de casos
CONSOLIDACIÓN DE SUELO BAJO EDIFICIO
Joseba Escribano Villán1
[email protected]
RESUMEN
La intervención en la consolidación del suelo de cimentación con resina expansiva
para recuperar los asentamientos sufridos en la estructura, se realizó en dos fases con el
fin de aumentar la capacidad portante del suelo y del relleno de huecos en la interfase
suelo-cimentación. La intervención de consolidación se efectuó sobre una cimentación
continua de 70 ml, además de 14 zapatas aisladas. El plano de apoyo de la cimentación se
detectó a una profundidad de aproximadamente 3.70 m y las inyecciones de resina
afectaron a un volumen de tierra de unos 4,0 m de profundidad partir de aquella.
Palabras clave: Asentamientos; resinas; consolidación.
I. EL PROBLEMA
1. Situación y descripción
Edificio del Instituto Salesiano B.V. de S. Luca situado en la calle Jacopo della Quercia,
1 de Bolonia, Italia.
Situado en la zona norte del centro de la
ciudad (ver figura 1), en un área fuertemente
urbanizada, se caracteriza por la presencia de
un nudo ferroviario importante, la Estación
Bolonia Centrale, a pocos metros de la parte
posterior del Instituto, paralelo a dicha calle.
Fig. 1-Situación
El edificio de uso general docente, tiene
una superficie total cercana a los 30.000 m 2,
con cuatro plantas en forma de “H” sobre
rasante y, en el ala afectada del edificio, un sótano constituido por muros de mampostería
de distintas tipologías constructivas.
A partir de las perforaciones hechas durante la investigación previa y durante la
intervención de consolidación, se dedujo que la cimentación estaba formada por
1
Profesor Doctor Arquitecto Titular de la UPV/EHU – Departamento de Arquitectura
4º Congreso de patología y rehabilitación de edificios. PATORREB 2012
Joseba Escribano Villán, Dr. arquitecto
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cimentaciones continuas y zapatas aisladas. El plano de cimentación es uniforme y se
encuentra a una cota de -3.70 metros del plano de referencia tomado como cota 0,0.
Las zapatas aisladas se encuentran en la base de las columnas de la zona del sótano
(pórtico interior) y las continuas, vinculadas con los muros de carga de mampostería.
De dicha investigación, también ha sido posible establecer que:
- Los cimientos de la parte del sótano no están conectados por elementos continuos;
- La cimentación continua, en donde se ha investigado, presentaba una ampliación en
la base de 14-15 cm con un espesor de 60 cm;
- Las zapatas aisladas del pórtico, sólo en tres casos, tienen dimensiones de 1,00 x
1,00 m; los restantes tienen un tamaño de 1,30 x 1,30 metros.
- Las perforaciones efectuadas en la calle de Jacopo della Quercia han detectado la
presencia de bolsas de agua en la base de la cimentación;
- Las perforaciones efectuadas bajo las columnas del pórtico han revelado la
presencia de importantes discontinuidades en la parte inferior de la Cimentación
(desde cota -3,70 a -4,00 m);
- Las perforaciones a través de los zapatas de cimentación de las columnas del
pórtico, han detectado un estado de completa adherencia entre los ladrillos, no
siendo necesario el uso de fluidos de perforación.
2. Movimientos y efectos
En el referido nudo ferroviario, se ha
construido una estación para el TAV, para la que
se han realizado importantes obras subterráneas.
Tras su ejecución, comenzaron a aparecer grietas
en las paredes correspondientes al sótano del ala
del edificio más cercana al trazado de la
actuación.
Fig. 2-Grieta bajo hueco
Fig. 3-Grietas en paño entre pilares
Fig. 4-Grietas en muros de carga
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Las grietas (Figuras 2, 3 y 4), fueron controlándose durante un año completo,
deduciendo que su progresión era continua, aumentando las deformaciones de los
elementos estructurales y de las fábricas contenidas en ellos.
3. Estudio Geotécnico
Durante 2010 se llevaron a cabo varias campañas de investigación en las áreas
próximas a las zonas dañadas con el fin de conocer el terreno donde apoya ba la
cimentación y determinar las causas de la inestabilidad que dio lugar a los movimie ntos.
De dichas campañas se dedujo la homogeneidad de las estratificaciones con presencia
de litotipos aluviales-fluviales finos, limosos y arcillosos, con apariciones locales de arena
fina.
Bajo el primer nivel de relleno, a una profundidad aproximada de 3,5-4,0 m, se
detectó la presencia de materiales margosos y arcillosos plásticos sobreconsolidados. A
mayor profundidad, aparece una alternancia de depósitos cohesivos de consistencia
media, con niveles de arena locales a más de 15 m., y valores de resistencia que aumentan
gradualmente con la profundidad.
El nivel freático se detecta a una profundidad entre los 6,70 y 7,30 m.
De forma esquemática, la estratigrafía deducida de los sondeos junto con la
resistencia por punta y cohesión correspondiente, se indican en el Gráfico 1 que se
adjunta.
PROFUN
DIDAD (m)
De
A
0,0
2,0
3,0
4,5
2,0
3,0
4,5
8,0
TIPO
RESISTENCIA
POR PUNTA
(Kg/cm2)
Rellenos
Limos arcillosso/Arcillas limosas
Limos con arcillas
33-48
21-30
15-20
COHESION
(Kg/cm2)
1,20 -1,50
0,85 - 0,95
0,55 - 0,70
Graf. 1-Estratigrafía del suelo
II. LA SOLUCIÓN
La intervención de recompresión y consolidación realizada, tuvo el objetivo de
aumentar la capacidad portante del suelo de cimentación debajo de los muros principales
del ala afectada del edificio, y rellenar los huecos presentes en la interfase suelocimentación.
