BLANDO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo de la Ingeniería del Terreno, Geoíecnia y Cimentaciones, y más concretamente, al de las técnicas de Mejora del Terreno.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Cualquier tipo de estructura (edificación, obra civil, etc.) debe apoyarse o cimentarse en d terreno, por lo que la resistencia y deformabilidad del terreno deben de garantizar que la cimentación sea estable y que las deformaciones sean admisibles. Cuando las características del terreno no son las adecuadas se debe recurrir a una cimentación profunda tradicional o a mejorar el íerreno.

Las cimentaciones profundas tradicionales se realizan mediante pilotes, y tienen casi siempre un coste considerablemente más elevado que el de las técnicas de mejora del terreno {Wissman, K.J., Fox, N.S. , y Martin, J.P. 2000. Rammed aggregate plers defeaí 75 foot long driven piles. Performance confirmation of constr cted geotechnical faciliües, Geoíechnical Special Publication, Vol. 94, ASCE, Restan, VA, 198-210), Además, las técnicas de mejora del terreno son de forma general más respetuosas con el medio ambiente, debido a que requieren un menor uso de materiales constructivos como el acero o el hormigón {Rujikiatkamjorn, C. e lndraratna. B. 2014, Environmental sustainabüiíy of sofi soil improvement vía vacuum and surcharge preíoading. GEO-Congress 2014: Geo-Characíerisaüon and Modeímg for Sustamahllity (pp. 3658-3665). (United States: ASCE o Egan. D. y Slocombe B. C 2010. Demonslraüng environmental benefiís ofground improvement. Proc. ICE - Ground Improvement ¡63 (l}:63-69). Así, estos condicionantes económicos y ambientales están provocando que las técnicas de mejora del terreno i sean cada vez más populares.

Estas técnicas son abundantes y diversas. Su objetivo es mejorar las propiedades (por ejemplo, resistencia, rigidez y/o permeabilidad) del terreno que se va a utilizar corno cimentación de una estructura (terraplén, relleno, edificación, puente, ..). Entre ellas, se encuadran técnicas de uso esporádico, como por ejemplo, la congelación del terreno, y técnicas más comunes y de amplia utilización como la precarga o sobrecarga del terreno, el uso de drenes verticales, las columnas de grava o la corapactación dinámica.

La técnica de congelación del terreno consiste literalmente en congelar el terreno para incrementar su resistencia. Este incremento de resistencia es debido a la transformación del agua que se encuentra entre los poros del terreno en hielo. La técnica habitual de congelación del terreno consiste en hacer circular nitrógeno líquido por el mismo. Sin embargo, su coste es muy elevado y sólo se usa en circunstancias muy particulares.

La precarga o sobrecarga del terreno es una de las técnicas de mejora del terreno más comunes. Está técnica consiste en aplicar una carga mayor de la carga a la que finalmente va a estar sometida e! terreno, una vez se construya la estructura a cimentar. Es decir, con esta técnica el terreno queda sobreconsolidado, aumentando su resistencia y reduciendo ías deformaciones que sufrirá al cimentar la fotuta estructura. La sobreconsolidación deí terreno se cuantifica a través de la razón de sobreconsolidación (RSC), que se define como el cociente entre la tensión efectiva máxima a la que ha estado sometido el terreno en toda su historia entre la tensión efectiva que tiene actualmente. Así, su valor siempre es igual o superior a 1. La sobreconsolidación del terreno puede entenderse como que el terreno se "acostumbra" a un valor de carga mayor, siendo por lo tanto positivo incrementar el valor de 3a RSC.

Los terrenos finos sobre los que se suele aplicar esta técnica de mejora no se deforman instantáneamente al aplicar la carga, sino que sufren un proceso de deformación diferida con el tiempo que se denomina consolidación. Este proceso consiste en la deformación debido a la expulsión de parte del agua que ocupa los huecos entre las partículas o granos de suelo. Esta expulsión no es instantánea ya que se requiere un cierto tiempo para que el agua circule a lo largo del suelo y alcance un contomo drenante. Así, el tiempo de consolidación depende del camino de drenaje.

