La intervención de consolidación del terreno con resinas expansivas realizada en la carretera de Anyos (CS-310), en La Massana (PRINCIPAT D’ANDORRA) ha tenido el objetivo de aumentar la capacidad portante del terreno de apoyo del firme, hasta conseguir una tensión admisible del terreno suficiente para estabilización del mismo.
Se trata de una carretera de montaña, que une la localidad de La Massana con el Puerto de Ordino. El problema detectado consistía en la presencia de deformaciones y hundimientos en un lateral de la carretera en un tramo paralelo a un muro de contención de mampostería.
Fig 1.- Foto aérea tramo inyectado
La intervención de recompresión y consolidación tiene el objetivo de aumentar la capacidad portante del suelo de cimentación de un tramo de dicha carretera.
La tecnología aplicada, propiedad de la empresa Uretek, permite la densificación en las profundidades del terreno a través de la inyección en el terreno mismo de resinas de poliuretano con alta presión de expansión, que, expandiéndose transmiten al volumen sólido a su alrededor una acción de compactación que origina un aumento de capacidad de carga.
La realización de inyecciones con tecnología tipo Uretek Multipoint para consolidación y estabilización de apoyo de firmes a base de resina de poliuretano tipo Uretek Geoplus con tiempo de polimerización muy rápido, a base de tubos de inyección de 12 mm de diámetro, taponados, de acero, equipados con orificios de dimensión milimétrica calibrados en la superficie lateral para permitir que durante la fase de inyección en el terreno la resina salga simultáneamente y con el mismo alcance y la misma cantidad por todos los agujeros de la superficie lateral. La calibración de los orificios, o sea la definición del diámetro y de la posición de los agujeros sobre la superficie lateral del tubo de inyección, garantiza un tratamiento uniforme del volumen de terreno atravesado desde la vertical por los tubos de inyección.
La rápida expansión de la resina es necesaria para la detección, mediante monitorización continua durante la inyección (con precisión > 0,1 mm), del inicio de levantamiento del pavimento dispuesto sobre el terreno tratado.
La detección del inicio de levantamiento de la estructura sobre el terreno tratado significa que la compactación del terreno en el entorno del punto de inyección ha alcanzado los niveles esperados, tales condiciones constituyen el principio de eficacia del tratamiento de consolidación.
La rápida expansión de la resina, unida a la intermitencia de las inyecciones prevista del sistema Uretek Multipoint debe de evitar el alejamiento del material del punto de inyección, con la consecuente ineficacia de la intervención o la incapacidad de localizar el material inyectado, generando fenómenos no deseados de reflujo, de dispersión de material inyectado e interferencia con obras ya ejecutadas.
Como se ha mencionado, el sistema de inyección Multipoint consiste en el uso de tubos de inyección de 12 mm de diámetro, con un fondo ciego, de acero, equipados con orificios de dimensión milimétrica en la superficie lateral para permitir que la resina salga simultáneamente durante la fase de inyección. Los orificios hechos en la superficie lateral del tubo de inyección se calibran de modo que la presión de la resina que sale de cada uno de ellos exceda la presión de ruptura del terreno, lo que permite una difusión a través del "claquage".
Fig 2.- Sistema Uretek Multipoint
La resina sale a la vez desde todos los orificios situados en la cánula de inyección (12-14 orificios por cánula).
La disposición de los orificios, calibrados y de tamaño creciente con la profundidad, ha sido diseñada de tal forma que garantice:
- Un tratamiento homogéneo: la capacidad de la resina que sale es similar en todos los orificios.
- Una acción localizada: las inyecciones se realizan de forma intermitente, de este modo la re-sina permanece cerca de cada punto de inyección.
- La seguridad de las inyecciones: la resina sale de todos los orificios a la vez, con la misma capacidad y con una presión suficiente para vencer a la resistencia del terreno y evitar que ningún orificio se tape durante la inyección.
Además, la calibración de los orificios en la superficie lateral del tubo permite el escape de la misma cantidad de resina por cada orificio, evitando así los tratamientos parciales del suelo.
La acción de hinchamiento de la resina y, por lo tanto, de la compactación del suelo tiene lugar en cada nivel de profundidad y depende estrictamente del nivel de tensión presente in situ. El hinchamiento de la mezcla, de hecho, está estrechamente relacionado con la presión de confinamiento al que se somete la resina en la fase de expansión.
La inyección multipunto se realiza de forma intermitente, es decir, la mezcla se envía al suelo a intervalos regulares. Esta disposición mantiene limitada la presión de fuga de la resina, lo que evita la dispersión en distintos volúmenes de suelo de aquellos que interesa consolidar.
