Inyecciones con tubos manguito para el tratamiento del terreno

El uso de la técnica de la inyección, utilizando tubos manguito para mejorar las características del terreno se ha expandido de manera significativa durante los últimos años. Actualmente, las inyecciones son utilizadas para realizar tratamientos en terrenos arenosos y gravosos, así como en terrenos de roca fisurada y con baja permeabilidad.

Las inyecciones constituyen una de las maneras más versátiles para hacer frente a daños estructurales causados por obras de excavación subterráneas en áreas urbanas. Se trata, además, de un procedimiento en grado de garantizar la seguridad de las obras y muy poco invasivo. Para garantizar el éxito del tratamiento, es necesario tener en consideracón varios factores, como las características del terreno, el tipo de mezcla que se debe inyectar y los parámetros de inyección.

Las inyecciones tienen el objetivo de mejorar las características mecánicas e hidráulicas del terreno, así como incrementar la cohesión y reducir la permeabilidad del mismo. Cemento, resinas o mezclas químicas son inyectadas en el suelo a través de tubos manguito, los cuales cuentan con válvulas antiretorno que impiden el regreso de la mezcla ya inyectada dentro de la tubería. La amplia gama de mezclas inyectables disponibles hoy en día ha extendido el campo de aplicación del tratamiento de inyección, haciendo posible su utilización incluso en terrenos aluvionales, rocosos y fracturados.

Para asegurar el éxito del tratamiento, es necesario tener en consideración diversos factores: las características del terreno, su estratificación, el tipo de mezcla a inyectar, los tubos a utilizar, el esquema de inyección (la distribución de los tubos manguito en el área a tratar), la presión, el flujo y el volúmen de las inyecciones, la necesidad de repetir el tratamiento, etc. Se trata de un proceso interactivo e iterativo. Las inyecciones deben ser monitoreadas constantemente durante su ejecución, en modo de permitir eventuales ajustes y correcciones.

La influencia de los parámetros mencionados anteriormente en el éxito del tratamiento es explicada en los párrafos sucesivos.

a) El terreno

Como ya sabemos, las inyecciones pueden utilizarse para el tratamiento de tipos de terreno diversos. La composición del terreno determina su permeabilidad y cohesión (granularidad, presencia de vacíos y fracturas, etc.). Por lo tanto, terrenos arenosos y altamente permeables requerirán de una mezcla diversa respecto a la que deberá ser utilizadas en el caso de terrenos formados de arena fina y limosa, con baja permeabilidad.

El coeficiente de permeabilidad del terreno, del que depende la facilidad de difusión de la mezcla, está determinado por la existencia, la dimensión y la geometría de los vacíos intergranulares. Por esta razón, la selección de la mezcla a inyectar y el diseño del esquema de inyección deben ser precedidos necesariamente por un análisis de la permeabilidlad del terreno.

b) Las mezclas de inyección

La capacidad de la mezcla o lechada de penetrar el terreno, y de llenar los vacíos existentes en la zona a tratar, dependen de las características del terrreno mencionadas en el punto precedente y de la composición de la misma mezcla. La elección del tipo de mezcla a usar debe además tener en consideración el objetivo del tratamiento.

La composición de la mezcla determina sus propiedades reológicas. Estas propiedades, unidas a la presión de inyección, definen su capacidad de penetración del suelo y de desplazamiento del aire y del agua presentes en los vacíos intergranulares, sin diluirse ni deteriorarse.

El análisis de las propiedades reológicas es necesario para poder identificar el tipo correcto de mezcla a utilizar. Es posible emplear aditivos o estabilizantes para lograr que una mezcla tenga las propiedades necesarias para la realización de un tratamiento específico. Además, si fuese necesario, pueden ser inyectados en el suelo componentes químicos diversos (como silicatos) en forma simultánea a través de varios tubos manguito.

El perfeccionamiento progresivo de las técnicas de inyección ha comportado también la mejora de las mezclas de lechada. Mezclas a base de bentonita, de silicato de sodio, y soluciones de resina orgánica están hoy disponibles en adición a las tradicionales mezclas cementicias. Se están realizando investigaciones orientadas al perfeccionamiento de la utilización de emulsiones de gases expandibles que, aumentando el propio volúmen inicial, podrían rellenar cavidades grandes del suelo incluso en presencia de agua circulante.

c) Los tubos manguito de inyección

La mezcla se inyecta en el suelo a través de tubos manguito, tubos rígidos fabricados en PVC con perforaciones a distancias regulares recubiertas con válvulas de goma. Las últimas actúan como válvulas antiretorno ya que impiden que la mezcla regrese dentro del tubo después de haber sido realizada la inyección. Los tubos manguito generalmente utilizados en aplicaciones de inyección estándar tienen diámetros entre 1” y 2”.