La técnica de precarga o sobrecarga presenta el inconveniente del tiempo de consolidación del terreno el cual, en muchas ocasiones, no es compatible con el tiempo de ejecución de la estructura.

Para acelerar la producción de asientos y reducir el tiempo de espera con sobrecargas o precargas, se suelen utilizar drenes verticales. Estos drenes verticales constituyen contornos drenantes que reducen e! camino de drenaje del agua, acelerando la consolidación. En la actualidad, los drenes verticales son generalmente prefabricados de forma plana y constan de una geored que crea unos canales huecos por los que puede circular el agua, y están rodeados de un geotextil que realiza una función de filtro, es decir, deja pasar el agua pero no las partículas de suelo.

Sin embargo, ésta última técnica, aun acelerando la consolidación del terreno, no considera la inclusión de elementos resistentes que permitan reforzar el terreno para mejorar directamente la estabilidad y capacidad portante del mismo. Para ello, se suele recurrir a soluciones tipo columna de grava o columna de grava encapsulada con geotextil.

La técnica de mejora mediante columnas de grava, también denominada vibrosustitución o vibrodesplazamiento por la forma constructiva, consiste en realizar perforaciones verticales en el terreno a mejorar que se rellenan con grava compactada. Una ventaja de esta técnica respecto a ios drenes verticales prefabricados es que no solo actúa como dren vertical acelerando la consolidación del terreno fino, sino que además refuerza el terreno debido a que se introduce un terreno de mejores características como es la grava. De esta forma, no sólo se aceleran los asientos, sino que además se reduce su valor total y se incrementa de forma directa ¡a resistencia del terreno. Existen algunas variantes de esta técnica, como la presentada en la patente EP 1 157169 B l (Geopiers) donde se hace especial énfasis a la compactación de la grava mediante golpeo ("tampered or ramrned columns"). No obstante, no existen evidencias experimentales que demuestren que está técnica de compactación de la grava mediante golpeo produce una mayor mejora que las columnas de grava convencionales construidas por vibrosustitución o vibrodesplazamiento (Síuedlein A. W. y Hoííz, R.D. Anaivsis ofFooíing Load Tes! son Aggregaie Piar Reinforced Clay Journal of Geoiechntcai and Geoe ironmeníai Engineering ¡38(9}:¡091-¡ i 03). Otra variante similar se recoge en la patente EP 1273713 B l , que a su vez presenta otra variante (F.P 1609914 A l ) con la inclusión de elementos de refuerzo {barras, anillos o placas de acero de refuerzo). La inclusión de elementos de refuerzo sí que mejora el comportamiento de las columnas pero también incrementa su coste y dificulta su ejecución.

En cualquier caso, en terrenos muy blandos, las columnas de grava no tienen el suficiente confinamiento latera! como para funcionar adecuadamente. Por ello, existen modificaciones consistentes en añadir cemento a la grava (columnas de módulo controlado: Keller. Inclusiones Rígidas CSC®. Catálogo 35-02 ES) o confinar lateralmente las columnas con un geosintético, generalmente un geotextil {columnas encapsuladas o confinadas lateralmente con geoíextil). Por ejemplo, la empresa Huesker utiliza el geoíextil denominado ingtrac® para confinar las columnas lateralmente. El efecto del eneapsulamiento o confinamiento lateral es un efecto tipo "corsé" que evita que la columna se expanda radialmente y falle. En concreto, Babu et a!. (A Cñíical Revíew of Construction, Anaivsis and Behaviour of Sione Columns. February 2013, Volume 31, Iss e /, pp 1-22) recoge el estado del arte sobre las columnas de grava, en donde se explican además las columnas ensacadas y nuevas variaciones como las columnas reforzadas internamente o las columnas con algún elemento ligante, como por ejemplo cemento {columnas de módulo controlado, CMS). También Jie Han { ^" Recení research and developmení of gro nd column teehno!ogks ") recoge el esíado del arte de las columnas de grava y íécnicas derivadas de la misma.

