Kuznetsova O.L.¹, Kaliyev B.Z.²
¹Universidad Técnica Estatal de Saratov, en honor a Yuri Gagarin
²Universidad Nacional de Investigación Técnica de Kazajistán, en honor a K.I. Satpaev, Kazajistán, Almaty

Se considera el problema de la estabilización de masas de suelo inestables en la construcción de infraestructuras de transporte. Se describe una nueva tecnología para fijar suelos potencialmente inestables mediante pilotes de suelo-cemento. Se ofrece una descripción del equipo y el órgano de trabajo para la fabricación de pilotes de suelo-cemento.

Palabras clave: fijación de suelos inestables, pilotes de suelo-cemento, equipo para la fabricación de pilotes de suelo-cemento

La resistencia y durabilidad de las estructuras de transporte que operan bajo cargas reales dependen en gran medida del carácter del entorno natural de operación. Uno de los problemas del transporte moderno es la eliminación de zonas con masas de suelo inestables, cuya presencia es una amenaza constante para las infraestructuras de transporte existentes (carreteras, ferrocarriles, puentes, viaductos, pasarelas, túneles, etc.). La construcción de estructuras en áreas con tales zonas requiere la realización de costosos trabajos de estabilización de los suelos inestables.

Un método eficaz para fijar suelos potencialmente inestables es la construcción de estructuras de pilotes profundos (pilotes hincados, pilotes perforados), unidos en sistemas únicos que bloquean el movimiento de las masas deslizantes. Estos sistemas se conocen como estructuras de retención contra deslizamientos de gran profundidad. Los pilotes perforados son los elementos de retención más ampliamente utilizados. La tecnología de fabricación de pilotes perforados incluye las siguientes operaciones:

  • Perforación del pozo;

  • Limpieza del pozo de los sedimentos durante la perforación;

  • Colocación de la tubería de revestimiento;

  • Instalación del armazón de refuerzo;

  • Montaje de un vibrador de tolva con una tubería de cemento;

  • Activación del vibrador de tolva con la tubería de cemento;

  • Extracción de la tubería de revestimiento con un vibrador;

  • Finalización de la cabeza del pilote.

La perforación se realiza utilizando tuberías de revestimiento. El pozo se perfora hasta la marca de diseño, luego se limpia el fondo de los sedimentos y el armazón de refuerzo se baja al pozo con una grúa. Para el proceso de concretado de los pilotes perforados, se utiliza un vibrador de tolva con una tubería de cemento. La tubería de revestimiento se extrae después de llenar el pozo con la mezcla de concreto, antes de que esta fragüe. Para extraer las tuberías de revestimiento se utilizan gatos hidráulicos o de tornillo, los cuales se apoyan en un abrazadera metálica especial que comprime la parte superior de la tubería de revestimiento. En el caso de la estabilización de deslizamientos activos, las tuberías de revestimiento a menudo quedan bloqueadas por la presión del deslizamiento. En estos casos, se dejan dentro del pozo y sirven como una envoltura que recibe la presión del suelo durante la fraguado del concreto. Estas estructuras de retención contra deslizamientos evitan la necesidad de un sistema de drenaje complejo, ya que los elementos de columna no impiden el movimiento de las aguas subterráneas y no requieren mantenimiento adicional, eliminando así los costos operativos.

El uso de pilotes perforados se recomienda cuando la altura de las masas deslizantes no supere los 17 metros, con una pendiente de no más de 50º. Sin embargo, el uso de estas estructuras está limitado debido a la alta carga de trabajo y a la cantidad de maquinaria y equipos necesarios. Además, debido a la necesidad de grandes cantidades de concreto, el uso de este método para estabilizar taludes deslizantes solo resulta económicamente viable cuando no es posible emplear otros métodos de consolidación del suelo.

Una alternativa a los costosos pilotes de concreto perforados son los pilotes de suelo-cemento. Los pilotes de suelo-cemento se fabrican utilizando el suelo estabilizado con cemento extraído del pozo de perforación, lo que reduce significativamente su costo. Sin embargo, las tecnologías actuales para su fabricación, como la inyección y el mezclado en perforación, tienen una baja productividad y no permiten obtener una capacidad portante del material suficiente para retener los taludes deslizantes.

Equipo para la fabricación de pilotes de suelo-cemento

Todos los factores mencionados anteriormente determinan la relevancia de la investigación para mejorar las tecnologías de construcción de estructuras de retención contra deslizamientos de gran profundidad utilizando pilotes de suelo-cemento. Se ha propuesto una nueva tecnología para la estabilización de masas de suelos potencialmente inestables en la Universidad Técnica Estatal de Saratov. Según esta tecnología, se propone construir estructuras de retención contra deslizamientos basadas en pilotes de suelo-cemento fabricados con el uso de un equipo cuyo órgano de trabajo es un sello cónico sectorial que realiza un movimiento esférico.

