La estabilización de taludes y excavaciones es una preocupación clave en todos los proyectos de construcción. Los ingenieros geotécnicos deben seleccionar el mejor sistema de contención de tierras para cada sitio. Debemos considerar factores como las condiciones del suelo, las limitaciones de espacio y la duración del proyecto para tomar una decisión informada.
¿Qué es el Suelo Enclavado?
El Soil Nailing es una técnica de contención y refuerzo del suelo diseñada tanto para trabajos permanentes como provisionales. Es una técnica de construcción probada que utilizamos para reforzar y estabilizar taludes existentes o excavaciones profundas. Este método implica la inserción de barras de acero resistentes a la tensión, o uñas, en el suelo y fijándolos en su lugar. La técnica de clavado de suelo es un método de construcción de refuerzo de taludes mediante una técnica de refuerzo de suelo in situ. Esta técnica consiste en instalar barras de acero con poca separación en agujeros pretaladrados en el suelo, generalmente con un ligero ángulo descendente. Una vez instalados y rejuntados los clavos, estos trabajan junto con el suelo nativo para formar un bloque reforzado unificado.
Este sistema de refuerzo interno crea un bloque compuesto de suelo y refuerzo que se refuerza internamente, lo que lo convierte en un sistema pasivo que se basa en el movimiento del terreno para generar resistencia.
La Naturaleza Provisional del Suelo Enclavado
Si necesitamos una solución temporal para el soporte de excavaciones, como el apuntalamiento para la construcción de un sótano, el clavado de tierra suele ser la opción preferida y adaptable debido a su velocidad y facilidad de remoción. A menudo encontramos que clavar el suelo es una solución más rentable y rápida que los muros de contención convencionales, especialmente para excavaciones profundas o soportes temporales.
Sin embargo, el clavado de suelo es inadecuado para soporte permanente con una vida útil de más de 2 años en suelos cohesivos duros. A pesar de que este tipo de obras puedan ser efímeras, se les debe exigir una adecuada planificación desde la fase de proyecto hasta la ejecución y el desmantelamiento o desmontaje. En el caso de que una obra temporal no se retire tras su ejecución, debería autorizarse de forma expresa y recalcularse, si es necesario, para que tenga una vida útil mayor de la prevista. De hecho, muchas normas de acciones prescriben coeficientes parciales de seguridad en estos casos inferiores a los que serían necesarios en el caso de que la obra fuese definitiva.
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Proceso de Construcción del Suelo Enclavado
La instalación de un muro de clavos de tierra es un proceso de arriba hacia abajo. Este proceso comienza excavando un pequeño corte vertical. Lo que significa que excavamos una pequeña capa, instalamos una hilera de clavos, aplicamos un frente de hormigón proyectado y luego repetimos esta secuencia para la siguiente capa. El primer paso es la perforación de los taladros en los que se colocarán posteriormente los bulones pasivos, normalmente subhorizontales, que trabajan bajo esfuerzos de tensión por adherencia y por resistencia cortante.
Para asegurar los clavos en su lugar, se inyecta lechada en los agujeros. Este proceso de rejuntado asegura una fuerte unión entre las barras de acero y el suelo circundante. Una vez que se excava una sección, se perforan agujeros en la cara del suelo expuesta en ángulos predeterminados, generalmente entre 10 y 20 grados hacia abajo. La profundidad de estos agujeros varía según las condiciones del suelo y los requisitos de diseño, que generalmente oscilan entre 10 y 20 pies. Se utilizan diferentes métodos de perforación, como la perforación rotativa, de percusión o de barrena, en función de la composición del suelo. Después de perforar, se insertan barras o tendones de acero de alta resistencia en los orificios para proporcionar resistencia a la tracción al suelo. Estos clavos actúan como refuerzos que aumentan la estabilidad de la estructura.
Con los clavos en su lugar, se aplica un revestimiento protector sobre la superficie excavada para evitar la erosión, controlar la infiltración de agua superficial y ayudar a distribuir las cargas. La excavación se cubre con concreto proyectado que tiene la misión de proteger al mallazo (armadura) frente a la corrosión, ayudar en el reparto de cargas e impedir la caída de tierra entre los puntos de anclaje. La capa (piel) de concreto lanzado (gunita) se refuerza con un mallazo de acero para repartir las cargas de forma uniforme en toda la superficie. Las opciones de revestimiento comunes incluyen hormigón proyectado, que es concreto proyectado que forma una capa protectora endurecida; una combinación de malla de alambre y hormigón proyectado para mayor flexibilidad y refuerzo; o paneles prefabricados de hormigón que proporcionan un aspecto estructurado y acabado.
Tipos de Clavos de Suelo
Existen varios tipos de clavos de suelo adaptados a diferentes condiciones y requisitos del proyecto:
- Clavos con lechada: Son el tipo más común de clavos de tierra. Las barras de acero se insertan en orificios preperforados y se aseguran con lechada, lo que proporciona un fuerte refuerzo en diversas condiciones del suelo.
- Clavos clavados: Estos clavos prefabricados se clavan directamente en el suelo sin perforar. Este método es más rápido, pero generalmente se usa en tipos de suelo específicos donde es factible conducir.
- Clavos con lechada de chorro: Una técnica de lechada a alta presión mejora los suelos débiles o sueltos antes de insertar los clavos. Esto mejora la estabilidad del suelo y garantiza una mejor capacidad de carga.
- Clavos de tierra de barra hueca: Consisten en barras tubulares de acero con un núcleo hueco, lo que permite la perforación simultánea y la inyección de lechada. Instalada perforando el suelo (a menudo sirviendo como su propia barra de perforación), la lechada se bombea a través del centro hueco, uniendo el clavo al suelo circundante.