Perforación
La ejecución de los agujeros de inyección se realizó mediante taladros manuales eléctricos de rotopercusión con una energía de impacto que corresponde a máx. 12-14 Julios y una frecuencia de 1.200-2.800 golpes/minuto. Este sistema de perfora-ción, ampliamente testado en edificios de elevado valor, no transmite vibraciones considerables a las estructuras.
Las perforaciones, de un diámetro máximo de 26 mm, ejecutadas a través del paquete de firmes, se intercalan a distancias regulares en una malla de aproximadamente 1,2 metros. De esta manera es po-sible alcanzar el terreno a tratar y localizar con pre-cisión el efecto de las inyecciones.
La colocación de los tubos de inyección se pro-duce después de la perforación, siendo la introducción de los tubos de acero por el agujero de perforación mediante percusión.
Colocación de tubos e Inyección
La inyección se realizó hasta una profundidad de 2,0 m, desde la superficie de apoyo del pavimento utilizando el sistema de inyección Uretek Multipoint. La fase de inyección se lleva a cabo mediante el uso de una pistola que, acoplándose a la boca del tubo de inyección, inyecta en el conducto enterrado la resina de alta presión de expansión, previamente mezclada en una cámara especial de premezcla dentro de la misma.
El empleo de instrumentos de nivelación láser permite monitorear constantemente la estructura, detectando micro desplazamientos verticales durante la inyección.
La interrupción de la inyección de resina será determinada por la aparición de una de las condiciones siguientes:
- El levantamiento de la estructura o,
- El límite de la presión de la bomba que inyecta la resina en el circuito primario, indicando el eleva-do grado de densificación obtenido en el conjunto resina/terreno.
El intereje de las inyecciones equivale, en este caso, a alrededor de 1,2/1,5 m, y el centro de la inyección está situado en el interior de la proyección horizontal del elemento estructural rígido.
Una vez terminada la inyección se procede al seccionamiento de los tubos “a ras” mediante medios manuales (cincel) y tapado de la perforación con mortero reparador.
Volumen tratado
La densificación del terreno inducida por las inyecciones producirá un aumento del valor del módulo elástico del sistema terreno/resina. De todas maneras, éste mantendrá una rigidez comparable a la del terreno natural e inferior respecto a la de obras de consolidación de tipo rígido (pilotes) para diferentes órdenes de magnitud. El aumento del módulo elástico del terreno comporta una disminución de la deflexión del pavimento al paso de los vehículos.
Fig 3.- Foto tramo inyectado
Nivelación
Durante la inyección de resina, con el fin de hacer una constatación del comportamiento de la estructura con respecto a los desplazamientos verticales, se emplearán equipos láser con una precisión de > 0,5 mm.
La rápida expansión de la resina es necesaria para la detección, mediante monitorización continua durante la inyección (con precisión > 0,5 mm), del inicio de levantamiento del pavimento dispuesto sobre el terreno tratado.
La detección del inicio de levantamiento de la estructura sobre el terreno tratado significa que la compactación del terreno en el entorno del punto de inyección ha alcanzado los niveles esperados, tales condiciones constituyen el principio de eficacia del tratamiento de consolidación.
Se colocará un emisor y receptores en las proximidades de cada punto de inyección. Estos receptores se irán moviendo a medida que avanza la inyección.
El principio de levantamiento vertical 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 ha 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 re-flejada por los receptores láser como desplazamiento vertical de la estructura (décimas de milímetro).
Fig 4.- Control Láser Levantamiento
Pruebas de Penetración
Se realizaron diversas pruebas de penetración en la zona objeto de la intervención, a fin de determinar cuáles fueron las mejoras inducidas por las inyecciones de resina, en términos de incremento del número de golpes.
Fig 5.- Foto Ensayo de Penetración
Las pruebas se llevaron a cabo bajo la capa de firmes, en el terreno de fundación tras la realización de una perforación en la misma. Para la ejecución de estas pruebas se realizarán ensayos de penetración dinámica ligera (DPM30).
Una vez detectado el indicio de levantamiento (5 mm-1,2 cm) se detiene la intervención con la seguridad de haber estabilizado el movimiento original causante del asentamiento del firme, incluso recuperando parte del hundimiento que presentaba la zona de carretera más afectada.
Posteriormente, un análisis comparativo de las pruebas de penetración llevadas a cabo antes y después de la intervención, ratifica el aumento en la resistencia dinámica obtenida.
Fig 6.- Resultados Ensayos de Penetración