En algunos casos se utilizan geomallas ("enrejado de plástico") en lugar de geotextiles (tela permeable y flexible de fibras sintéticas, generalmente polipropileno y poliester), el inconveniente es que en esos casos no se suele tener la membrana cilindrica hueca directamente y es necesario pegar o soldar las geomallas. Gniel y Bouazza (2009) proponen que no es necesario soldar sino que es suficiente con que exista solape {"Construdion of geogrid encased stone columns: A new propasa! based on lahorator tesiing"). Además, otros nuevos desarrollos apuestan por el uso del material de las botellas de plástico para encapsular las columnas de grava en lugar de utilizar geotextiles {Dutía S, Manda! JN. 2013 FeasibiHty Study on Waste Plástic Water Boities as Encasemenis of Stone Columns for Ground Improvement. In Design and Pr ctice of Geosyntheí -Reinforeced Soil Struct res: (H.I Ling, G Gotíardi, D. Cazzuffu J. Han, F, Tatsuoka (eds.j), Destech Publicaüons, 14-16 Ocíober 2013, Bologna. pp. 379-388).

Sin embargo, uno de los principales problemas constructivos de las columnas de grava es la necesidad de aportar grandes volúmenes de grava. Por ello, actualmente se trata de buscar soluciones o técnicas alternativas. Una de estas soluciones es utilizar hormigón reciclado u otros materiales recjclados para realizar ("rellenar") las columnas de grava o las columnas de grava encapsuladas.

En este sentido, existen diversas publicaciones científicas sobre el uso de materiales reciclados para el uso en columnas de grava:

Jefferson 1, Gaterell M Thomas AM, Serridge CJ. 2010. Proced gs of the ICE - Ground Improvement, Volunte 163, fssue 1, 71-7?.

Serridge CS. 2005. Achieving sustainability in vibro stone colamrt íechniques. Proceedings of the ICE Engineering Sustainability, Volume 158, hsue 4, Serridge CS _r Sarsby RW. 2010, Assessmení of the use of recycled aggregaSes in vibro-ssam column ground improvement techniques. ín Constr ction for a Sustainable Environmeni (Sarsby & Meggyes (eds). Taylor and Francis Group, London. pp 75 89.

Joe Persickeíü, EIT. Hayward Baker Inc. Sustainability Seminar. Hollywood, CA. October 12, 2010. Recycled Concrete as Vibro Slone Column BackfiU.

No obstante, el uso de materiales reeiclados no siempre es posible o económicamente viable, ya que el coste de estos materiales también puede ser elevado, pueden no estar disponibles o contener sustancias indeseables o contaminantes que no permitan su uso.

Otra alternativa a la utilización de cargas estáticas (precarga o sobrecarga), es aplicar cargas dinámicas, como por ejemplo se realiza en la compactación dinámica. La compactación dinámica se utiliza en suelos fundamentalmente granulares y rellenos heterogéneos. Una descripción detalla de esta técnica se puede encontrar en L kas RG. 1995. Dynamic Compartían ·-- Geotechnical Engineeríng Circular No. I. U.S. Department of Transportation, Federal Highway Admimstration, Washington D. _> C, FHWA-SA -95-037. Consiste en la densificación del terreno, es decir, la reducción del volumen de huecos, que mejora sus propiedades mecánicas (rigidez y resistencia). La densificación se consigue mediante el golpeo o impacto del terreno desde la superficie del mismo, dejando caer una maza o peso desde una altura determinada. Estos impactos se pueden realizar de forma repetida y se suelen ejecutar en una malla de puntos uniformemente repartida en la superficie de! terreno a mejorar. Esta técnica fue inventada y desarrollada por Louis Menard (US 3898844 A). Algunas técnicas de mejora del terreno que usan conceptos similares son: US 650827 A, US 524431 1 A y EP 1375753 A2. También, existente patentes sobre el equipo utilizado para aplicar estos impactos (US 4580765 A, US 3067657 A).