1. El producto: resinas
La metodología de la intervención (patente propiedad de Uretek S.r.l.), consiste en la
densificación del terreno en profundidad a través de la inyección de resinas de
poliuretano de alta presión de hinchamiento que, al expandirse, transmiten al volumen
sólido circundante una acción de compactación que produce aumento de la consistencia.
La intervención de consolidación, realizada en dos fases, se efectuó sobre 70 ml de
zapata continua y 14 zapatas aisladas.
Características de la resina aplicada:
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- La presión máxima de hinchamiento de la resina obtenida en condiciones
edométricas es de 10,2 MPa.
- El tiempo de reacción en que se completa la reacción de polimerización de la resina
es muy rápido (algunos segundos) lo que le permite al material quedarse confinado
en el espacio más cercano al punto de inyección, sin fluir demasiado lejos.
- El módulo de elasticidad de la resina expandida puede variar entre 10 MPa y 80
MPa, según el peso de volumen alcanzado en la reacción.
- La resina posee certificación de compatibilidad medioambiental de acuerdo con la
normativa vigente.
2. Inyecciones
Las inyecciones, con el fin de afectar a todo el volumen de los suelos tratados, se
realizaron mediante la colocación de conductos de inyección de forma alterna en
diferentes planos de profundidad: "niveles" (Gráfico 2).
Graf. 2-Niveles de inyección
Las perforaciones, de un diámetro de 26 mm y
ejecutadas a través de la cimentación, fueron
intercaladas a distancias regulares de aproximadamente
0,90 metros. De esta manera fue posible alcanzar el
terreno a tratar, y localizar con precisión el efecto de las
inyecciones.
La colocación de los tubos
de inyección se produjo al final
del proceso de perforación,
introduciendo a percusión los
tubos de acero en los agujeros
(Figura 5).
El
proceso
para
la
inyección,
como
se
ha
indicado, se basó en la
colocación alternada de dos niveles diferentes para cada
perforación.
Fig. 5-Inyección
Las operaciones de inyección se aplicaron, primero inyectando el material en los
niveles más superficiales, y después, en los niveles más profundos.
3. Monitorización
El empleo de instrumentos de nivelación láser permitió monitorizar constantemente
la estructura, controlando los desplazamientos verticales durante la inyección.
La interrupción de la inyección de resina se determinaba por la aparición de una de
las siguientes condiciones:
- el levantamiento de la estructura o,
- el límite de la presión de la bomba que inyecta la resina en el circuito primario,
indicando el elevado grado de densificación obtenido en el conjunto resina-terreno.
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Fig. 6- Ensayo sísmico
Durante la inyección de resina, con el fin de constatar el
comportamiento de la estructura con respecto a los
desplazamientos verticales, se emplearon equipos láser con una
precisión de ± 0,5 mm (Figura 6).
Los receptores, colocados en soportes especiales firmemente
conectados a las paredes verticales, se utilizaron con transmisor
láser montado en un trípode y a una distancia segura del lugar de
trabajo.
El principio de levantamiento vertical de la estructura, es una
indicación de la efectividad del tratamiento, ya que el mismo sólo
puede tener lugar después de que la expansión generada por el proceso de hinchamiento
de la resina, haya producido la densificación de todo el terreno que se encuentra
alrededor de las inyecciones en direcciones distintas respecto a la vertical (principalmente
en dirección horizontal), donde el estado de tensión es menor.
Una vez alcanzada la igualdad entre las tensiones verticales y horizontales existentes,
la resina continua su acción expansiva, ejerciendo una presión vertical que se transmite a
la cimentación, y que es reflejada por los receptores láser como desplazamiento vertical
de la estructura.
III. RESULTADOS
Se realizaron diversas pruebas de penetración en la zona objeto de la intervención,
con fin de determinar cuales eran las mejoras inducidas por las inyecciones de resina, en
términos de incremento del número de golpes.
Las pruebas se llevaron a cabo bajo los muros de cimentación, utilizando un
penetrómetro dinámico.
En el siguiente plano (Gráfico 3) se indican las zonas consolidadas y los puntos de
ensayo con el penetrómetro, y en los gráficos comparativos (Grafico 4), el antes y después
del tratamiento de algunos de los resultados mas significativos.









Graf. 3-Planta del ala afectada: sondeos e inyecciones
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

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Penetrómetros 07 - 08
Penetrómetros 01 - 02
NUMERO DE GOLPES c/10 cms
NUMERO DE GOLPES c/10 cms
10
15
20
25
30
35
40
45
0
50
0,5
0,5
1,0
1,0
RELLENOS
0,0
1,5
5
10
15
20
25
30
1,5
2,0
2,0
2,5
2,5
3,0
3,0
PROFUNDIDAD (mts)
PROFUNDIDAD (mts)
5
RELLENOS
0
0,0
3,5
4,0
4,5
3,5
4,0
4,5
5,0
5,0
5,5
5,5
6,0
6,0
6,5
6,5
7,0
7,0
7,5
7,5
8,0
8,0
Penetrómetro inicial
Penetrómetro inicial
Penetrómetro final
Penetrómetro final
Graf. 4-Comparativo de los resultados obtenidos de los penetrómetros
antes y después de las inyecciones
AGRADECIMIENTOS
A URETEK y, especialmente, a D. Ivan Arrieta Carril, Delegado Zona Norte
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