Sireg Geotech produce tubos manguito en PVC Durvinil con diámetro de 3/8” a 2 1/2”. El número, la posición y el paso de las perforaciones dependen de las especificaciones requeridas por el cliente o por el proyecto. Los tubos manguito permiten alcanzar una presión de inyección de hasta 100 bares. Las válvulas pueden ser externas, sujetadas con anillos de protección, o bien incrustadas en el espesor del tubo.

El uso de tubos manguitos ha aportado varias ventajas al tratamiento de inyección:

• el flujo de la mezcla puede ser controlado;
• la inyección puede ser realizada en varias etapas usando los mismos tubos ya instalados en el suelo;
• diversas mezclas pueden ser utilizadas en cada etapa;
• la inyección puede ser efectuada a través de válvulas seleccionadas, permitiendo de esta manera el uso de mezclas distintas en los diversos niveles del terreno.

d) La inyección

Una vez que el tubo ha sido instalado al interno de una perforación en el terreno, es necesario sellar el espacio entre este y la pared del agujero. Esto es necesario para evitar que la mezcla inyectada suba a lo largo del agujero mismo, en lugar de penetrar el terreno. En suelos granulares, el sellado se realiza mediante la inyección de una vaina cementicia (cemento/bentonita); mientras que en terrenos rocosos se usan normalmente sacos obturadores (técnica MPSP). Sireg Geotech suministra sacos obturadores en geotéxtil de polipropileno.

Cuando el espacio anular alrededor del tubo ha sido sellado, se procede con la inyección. El uso de un obturador doble (packer doble) permite inyectar la mezcla a través de las válvulas del tubo. Los packers Sireg Geotech son compatibles con todos los tubos maguito Durvinil y pueden ser rígidos con rondanas de goma o hidráulicos, según el diámetro del tubo.

La mezcla inyectada abre las válvulas y se expande en el terreno circunstante. Una vez terminada la inyección, las válvulas se cierran para prevenir que la mezcla regrese dentro del tubo. Después de ser lavados internamente con agua corriente, los tubos pueden ser reutilizados para realizar nuevas inyecciones.

Una aplicación típica de la inyección es el tratamiento de terrenos antes de la realización de obras de excavación subterráneas. La inyección se hace en estos casos con el objetivo de reducir o eliminar, en modo seguro, mínimamente invasivo y económicamente eficiente eventuales daños que las obras podrían causar. Este tipo de inyección se proporciona para dos diferentes finalidades (o ambas en simultáneo):

• Consolidar el terreno: mejora de las características mecánicas del terreno para facilitar la realización de obras de excavación en condiciones seguras y para permitir el atravesamiento de zonas imposibles de excavar con métodos tradicionales de no realizarse el tratamiento. La consolidación del terreno es frecuentemente necesaria antes de excavaciones en zonas cercanas a fundaciones ya existentes y en la construcción de túneles subterráneos.

• Impermeabilización: consiste en la realización de muros pantalla que bloquean la circulación de fluidos subterráneos como agua, aire e hidrocarburos. Se aplica en la excavación de túneles debajo de la capa freática y en la construcción de presas.

• Anclajes: una aplicación adicional del procedimento de inyección es la fabricación de anclajes. En este caso, con la técnica de la inyección se realizan tanto la inyección primaria con alta presión como las inyecciones sucesivas, con el objetivo de optimizar la calidad y la continuidad del bulbo del anclaje (incluso en terrenos fisurados o arcillosos).

Como hemos visto, las inyecciones representan una tecnología extremadamente versátil para hacer frente a diversas problemáticas. La variedad de las mezclas disponibles y la flexibilidad del procedimiento de ejecución ponen a disposición del experto del sector la solución adecuada para cada tipo de terreno y los requerimientos de cada proyecto. Sireg Geotech brinda servicios de asistencia a clientes y proyectistas a nivel mundial, desde la fase de proyectación hasta la ejecución del tratamiento de inyección.