Sin embargo, la compactación dinámica no es efectiva en terrenos finos (arcillosos y/o limosos) ya que su baja permeabilidad imposibilita la disipación de presiones intersticiales generada por los impactos en superficie. Así, para mejorar terrenos finos se suele añadir grava en el cráter generado por los impactos, formando una columna de grava de escasa longitud. Esta técnica se denomina sustitución dinámica y, de forma similar a las columnas de grava, presenta el inconveniente del consumo de grava que es necesario y el coste asociado. Por otra parte, existen algunas experiencias en terrenos finos en las que la compactación dinámica se ha utilizado de forma combinada con drenes prefabricados o columnas de grava (Sheníhan T, Nashed R, Thevanayagam S, Martin GR. 2004. Liquefactkm mitigaiion in silty soils itsing compasite sione, columns and áynamic compaction. J Earthquake Eng 3(1): 205-220). El uso combinado con columnas de grava sigue presentando el inconveniente del consumo de grava y consecuentemente aumenta el coste notablemente. La compactación dinámica combinada con drenes prefabricados mejora ligeramente los resultados logrados al golpear un terreno fino sin incluir ningún elemento adicional (compactación dinámica tradicional), en el sentido de que se consigue incrementar la razón de sobreconsolidación del terreno, ya que el dren prefabricado permite acelerar la expulsión de agua del terreno. No obstante, el incremento producido no es importante.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención trata de resolver los inconvenientes mencionados anteriormente mediante un elemento hueco y un método de mejora del terreno gracias a dichos elementos huecos y a una sobrecarga puntual, eí cual engloba gran parte de las ventajas de las técnicas de columna de grava descritas anteriormente (acelera la consolidación y refuerza el terreno), y además evita el consumo de grava.

Concretamente, en un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un elemento hueco configurado para introducir en íerreno blando, y abierto a! menos por su extremo inferior, tal que cuando dicho elemento hueco se introduce en el terreno blando su interior queda relleno de dicho terreno blando existente, y que comprende una geored de forma cilindrica configurada para permitir la circulación de agua a su través; un geosintético que cubre la superficie exterior de la geored y que realiza una función de filtro, dejando pasar el agua pero no las partículas de terreno blando existente; y al menos un geosintético que cubre la superficie interior de la geored y que realiza una doble función: por un lado deja pasar el agua pero no las partículas de terreno blando -función filtro- y por otro lado dota al elemento hueco de una rigidez radial función resistencia-.

En una posible realización, el geosintético que cubre ja superficie exterior de la geored es un geo tex il.

En una posible realización, la superficie interior de la geored es cubierta por un único geosintético que realiza la doble función de filtro y de resistencia. Alternativamente, la superficie interior de la geored es cubierta por dos geosintéticos tal que ambos forman un geocorrspuesto, y tal que uno de los geosintéticos, preferentemente un geotextil, realiza la función de filtro, y el geosintético restante, preferentemente una geomaila, realiza la función de resistencia.

En una posible realización, el al menos un geosintético que cubre ía superficie interior de la geored y que realiza la función de resistencia impidiendo que el elemento hueco se deforme radialmeníe, presenta una rigidez en la dirección circunferencial de al menos 1000 kN m.

En una posible realización, el elemento hueco presenta un espesor cuyo orden está comprendido entre aproximadamente 5 milímetros y 10 centímetros, un radio cuyo orden está comprendido entre aproximadamente 10 centímetros y 5 metros, y una longitud cuyo rango está comprendido entre aproximadamente 2 y 10 metros. En otro aspecto de la invención, se proporciona un método de mejora de terreno blando, utilizando el elemento hueco definido aníeriormeníe, E3 método comprende las etapas de:

- introducir en el terreno blando al menos un elemento hueco desde la superficie, tal que el eje longitudinal de cada elemento hueco permanece en posición susíancialmente vertical, y tal que al introducir el elemento en el terreno blando y al ser hueco por al menos el extremo inferior, su interior queda relleno de terreno blando existente, confinando así lateralmente la columna de suelo blando existente.