El sistema de anclaje autoperforante puede mejorar considerablemente la eficiencia de la construcción, acortar el período de construcción y reducir el coste total cuando se aplica como clavos de suelo. Estos anclajes combinan la perforación y el lechado en un solo paso, lo que aumenta significativamente la eficiencia de la instalación y la resistencia de la adherencia. En la actualidad, el sistema de anclaje autoperforante es adecuado para rocas rotas y rocas circundantes que son difíciles de perforar. Cada método tiene ventajas, por lo que es esencial elegir el tipo correcto en función de las propiedades del suelo y las necesidades del proyecto.
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Idoneidad del Suelo para el Clavado Provisional
El clavado de suelo funciona mejor en suelos que pueden permanecer sin soporte durante un corto período, con un grado razonable de cohesión aparente. El clavado de suelo funciona de manera óptima en suelos cohesivos que pueden permanecer sin soporte durante un corto período de excavación. Generalmente evitamos el clavado de suelos en arenas sueltas y sin cohesión o en áreas con un nivel freático alto, ya que el flujo de agua puede comprometer la adherencia. Los suelos cohesivos favorecen el clavado del suelo, mientras que los suelos granulares pueden requerir muros de contención.
El suelo cohesivo contiene pequeñas partículas y suficiente arcilla para que el suelo se adhiera a sí mismo. Cuando el suelo es más cohesivo, es porque tiene mayor cantidad de arcilla, y presenta menos probabilidades de que se produzca un derrumbe. Los suelos granulares están formados por partículas gruesas como la arena o la grava. Este tipo de suelo no se adhiere a sí mismo. Cuando el suelo es menos cohesivo, se necesita llevar adelante mayores medidas para prevenir un derrumbe.
OSHA utiliza un sistema de medición llamado "fuerza de compresión" para clasificar cada tipo de suelo, que es la cantidad de presión necesaria para que el suelo colapse. Los suelos pueden clasificarse como Tipo A, Tipo B o Tipo C.
A continuación, se presenta una tabla con la clasificación de suelos según OSHA:
| Tipo de Suelo (OSHA) | Fuerza de Compresión | Características Principales | Ejemplos |
|---|---|---|---|
| Tipo A | 1.5 toneladas/pie cuadrado o más | Cohesivo, alta fuerza de compresión | Arcilla, arcilla limosa, arcilla arenosa, suelo franco arcilloso |
| Tipo B | Entre 0.5 y 1.5 toneladas/pie cuadrado | Cohesivo, a menudo con fisuras o intervenido, fragmentos que no se adhieren tan bien como el Tipo A | Suelos cohesivos con fisuras o intervenidos |
| Tipo C | 0.5 toneladas/pie cuadrado o menos | Menos estable, granular o cohesivo con baja fuerza de compresión | Grava, arena |
Ventajas y Limitaciones para Aplicaciones Provisionales
Ventajas
- Rentabilidad y velocidad: Clavar el suelo es una solución rentable y rápida, especialmente para excavaciones profundas o soportes temporales. Esta técnica es ampliamente adoptada en ingeniería geotécnica debido a su rentabilidad y eficiencia en diversas condiciones de suelo.
- Flexibilidad y espacio limitado: El clavado de suelo se destaca en proyectos con limitaciones de espacio o derecho de paso, como zonas urbanas o cortes estrechos en carreteras. El equipo a pequeña escala y la secuencia de construcción de arriba hacia abajo requieren un espacio de trabajo mínimo detrás del paramento del muro.
- Menor interrupción: Ofrece una solución mínimamente disruptiva, creando un bloque de tierra estabilizada.
Limitaciones
- Durabilidad a largo plazo: Es inadecuado para soporte permanente con una vida útil de más de 2 años en suelos cohesivos duros.
- Corrosión: La corrosión puede ser una preocupación, ya que los clavos de acero pueden degradarse con el tiempo en suelos muy ácidos o alcalinos si no se protegen adecuadamente.
- Deformación superficial: El movimiento lateral durante la excavación a veces puede causar deformación de la superficie, lo que puede afectar a los servicios públicos o estructuras cercanas.
- Nivel freático: El clavado del suelo es menos efectivo en áreas con niveles freáticos altos, que a menudo requieren medidas de deshidratación para garantizar la estabilidad.
- Estética: En términos de estética, el hormigón proyectado expuesto o los revestimientos de malla pueden no ser tan atractivos visualmente como otras soluciones estructurales, lo que los hace menos adecuados para proyectos donde la apariencia es una prioridad.
Planificación y Seguridad en Obras Provisionales
La estabilización de taludes y excavaciones es una preocupación clave en todos los proyectos de construcción. La elección entre un sistema de anclaje de tierra y un muro de contención convencional es una decisión geotécnica crucial que depende de equilibrar las limitaciones específicas del sitio, las necesidades de rendimiento a largo plazo y el presupuesto del proyecto. Debemos evaluar varios factores clave para determinar qué técnica de contención de tierra ofrece la mejor solución eficiente, segura y rentable para estabilizar taludes o soportar excavaciones.
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OSHA requiere que los empleadores tengan una persona capacitada que determine el tipo de suelo. Una persona competente o capacitada es alguien que puede identificar las condiciones que pueden resultar peligrosas para los trabajadores, quien además tiene autorización para corregir los peligros. Todas las zanjas de más de 5 pies de profundidad deben seguir los reglamentos de OSHA.
Además de lo anteriormente indicado, resulta necesario establecer con antelación la forma en que se ha de demoler, desmantelar o desmontar la obra temporal, o en su caso, restaurar las áreas y servicios afectados.
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