El mejoramiento de los suelos utilizando columnas de grava es un procedimiento constructivo desarrollado desde el siglo XIX en Europa debido al incremento en la demanda de suelos adecuados para la construcción de infraestructura que sirviera para el desarrollo de una sociedad. Nuestro país posee gran diversidad de suelos, muchos de los cuales, especialmente en la costa, están conformados por depósitos de arena que no servirían como base de cimentación para la construcción de edificaciones debido a su baja densidad relativa. El mejoramiento de suelos arenosos mediante el uso de columnas de grava es un método de mejora del terreno no muy difundido en nuestro país pese a la gran cantidad de beneficios que obtenemos de su uso, entre los cuales tenemos el incremento de la densidad relativa del terreno, reducción de asentamientos, aceleración del proceso de consolidación, disminución del riesgo de licuefacción, entre otros. Basándonos en este problema, este proyecto de tesis iniciará dando una vista general de los métodos de mejoramiento de suelo utilizados en la actualidad, enfocándonos principalmente en el uso de columnas de grava, se describirán sus características generales, el procedimiento de diseño de las columnas y los diferentes procesos constructivos que se utilizan. Se identificarán también los tipos de suelo en los cuales se obtienen resultados óptimos, se describirán los beneficios adicionales que ofrecen las columnas de grava en comparación con otros métodos de mejoramiento y los ensayos de verificación que se realizan para comprobar la eficiencia del mejoramiento; posteriormente se presentarán los resultados obtenidos en el suelo luego de haber realizado un mejoramiento con columnas de grava y se compararán estos resultados con las características del suelo natural con la finalidad de determinar el grado de mejoramiento alcanzado. Por último se realizará el diseño de una cimentación superficial analizando las zapatas por corte y asentamiento, se realizará el diseño de una cimentación profunda basada en la resistencia a la penetración de los suelos y se analizarán los resultados obtenidos. / Tesis

El mejoramiento de los suelos utilizando columnas de grava es un procedimiento constructivo desarrollado desde el siglo XIX en Europa debido al incremento en la demanda de suelos adecuados para la construcción de infraestructura que sirviera para el desarrollo de una sociedad. Nuestro país posee gran diversidad de suelos, muchos de los cuales, especialmente en la costa, están conformados por depósitos de arena que no servirían como base de cimentación para la construcción de edificaciones debido a su baja densidad relativa. El mejoramiento de suelos arenosos mediante el uso de columnas de grava es un método de mejora del terreno no muy difundido en nuestro país pese a la gran cantidad de beneficios que obtenemos de su uso, entre los cuales tenemos el incremento de la densidad relativa del terreno, reducción de asentamientos, aceleración del proceso de consolidación, disminución del riesgo de licuefacción, entre otros. Basándonos en este problema, este proyecto de tesis iniciará dando una vista general de los métodos de mejoramiento de suelo utilizados en la actualidad, enfocándonos principalmente en el uso de columnas de grava, se describirán sus características generales, el procedimiento de diseño de las columnas y los diferentes procesos constructivos que se utilizan. Se identificarán también los tipos de suelo en los cuales se obtienen resultados óptimos, se describirán los beneficios adicionales que ofrecen las columnas de grava en comparación con otros métodos de mejoramiento y los ensayos de verificación que se realizan para comprobar la eficiencia del mejoramiento; posteriormente se presentarán los resultados obtenidos en el suelo luego de haber realizado un mejoramiento con columnas de grava y se compararán estos resultados con las características del suelo natural con la finalidad de determinar el grado de mejoramiento alcanzado. Por último se realizará el diseño de una cimentación superficial analizando las zapatas por corte y asentamiento, se realizará el diseño de una cimentación profunda basada en la resistencia a la penetración de los suelos y se analizarán los resultados obtenidos.