- realizar una sobrecarga puntual, tal que dicha sobrecarga está únicamente localizada sobre el terreno blando situado en el interior del elemento hueco, mejorando así las características de dicha columna de terreno blando existente.

En una posible realización, la introducción de los elementos huecos en el terreno blando se realiza por hinca o desplazamiento, y por medio de cilindros huecos de doble pared, comprendiendo además el método las etapas de:

- como paso previo a introducir en el terreno blando el al menos un elemento hueco, situar e! elemento hueco entre las paredes de un cilindro hueco de doble pared;

- a continuación, en la parte inferior del cilindro hueco, y unida al elemento hueco, situar una chapa configurada para anclar el elemento hueco a la profundidad deseada; -introducir en el terreno blando los elementos huecos, por medio de los cilindros huecos de doble pared, y una vez que el conjunto cilindro y elemento hueco se hinca en el terreno blando, extraer el cilindro, tal que el elemento hueco permanece colocado en el terreno blando, y anclado en la parte inferior por la chapa.

En una posible realización, dicha chapa es metálica y con forma de anillo.

En una posible realización, para realizar esta sobrecarga puntual localizada, se deja caer desde una altura determinada al menos un elemento pesado sobre cada columna de terreno blando existente rodeada o encapsulada por cada elemento hueco, íal que se aplica una cierta energía al terreno blando que lo consolida y sobrecarga. En una posible realización, dicho elemento pesado es una maza y se utiliza una grüa para izar dicha maza y dejarla caer.

Alternativamente, se introducen en el terreno blando una pluralidad de elementos huecos y para realizar esta sobrecarga puntual localizada, se utilizan elementos modulares con una disposición tal que se apoyan únicamente sobre la superficie de las columnas de terreno blando existente rodeadas o eneapsuladas por los elementos huecos, y tal que forman una superficie sobre la que colocar un peso que constituye la precarga o sobrecarga. En una posible realización, dichos elementos modulares son de plástico y dicho peso es un suelo como material de relleno. Además, y en el caso de utilizar elementos modulares, el método comprende las etapas de:

- esperar el tiempo suficiente hasta la consolidación del terreno blando;

- eliminar la sobrecarga.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, y para complementar esta descripción, se acompaña como parte integrante de la misma, un juego de dibujos, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo. En estos dibujos:

La figura 1 muestra un esquema de un corte transversal del elemento hueco, de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 2 muestra un diagrama de la introducción de! elemento hueco en el cilindro de doble pared, de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 3 muestra un diagrama de la introducción y extracción del cilindro de doble pared en el terreno, de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 4 muestra una perspectiva en alzado y en otra perspectiva en planta, de una sobrecarga puntual estática del terreno, de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 5 muestra una sobrecarga puntual dinámica del terreno, de acuerdo con una realización de la invención. La figura 6 muestra la razón de sobreconsol ¡dación bajo el eje de la superficie golpeada, para diferentes métodos de mejora del terreno considerados.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En este texto, el término "comprende" y sus variantes no deben entenderse en un sentido excluyeme, es decir, estos términos no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Además, los términos "aproximadamente", "sustancialmente", "alrededor de",

"unos", etc. deben entenderse como indicando valores próximos a ios que dichos términos acompañen, ya que por errores de cálculo o de medida, resulte imposible conseguir con total exactitud. Los terrenos se clasifican en rocas o suelos, pudiendo ser estos últimos gruesos o finos. Los suelos finos, principalmente arcillosos y/o limosos, se clasifican a su vez en duros y blandos. En el contexto de la presente invención se entiende por suelos o terrenos, aquellos suelos o terrenos finos y de escasa capacidad portante, es decir blandos,

Las siguientes realizaciones preferidas se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativas de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.