El proceso de fabricación del pilote de suelo-cemento incluye las siguientes operaciones tecnológicas:

  • Instalación del equipo en la marca de fabricación del pilote. El ángulo de inclinación del pilote se asegura mediante la desviación de la barra de perforación. Con una sola instalación, se pueden fabricar pilotes a diferentes ángulos, es decir, formar "macizos" de pilotes;

  • Fabricación del tronco del pilote. Al girar el eje vertical 1 en la dirección que asegura el hundimiento del órgano de trabajo, el sello 2, bajo la acción de la fuerza axial aplicada, realiza un corte por capas y desmenuza el suelo con los bordes afilados de los sectores. Simultáneamente, a través de las tuberías 4, se introduce una solución de cemento que se mezcla con el suelo triturado, formando una mezcla de suelo-cemento. Si es necesario, esta operación se puede combinar con la colocación del armazón de refuerzo. Al alcanzar la longitud del pilote de diseño, el eje motriz cambia de dirección de rotación. Al girar el eje en sentido contrario, se libera el embrague 3, y el sello realiza un movimiento esférico, girando simultáneamente alrededor de su propio eje y el eje del motor. Bajo la influencia simultánea de una carga estática vertical (fuerza de compactación), los sectores del sello ruedan periódicamente sobre la mezcla de suelo-cemento, que se vierte en pequeñas porciones en el espacio entre los sectores. Capa por capa y de manera continua, al compactar la mezcla debajo de él, el órgano de trabajo se hunde gradualmente, dejando detrás de sí una columna de material compactado: un pilote de suelo-cemento.

Así, se construye una fila continua de pilotes verticales que forman una pared de contención contra deslizamientos. El uso de este equipo permite realizar una serie de acciones que reducen el costo de las estructuras de contención contra deslizamientos y mejoran su calidad:

  • El órgano de trabajo realiza operaciones de perforación, desmenuzamiento del suelo y mezcla con la solución de cemento durante la inmersión. Al mismo tiempo, se puede realizar la colocación del armazón de refuerzo. Durante la extracción del órgano de trabajo, se compacta la mezcla de suelo-cemento. Por lo tanto, todas las operaciones del ciclo tecnológico se pueden realizar con un solo equipo, lo que reduce la cantidad de maquinaria en el equipo tecnológico. Esto también asegura una mayor productividad en comparación con los métodos existentes para la fabricación de pilotes de suelo-cemento;

  • El órgano de trabajo realiza una compactación por capas de la mezcla de suelo-cemento, lo que no permiten las tecnologías actuales de fabricación de pilotes de suelo-cemento. Por lo tanto, se puede obtener una estructura densa y fuerte con las propiedades requeridas.

Actualmente se están llevando a cabo investigaciones para optimizar los parámetros tecnológicos de este nuevo equipo para la fabricación de pilotes de suelo-cemento. Se han realizado experimentos con este equipo en la fabricación de barreras de filtración mediante el método de "pared en el suelo". Los resultados de los experimentos muestran una reducción significativa en los coeficientes de filtración del concreto de suelo obtenido, lo que es especialmente importante para el funcionamiento eficiente de las barreras de filtración. Según el SNIP 2.06.14-85 "Protección de obras subterráneas contra aguas subterráneas y superficiales", el coeficiente de filtración de los rellenos endurecientes y plásticos de las barreras no debe exceder 0,6∙10⁻⁵ cm/s. El coeficiente de filtración del concreto de suelo obtenido con el nuevo equipo fue de 0,498∙10⁻⁵ cm/s. Por lo tanto, el equipo con el sello cónico sectorial puede usarse para crear barreras contra filtración y otras infraestructuras de transporte.

Bibliografía

  1. Kuznetsova, O.L. Equipos para la fijación de masas de suelo potencialmente inestables / O.L. Kuznetsova, A.Yu. Kolesnikov // Innovaciones y problemas actuales de tecnología y técnicas. Saratov: Universidad Técnica Estatal de Saratov, 2011. Vol. 2. pp. 240-243.

  2. Kuznetsova, O.L. Nuevo equipo para la estabilización de suelos potencialmente inestables mediante el método de "pared en el suelo" / O.L. Kuznetsova, S.V. Kuznetsov // Creación de medios efectivos de mecanización en las industrias de construcción y carreteras. Saratov: Universidad Técnica Estatal de Saratov, 2012. pp. 60-68.

  3. Martuschenko, I.G., Análisis de métodos para la fijación de masas de suelo potencialmente inestables / I.G. Martuschenko, V.V. Borisov // Mejora de estructuras y métodos de cálculo de maquinaria de construcción y caminos y tecnologías de producción de trabajos. Saratov: Universidad Técnica Estatal de Saratov, 2003. pp. 12-25.

  4. Kuznetsova, O.L., Kuznetsov, S.V., Tanchik, V.E. Nueva tecnología y equipo para la fijación de suelos potencialmente inestables // Estudios Aplicados y Fundamentales. Actas de la 2ª conferencia científica internacional sobre investigaciones aplicadas y fundamentales, St. Louis, Missouri, USA, 2012.

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