Estabilización de suelos arenosos con potencial de licuación utilizando columnas de grava: aplicación a las obras de muelle norte Callao

Abstract

El presente estudio contempla la evaluación, diseño y ejecución del mejoramiento de terreno de la cimentación del Muelle Norte Callao, mediante el método de columnas de grava. Como primera actividad se realizó la investigación geotécnica, en la cual se analizaron 5 puntos de sondaje mediante ensayos de perforación, penetración estándar y penetración en cono; se obtuvieron muestras inalteradas las cuales fueron ensayadas en los laboratorios, como resultado a estos ensayos y a las auscultaciones en campo se determinó la existencia de un primer estrato compuesto por relleno y grava de 6.0 m. de espesor y un segundo estrato de arena limosa de aproximadamente 5m de espesor, por debajo de este estrato yace el conocido “Conglomerado de Lima”. Ante la presencia de arena limosa se advierte un posible riesgo al fenómeno de licuación del terreno, por ende, la segunda actividad fue realizar la evaluación del potencial de licuación. Para este análisis se optó por usar el método simplificado N.C.E.E.R. 2001 (National Center for Earthquake Engineering Research) por ser uno de los más aceptados y empleados mundialmente, este método se basa en los ensayos de penetración estándar. Para realizar el análisis se requieren los parámetros del sismo de diseño, perfil estratigráfico, contenido de finos y densidades del suelo. Los resultados dieron al 99% del estrato como potencialmente licuable comprobando así lo especulado en las investigaciones geotécnicas. Ya conocido el riesgo al potencial de licuación el siguiente paso es determinar un método de mejoramiento que sea capaz de mitigar la licuación y disminuir los probables asentamientos, en el capítulo 3 se presentan los métodos de mejoramiento más usados a nivel mundial, muchos de ellos nos proporcionan mejoras en asentamientos, resistencia y permeabilidad, sin embargo uno de los método que nos reduce el potencial de licuación y minimiza asentamientos es el llamado “Método de Columnas de Grava”, que además de las mejoras en el terreno posee una metodología constructiva eficaz y económica. Las columnas de grava pueden ejecutarse mediante 2 sistemas constructivos: Vibrodesplazamiento y Vibrosustitución, la elección de uno de ellos depende de la estabilidad del terreno y de la presencia de finos. Debido a que el terreno en estudio posee un alto contenido de finos e inestabilidad se ha optado por utilizar el método de “Vibrosustitución por vía seca". Habiendo elegido el método de mejoramiento se realizó el diseño de las columnas de grava empleando el modelo de Seed & Booker (1976), que considera los parámetros del sismo de diseño. Este método permite obtener el diámetro de la columna y el espaciamiento entre ellas, según el tipo de malla a emplear. Adicionalmente se realizó un complemento al diseño utilizando los nuevos alcances propuestos por G. Bouckvalas en el año 2009 y se verificó la disminución de los asentamientos utilizando el método de Priebe (1995). El principal aporte de las columnas de grava es la rápida disipación del exceso de presión de poros debido a la reducción de la trayectoria de drenaje entre columnas, manteniendo el desarrollo del exceso de presión de poros por debajo del 100% durante el evento sísmico. La inclusión de grava al terreno incrementa la resistencia del conjunto suelo columna, mejorando la capacidad portante y disminuyendo los asentamientos.

The following study provides the evaluation, design and execution of the ground improvement of North Callao Muelle foundation, using the gravel columns method. As a first activity the geotechnical investigation was carried out, in which 5 probing points were analyzed by drilling, standard penetration, and cone penetration tests; Unchanged samples were obtained, which were tested in laboratories, as a result of these tests and the auscultations in the field, was determined the existence of a first stratum composed of filling and gravel of 6.0 m.of thickness and a second layer of silty sand of approximately 5m of thickness, below this layer lies the well-known "Conglomerate of Lima". Due to the presence of silty sand, it is observed a potential risk for the liquefaction of the land; therefore, the second activity was to evaluate the liquefaction potential. For this analysis we chose to use the simplified method N.C.E.E.R. 2001 (National Center for Earthquake Engineering Research) being one of the most accepted and used around the world, this method is based on the standard penetration tests. To perform the analysis, the parameters of the design earthquake, stratigraphic profile, fines content and soil densities are required. The results gave 99% of the stratum as potentially liquefiable, thus verifying the speculation in the geotechnical investigations. Once the risk to the liquefaction potential is known, the next step is to determine a method of improvement that is capable of mitigating the liquefaction and decreasing the probable settlements. Chapter 3 presents the most widely used improvement methods, many of them Provide improvements in settlements, resistance and permeability, however one of the method that reduces the potential for liquefaction and minimizes settlements is the so-called "Gravel Column Method", which in addition to the improvements in the field has an effective constructive methodology and Economic development. The gravel columns can be executed by 2 construction systems: Vibrodesplazamiento and Vibrosustitución, the choice of one of them depends on the stability of the terrain and the presence of fines. Due to the fact that the land under study has a high content of fines and instability, it has been decided to use the "Vibrosubstitution by dry" method. Having chosen the method of improvement, the design of the gravel columns was done using the model of Seed & Booker (1976), which considers the parameters of the design earthquake. This method allows to obtain the diameter of the column