A continuación se describe el elemento hueco y el método de mejora del terreno mediante dichos elementos huecos y sobrecarga puntual, el cual engloba gran parte de las ventajas de las técnicas de columna de grava descritas anteriormente (acelera la consolidación y refuerza el terreno), y además evita e! consumo de grava.

En primer lugar, y opcionalmente, se prepara la superficie del terreno. Esta preparación puede implicar la necesidad de excavar el terreno para conseguir una superficie horizontal, desbroce de la vegetación, eliminación de tierra vegetal (capa vegetal), etc. En algunos casos extremos, de suelos extremadamente finos, en los que no se puede garantizar un adecuado acceso de la maquinaria, puede ser necesario realizar algún tratamiento superficial, como por ejemplo realizar una costra de suelo- cemento.

A continuación se introduce en el terreno al menos un elemento hueco de forma cilindrica, y abierto al menos por su extremo inferior, tal que el eje longitudinal de cada elemento hueco se sitüa en posición susíancialmeníe vertical en el terreno. Por lo tanto, al introducir el elemento en el terreno y al ser hueco por al menos el extremo inferior, su interior queda relleno de terreno existente de tal forma que dicho elemento hueco confina lateralmente la columna de suelo existente.

La composición del elemento hueco es novedosa, al no estar dicho elemento hueco comprendido en el estado de la técnica. En concreto, y como se muestra en la figura 3 , cada elemento hueco 10 comprende: una geored 1 1 de forma cilindrica configurada para permitir la circulación de agua a su través; un geosintético 12, preferentemente un geotextil, que cubre la superficie exterior de la geored 1 1 y que realiza una función de filtro, es decir, deja pasar el agua pero no las partículas de terreno existente, consiguiendo asi el drenaje y la consolidación del terreno; y a! menos un geosintético 13 que cubre la superficie interior de la geored 1 1 y que realiza una doble función: por un lado deja pasar el agua pero no las partículas de suelo fino (función filtro) y por otro lado dota al elemento hueco 10 de una rigidez radial (función resistencia).

En una posible realización, la superficie interior de la geored es cubierta por un único geosintético que realiza la doble función de filtro y de resistencia. En otra posible realización, la superficie interior de la geored es cubierta por dos geosintéticos diferentes tal que ambos forman un geocornpuesto. En este caso, uno de los geosintiticos, preferentemente un geotexíil, realiza la función de filtro y e! geosintético restante, preferentemente una geomalla, realiza la función de resistencia.

Además, el geosintético que cubre la superficie interior de la geored y que realiza esta función de resistencia impidiendo que el elemento hueco se deforme radialmente, presenta una elevada rigidez en la dirección circunferencial (preferentemente, Jg> 1000 kN/ ^' m) para confinar correctamente la columna de terreno, minimizando la expansión radial de la membrana, y por tanto los asientos del terreno en superficie.

Este elemento hueco 10 tiene un espesor cuyo orden está comprendido entre aproximadamente 5 milímetros y 10 centímetros, un radio cuyo orden est comprendido entre aproximadamente 10 centímetros y 5 metros, y una longitud cuyo rango está comprendido entre aproximadamente 2 y 10 metros.

La introducción del elemento hueco en el terreno se realiza desde la superficie y, preferentemente, por hinca o desplazamiento del terreno, sin necesidad de excavar el mismo. En una posible realización, como se muestra en la figura 2, para realizar la hinca o desplazamiento del terreno se utiliza un cilindro 24 hueco de doble pared, entre cuyas paredes se sitúa el elemento hueco 20 descrito anteriormente. Además, en la parte inferior del cilindro 24 y unida al elemento hueco 20 se sitúa una chapa 25, preferentemente metálica y con forma de anillo, configurada para anclar el elemento hueco 20 a la profundidad deseada. Un experto en la materia entenderá que una vez que el conjunto cilindro 24 y elemento hueco 20 se hinque en el terreno, a continuación es posible extraer ("recuperar") el cilindro 24, de tal forma que el elemento hueco 20 permanece colocado en el terreno, y anclado en la parte inferior por la chapa 25 anular. La figura 3 muestra un diagrama de la introducción del cilindro 34 de doble pared en el terreno blando 38, entre cuyas paredes se sitúa el elemento hueco 30, y con la chapa 35 situada en la parte inferior del cilindro 34 y unida al elemento hueco 30. Además, la figura 3 muestra la extracción del cilindro 34 una vez alcanzada la profundidad deseada, de tal forma que el elemento hueco 30 permanece colocado en el terreno blando 38, y anclado en la parte inferior por la chapa 35.

