Análisis del mejoramiento de suelos finos utilizando columnas de grava compactadas con materiales de la región del Cauca mediante modelado por elementos finitos y comparando con el diseño teórico

Abstract

Hasta hace poco, cuando se contaba con un suelo blando y compresible en obra, es decir con baja capacidad portante de carga y asentamientos considerables, había soluciones típicas a las que se recurría, como retirar el suelo de “mala calidad” y reemplazarlo por un suelo mejor, aparentemente es una solución viable, pero puede acarrear grandes costos, estos aumentan si se debe realizar el abatimiento del nivel freático. Cuando por alguna razón se determine que no es factible la anterior opción, se opta por hincar pilotes de tal manera que descansen sobre un suelo más profundo y apto para soportar la cimentación, pero esta solución también puede resultar un poco costosa dependiendo de cada caso en particular además de poco amigable con el medio ambiente, otra elección es emplear losas de cimentación. Con base en esta problemática y teniendo en cuenta lo que implicaba la implementación de estas soluciones tradicionales, en los años 90 se puso en funcionamiento un sistema alternativo, el cual consiste en elaborar sistemas de columnas de agregado apisonado e implementarlos en el suelo nativo a mejorar, esto resulto ser muy eficiente en cimentaciones superficiales, preferiblemente estas columnas de grava no deben superar una altura de 10 m, ya que según, después de este valor ya se vuelve un proceso poco económico. Para la construcción de estos sistemas se emplean perforaciones y energía de impacto vertical, en primera instancia se realiza una perforación de acuerdo a las especificaciones de diseño, generalmente la profundidad de esta perforación puede estar entre 2 a 9 metros y el diámetro en un rango de 0.2 m a 1.5 m El presente trabajo se realizó haciendo uso de un software basado en elementos finitos, de esta manera se pretendió simular el efecto que tiene la instalación de columnas de grava compactada en suelo con baja capacidad portante de carga y/o suelos finos, los cuales son muy comunes en la región del Cauca, más especialmente en la ciudad de Popayán y se compararon esos resultados obtenidos en el software con algunos lineamientos del diseño teórico. Las propiedades supuestas de los agregados que se emplearon en la simulación fueron típicos de la región, utilizando valores tradicionales de las variables de interés implicadas en los diferentes cálculos y modelaciones, con lo cual se conseguirá obtener unos resultados más confiables y cercanos a lo esperado en la realidad local, además se variaron algunos otros parámetros importantes en la construcción de estas columnas de grava como la profundidad de las columnas y su diámetro para el caso 2D y 3D. también se eligió un patrón geométrico cuadrangular para la disposición en el terreno, lo cual implica una separación entre columnas constante que para el caso de estudio fue de 1 m únicamente para el análisis tridimensional, en el caso bidimensional, la separación entre columna se varió a 1.5D, 2D y 3D, siendo D el diámetro de estas y así se analizó la variación en la respuesta del sistema suelo-columnas en cuanto a los asentamientos elásticos para determinar los valores más óptimos al ejecutar una construcción real.