A lo largo de los años el uso común de solo cimentaciones superficiales y profundas como alternativa de estructuras de apoyo sobre el terreno ha limitado el uso óptimo de los recursos disponibles. Esto conlleva que en muchos casos se plantee la utilización de cimentaciones profundas, pilotes, en proyectos en lo que se puede aprovechar las condiciones geomecánicas del terreno y poder plantear una cimentación mucho más eficiente y efectiva. El método de columnas de grava es una alternativa de cimentación intermedia entre las dos antes mencionadas que consiste en mejorar las características resistentes y elásticas del suelo. El sistema se basa en tomar estas propiedades como ángulo de fricción interna, cohesión y módulo de deformación para incorporarle la mejora a través de las columnas de grava, las cuales poseen características conocidas y controladas. El objetivo es obtener un suelo con propiedades geotécnicas más favorables que las iniciales como resultado de la suma de las condiciones del suelo sin mejora y el aporte de las inclusiones. El presente estudio consiste en revisar los métodos de diseño y constructivos de las distintas metodologías de tratamiento de terreno, en especial las columnas de grava. Esto para desarrollar el diseño de esta metodología de mejora a través de un caso práctico y comparar las ventajas de esta sobre el diseño de una cimentación profunda mediante pilotes. En el caso práctico se realiza el diseño de la cimentación en estudio a partir de los resultados de las investigaciones geotécnicas proporcionadas, las cuales permiten determinar los parámetros resistentes y deformacionales del terreno natural. Es así como se pasa a desarrollar y presentar los resultados del diseño, los cuales muestran que la alternativa de mejoramiento de terreno resulta mucho más eficiente en términos económicos e ingenieriles, ya que se obtienen parámetros geotécnicos favorables que cumplen con las solicitaciones de la estructura a proyectar que en un inicio eran insuficientes, las características del suelo, para los requerimientos del proyecto.

El suelo como material de fundación cumple la importante función de soportar las cargas que recibe de la estructura; sin embargo, su función puede verse afectada por la presencia de problemas geotécnicos. Un problema geotécnico frecuente son los suelos blandos que se constituyen por suelos finos saturados de baja resistencia y alta deformabilidad, que ante la aplicación de una carga pueden desarrollar asentamientos excesivos por consolidación. Debido a que este problema geotécnico genera problemas de resistencia y asentamientos que se dilatan en el tiempo, resulta conveniente la aplicación de un tratamiento de terreno, con el objetivo general de evaluar la mejora de los parámetros resistentes y elásticos de los suelos blandos saturados. De esta manera, el presente estudio desarrolla el mejoramiento del suelo blando saturado por medio de la inclusión de columnas de grava, estableciendo como metodología la comparación de las propiedades del suelo antes como después del tratamiento, a partir de cuatro objetivos específicos: determinar la reducción de los asentamientos del terreno mediante el factor de mejora del método de Priebe (1995); verificar la mejora de la resistencia al corte del terreno por medio del método de Priebe (1978) y Mitchell (1981); evaluar el mecanismo de rotura y el incremento del módulo de deformación del terreno a través del principio de concentración de tensiones; y establecer el grado de mejora del suelo blando saturado en función del tiempo de consolidación. Para ello, se establece las consideraciones que conforman el caso práctico: estructura constituida por un terraplén de 10 m de altura, terreno de fundación localizado en depósitos lacustres de composición arcillosa y presencia del proceso natural por consolidación. Las conclusiones de la tesis se definen al comparar los parámetros geotécnicos del terreno, antes como después del tratamiento, evaluando 4 propuestas de mallas de tratamiento con columnas de grava, a diferente separación. Es así como las conclusiones muestran que a menor separación de las columnas de grava en el terreno se produce una mayor efectividad sobre la reducción de los asentamientos totales, la mejora de la resistencia al corte, el incremento del módulo deformación y la aceleración del proceso de consolidación. A medida de recomendación se podría pensar en utilizar mallas de columnas de grava a menor separación de forma general. Sin embargo, por medio de esta tesis queda demostrado que la disposición de columnas de grava más adecuada será la que considere la tipología de la estructura a cimentar y el objetivo específico que se quiera alcanzar; debido a que la falta de consideración de estas premisas puede encarecer el mejoramiento del terreno.