A continuación, y para mejorar las características de la columna de terreno existente que permanece en el interior del elemento hueco, se realiza una sobrecarga puntual, localizada sobre el terreno situado en el interior del elemento hueco.

Preferentemente, y como se muestra en la figura 5, para realizar esta sobrecarga puntual localizada se deja caer desde una altura determinada al menos un elemento pesado 59, como por ejemplo una maza, sobre cada columna 50 de terreno blando 58 existente rodeada o encapsulada por cada elemento hueco descrito anteriormente, tal que se aplica una cierta energía al terreno blando 58 que lo consolida y sobrecarga. En una posible realización, se utiliza una grüa 60 para izar el elemento pesado 59 y dejarlo caer. Un experto en la maíeria entenderá que estos impactos del elemento pesado 59 en el terreno blando 58 se pueden realizar repetidamente, y que la huella que deja el elemento pesado 59 en el terreno blando 58 debe coincidir aproximadamente con el terreno circundado por cada elemento hueco. En esta realización, la sobrecarga es dinámica.

Un experto en la materia entenderá que en este caso, la invención se puede considerar como una mejora de la eficiencia en la técnica de compacíación dinámica en terrenos finos ya que se introduce un elemento cilindrico que confína lateralmente el terreno y permite su rápida consolidación durante el impacto o golpeo desde la superficie. Ademas, con el método de la invención se reducen costes con respecto a la sustitución dinámica, ya que el aporte de grava es reemplazado por el elemento hueco.

En otra posible realización, para realizar esta sobrecarga puntual localizada se utilizan elementos modulares, preferentemente de plástico, que permitan una rápida colocación y eliminación y que formen una superficie, sobre la que colocar un peso que constituye la sobrecarga, preferentemente un suelo como material de relleno. En esta realización, la sobrecarga es estática. Un experto en la materia entenderá, que en este caso, y para la utilización de los elementos modulares, es necesario la utilización de una pluralidad de elementos huecos.

El objetivo de los elementos modulares es transformar una sobrecarga uniforme, como por ejemplo un relleno de suelo ejecutado directamente sobre la superficie del terreno, en una sobrecarga puntual que actúe únicamente sobre las columnas de terreno a sobrecargar. Para ello, dichos elementos modulares deben presentar una disposición tal que únicamente se apoyen sobre la superficie de las columnas de terreno existentes, rodeadas o encapsuladas por los elementos huecos descritos anteriormente.

Por ejemplo, en una posible realización, y como se muestra en la figura 4 en una perspectiva en alzado y en oíra perspectiva en planta, los elementos huecos se disponen en el terreno blando 48 formando una malla cuadrada, y cada elemento modular 46 comprende cuatro apoyos, tal que cada apoyo se sitúa únicamente sobre ¾ de la columna de terreno blando 48 existente. De esta forma, sobre cada columna 40 de terreno blando 48 existente se apoyan cuatro apoyos pertenecientes a cuatro elementos modulares 46 diferentes. Además, cada elemento modular 46 presenta una forma abovedada sobre la que colocar el peso 47 que constituye la sobrecarga. En esta posible realización, los extremos de la bóveda y/o los apoyos presentan unos salientes, tal que permiten una conexión rápida y continua de los elementos modulares 46. Un experto en la materia entenderá que existen tantos elementos modulares 46 como columnas de terreno blando 48 existente, rodeadas y encapsuladas por el elemento hueco. Posteriormente se coloca un material de relleno o sobrecarga sobre los elementos modulares (figura 4, referencia 47).

