26.7.11

MEJORA DE SUELOS CON LA TECNICA DEL JET GROUTING

No está perfectamente documentado, pero parece que el uso de una técnica que combina la lechada de cemento con altas presiones para la formación de elementos de suelocemento in situ, sucedió por vez primera en el entorno de 1950. La ejecutora, la compañía Cementation Co. El lugar, Asia central, cconcretamente en Pakistán.
En las dos décadas siguientes la evolución principal de la idea se produjo en Japón, de la mano de los hermanos Yamakado, desde 1965, y de forma sobresaliente, con los trabajos en paralelo de Nakanishi y Yahiro[12].
El primero (1974) desarrolló una técnica que, dentro de una perforación, inyectaba lechada a alta presión con una boquilla, que iba girando y ascendiendo dejando a su paso una columna de suelocemento. A esta técnica se le llamó Chemical Churning Pile o CCP jet grouting.
Yahiro (1973) por su parte fue un poco más allá, y usó tres boquillas concéntricas en el proceso, utilizando agua, aire y la propia lechada para romper y mezclar el suelo con la mezcla de cemento. Esta técnica, ya exactamente denominada jet grouting, fue presentada al mundo en el II Simposio de Jet-cutting en Cambridge, Inglaterra, en abril de 1974.


Durante los años 80, se extendió y desarrolló el uso de jet grouting en Europa. Al requerir de maquinaria un tanto especializada, tiene lógica que esa expansión se haya producido desde un reducido grupo de compañías: Keller en Alemania, Soletanche-Banchy en Francia, Rodio y C. y Pacchiosi en Italia.
El último progreso que supone un salto cuantitativo, se produce a finales de los 80, y se sigue desarrollando desde principios de los 90. Es el llamado crossjet grouting. Este método consiste en cruzar dos chorros a alta presión, con el efecto de homogeneizar el ancho de la columna incluso en suelos estraticados. Esta mejora, junto con la aparición de máquinas que permiten mayor caudal a mayor presión, ha permitido alcanzar anchos del orden de los 8-9 metros de diámetro.
Pero, ¿y qué es lo que se busca con el jet grouting? Principalmente, mejora de las capacidades portantes e impermeabilización de suelos. Su versatilidad le ha permitido ser usada en mejoras en el anclaje de muros, recalce de zapatas, lechos de apoyo a pilotes, impermeabilización de presas y túneles...
El presente documento, pretende, sin ser exhaustivo con el estado del arte, dar una idea de las posibilidades del jet grouting. Para ello, se describirán procedimientos, materiales y maquinarias, y se discutirán modelos y bases del diseño, según las experiencias y desarrollos técnicos de distintos investigadores y empresas.


Descripción del procedimiento
La unidad elemental de una actuación con jet grouting es la columna.
Puede ser más corta, en lechos para pilotes, o más larga, bajo zapatas; inclinada en anclajes o vertical en impermeabilización; individuales o solapadas, formando pantallas, bóvedas o macizos. Pero en todos los casos, la jetcolumna se ejecuta de la misma manera.
1.1. Proceso general
En primer lugar, se realiza un taladro, del orden de 10 cm de diámetro.
Una vez que se ha llegado a la longitud deseada, comienza el proceso de inyección de fluidos, que salen a alta velocidad por toberas laterales que giran y ascienden solidarias al tubo de perforación en su lenta extracción. Los fluidos van disgregando el suelo y mezclándolo con la lechada de cemento (En suelos cohesivos se puede ejecutar un proceso de pre-jetting o precorte del suelo sólo con agua/aire, para facilitar el arrancamiento y la mezcla en el jet-grouting propiamente dicho).
Habitualmente parte de la mezcla de lechada, agua y suelo, rebosa (spoil ). Esto permite realizar un cierto control de calidad, asegurándose de que se van rellenando los huecos.
Finalizada la extracción del varillaje, no hay más que dejar fraguar la columna.


Hasta aquí, se ha descrito el proceso tradicional. Sobre éste, se pueden realizar determinadas mejoras, v.g. el uso de aire comprimido, como se ha indicado previamente. De entre éstas variaciones, hemos de destacar una propuesta que mejora la economía de lechada empleada, lo que tiene especial incidencia en la coyuntura actual.
Desde hace unos años se viene proponiendo una serie de mejoras para optimizar la eficiencia en el corte y mezcla, que en según que condiciones de suelos pueden resultar insuficientes, así como la resistencia de la columna resultante de la mezcla de suelo y lechada, especialmente cuando el trabajo se realiza sobre estratos muy diferenciados.
Frente a estos posibles problemas, que encarecen la mejora del suelo especialmente por un uso excesivo de cemento, la Academia de Investigación
Geológica de Moscú apunta como soluciones el uso de un dispositivo de generación de vórtices, para mejorar la hidrodinámica del proceso; y la extracción y clasficación del suelo arrancado, sustituyéndolo parcial o totalmente por otro material más resistente (arenas, típicamente), para resolver el problema de la resistencia de la mezcla resultante.


1.2. Materiales
Según los materiales usados, hay tres variantes de jet-grouting. El sistema
básico es el de fluido simple, que usa lechada para cortar el suelo además de como material estructural.
El de doble fluido introduce agua o aire a alta presión, y finalmente, el sistema de triple fluido utiliza agua en el interior de un chorro de aire comprimido, para el corte del suelo.
La lechada, además de agua y cemento, pude incluir bentonita en la mezcla. EEste material también se puede usar durante la perforación, cuando hay problemas de agarre de varillaje a profundidades importantes, lechada sola si hay problemas de desprendimientos, espuma en suelos abiertos, o sencillamente aire y agua de limpieza.




1.3. Maquinaria
Como ya se ha podido deducir de la descripción del proceso, la maquinaria necesaria se compone de un varillaje de diámetro adecuado en relación a la longitud útil de corte, para la evacuación del spoil, los elementos mecánicos mueven y regulan el varillaje en rotación y traslación desde el carro de perforación, y las bombas para dar la adecuada presión al
fluido en el interior.
Sobre el diámetro del varillaje, podemos establecer relaciones de longitud util de corte/diámetro del orden de 75/60, 110/90...
El varillaje va rematado con un tricono o trialeta que permiten realizar el sondeo. Por encima de este elemento, se sitúan las toberas de inyección, del orden de 1.8 a 5 mm de diámetro, responsables de la alta velocidad que adquieren los fluidos. Estas toberas son concéntricas en el caso de sistemas multifluido, y deberán, además, tener una resistencia mecánica adecuada para recibir impactos de los áridos. Por lógica, forma parte también del mismo sistema hidráulico del jet, el dispositivo para la inyección de fluidos de sondeo, que puede ir en el portatoberas o añadiendo una tobera sobre la trialeta de perforación.
Las velocidades de retirada y giro del varillaje dependen del tratamiento que se quiere realizar, pero son del orden de 20 a 80 cm/min y 10 a 30 r.p.m.; sobre presiones y caudales profundizaremos un poco más, mencionar
que actualmente hay máquinas que son capaces de alcanzar los 70 mpa y 650 l/s.



Francisco J. Tsao Santín