Ademas, un experto en la materia entenderá que los elementos modulares deben estar diseñados y tener un espesor tal que permita soportar las cargas aplicadas sobre los mismos, y que sus dimensiones SOE función de las características de los elementos huecos. Además, su altura puede ser variable y está condicionada por un diseño óptimo del elemento estructural que soporte las cargas, pudiendo variar entre aproximadamente 0.2 metros y 3 metros.

El siguiente paso del método, y en el caso de haber utilizado una sobrecarga estática, es esperar el tiempo suficiente hasta que se produzca la consolidación del terreno. Este tiempo de espera puede variar entre unas horas y unos meses, y en general, no debiera de exceder los 3-5 meses. A continuación, una vez finalizado el tiempo de espera, se procede a la eliminación de la sobrecarga. En este momento, es posible recuperar los elementos modulares utilizados, los cuales podrán reutilizarse, incluso dentro de la misma obra.

Finalmente, se ejecuta la estructura que se pretende cimentar.

El método de la invención permite mejorar el terreno simplemente con la inclusión de elementos huecos, y la realización de una sobrecarga puntual, evitando el consumo de grava u oíros materiales necesarios en las técnicas tipo columna, descritas en el estado de la técnica, lo que supone un abaratamiento en el proceso constructivo.

Además, la eliminación de grava implica que no sea necesario hacer un hueco en el terreno para introducir la misma, y por tanto que el proceso constructivo sea más rápido y más cómodo. La doble función que realiza la grava (elemento drenante y refuerzo del terreno) en las técnicas tipo columna, es sustituido en el método de la invención por el geosintético, preferentemente una geored, (función elemento drenante) y por la sobrecarga y el al menos un geosintético de encapsulamiento radia! (función de refuerzo del terreno).

Ejemplo

Se presentan a continuación los resultados de simulaciones numéricas que demuestran la viabilidad técnica y la ventaja competitiva del método de mejora del terreno propuesto frente a otros métodos existentes, tomando a modo de ejemplo y sin que ello sea excluyente una de las realizaciones preferentes. En particular, se ba empleado el caso en el que la aplicación de la sobrecarga puntual se realiza de forma dinámica mediante golpeo. Para simplificar las simulaciones numéricas, se ha simulado únicamente un golpeo en un punto, aunque sea habitual que se golpee repetidamente y en varios puntos.

Para simular el golpeo, se ha supuesto una carga dinámica con extensión circular de 60 em de diámetro y con una distribución en ei tiempo de onda armónica con una frecuencia de 20 Hz. Para modelar un golpe, se considera la mitad de una onda (180°). La amplitud de la carga dinámica se ha calibrado para que la huella que deja el golpeo en el terreno sea de 4 cm en cada uno de los casos analizados. Para simular el terreno blando existente, se han omado valores realistas habituales.

Para el método de mejora propuesto, se ha considerado un elemento hueco de 5 m de longitud, 60 cm de díámeíro y una rigidez circunferencial de Jg=5000 kN/m.

La figura 6 muestra los resultados obtenidos: la razón de sobreconsolidación bajo el eje de la superficie golpeada para diferentes métodos de mejora del terreno considerados. La razón de sobreconsolidación inicia] del terreno era 1 en toda la profundidad. Para los drenes prefabricados y columnas de grava se han considerado configuraciones y parámetros habituales.

Los resultados reflejan que el método propuesto es el único que consigue incrementar notablemente la RSC del terreno, especialmente a partir de 3 m de profundidad. La compactación dinámica por si sola o con drenes verticales incrementa de forma despreciable la RSC excepto en la superficie. La compacíaciórs dinámica con columnas de grava logra mejores resultados pero inferiores a los conseguidos con el método propuesto, Para el caso de columnas de grava, cabe mencionar que se produce una mejora importante al introducir grava, cosa que no ocurre con el método propuesto. La mejora al introducir la grava no se cuantifica en el gráfico mostrado pero también provoca un incremento de coste muy notable.