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Sistemas de Inyección


La Estabilización por Inyección es un método in situ de tratamiento de arcillas expansivas por inyección de presión de una solución acuosa de agua, lechada de cal, o cloruro de potasio.


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  • Las profundidades típicas de inyección son de 7 a 12 pies de profundidad bajo cimientos de construcción y de hasta 40 pies de profundidad o más bajo subsuelos de vías férreas y rellenos sanitarios.
  • Un sistema de estabilización económico in situ con una historia de 40 años de tratamiento de suelos cohesivos. Los métodos de inyección varían de acuerdo con el tipo de material que está siendo inyectado.

Tres Tipos Fundamentales de Inyección
  • Agua
  • Cal o Cal/Ceniza Suelta
  • Cloruro de Potasio


El Proceso de Inyección


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Aceptación Basada En

  • Contenidos en incremento de humedad in situ al límite plástico más 2 a 3 puntos de humedad
  • Lecturas en reducción del penetrómetro de bolsillo hasta 3.0 tsf o menos
  • Inflamiento promedio en reducción hasta 1.0% o menos en la zona tratada

* El método de ensayo de aceptación es dictado por el material que está siendo inyectado


Inyección de agua, una técnica pre-inflamiento, es un método de introducir agua en la arcilla expansiva con el fin de inflar la arcilla tanto como sea posible antes de la construcción
  • Se inyecta agua y surfactante (agente activo de la superficie) en la arcilla expansiva para pre-inflar la arcilla. Cada “pase” de inyección es realizado en centros de 5 pies. Se requieren varios pases para pre-inflar efectivamente un sitio. El pre-inflamiento se usa típicamente para grandes construcciones (50K+) y grandes áreas de pavimento. La inyección de área es poco costosa, rápida y fácil de usar.
  • Se agrega un surfactante al agua para reducir la tensión del agua e incrementar el índice de absorción del agua por la arcilla.

Metodología
Diversas condiciones se combinan para hacer de la inyección de agua una técnica efectiva.

  • A medida que se agrega agua a la arcilla por medio del proceso de inyección, esta es absorbida por las partículas de la arcilla debido a la presencia de iones hidratantes localizados en el espaciamiento entre las partículas de arcilla.
  • Eventualmente, la arcilla absorberá una cantidad de agua que satisfaga la carga de partículas de la arcilla, punto en el que el proceso de inflamiento estará completado.
  • Un plano de esfuerzo cortante se desarrolla en las cubiertas exteriores del sistema de arcilla/agua que corresponde a una reducción total en la fuerza de corte de la arcilla. Por esta razón, las mediciones de fuerza de corte, como aquellas obtenidas con un penetrómetro de bolsillo, pueden ser una manera rápida y efectiva para determinar el éxito de la inyección.


La Inyección de Cal es la inyección de lechada de cal a altas presiones (50 a 200 psi) resultando en una cobertura del patrón de desecación de la arcilla con lechada.

  • Adicionalmente, la superficie del relleno de construcción será cubierta con la lechada de cal como resultado del proceso.
  • Este material es mezclado con el suelo para formar una plataforma de trabajo después de la inyección.
  • La inyección de cal usualmente es seguida por la inyección de agua para pre-inflar la arcilla y distribuir después la cal en el suelo.


Inyección de Cal

  • La cal es inyectada para llenar el patrón de desecación de la arcilla expansiva con lechada y estabilizar la superficie del relleno para facilidad de operación.
  • La inyección de cal se usa para rellenos de construcción, así como para calles, estacionamientos y carreteras.

Metodología

  • Cuando el hidróxido de calcio está en contacto con la superficie de arcilla en el patrón de desecación del suelo, este reacciona con el sílice y alúmina en la arcilla para formar hidratos de sílice de calcio y alúminas de sílice de calcio.
  • Estos compuestos cementosos representan nuevas moléculas y no son expansivas.


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La Inyección de Cloruro de Potasio (CIS) es la mezcla junto con el cloruro de potasio y lignosulfonato de amoníaco en una solución acuosa que es inyectada para limitar enormemente la elevación futura de un suelo de arcilla expansiva.

  • A diferencia del pre-inflamiento, la inyección de potasio limita la cantidad de agua que absorbe la arcilla. Por esta razón, la inyección de potasio también es un método para contener la elevación que ocurre en estructuras existentes.
  • Usualmente, la inyección de potasio está limitada para usarse en estructuras existentes, así como en aquellas que son altamente sensibles al movimiento, tales como las residencias.


Inyección de Cloruro de Potasio

  • Es mezclado con lignosulfonato de amoníaco e inyectado en arcillas expansivas para tratar químicamente la arcilla y reducir dramáticamente su afinidad por el agua.
  • Usualmente es inyectado antes de la construcción de estructuras altamente sensibles, así como a través de los pisos de estructuras existentes para reducir la elevación en curso.

Metodología
Diversas condiciones se combinan para hacer de la inyección de agua una técnica efectiva.

  • La cantidad de agua que absorbe la arcilla se dicta por el ion predominante localizado en el espaciamiento entre las partículas de arcilla.
  • Al cambiar el ion predominante, el comportamiento del sistema de arcilla/agua puede ser alterado.

El potasio y el amoníaco son iones que pueden satisfacer la energía potencial de las partículas de arcilla y no tienen una hidratación excesiva.


La Inyección de Cal/Ceniza Suelta es la mezcla de cal y ceniza suelta en una lechada y su inyección en suelos de poca fuerza para mejorar la capacidad de soporte y transitabilidad.

  • En suelos menos reactivos, también se usa Geocem para mejorar la fortaleza del suelo.
  • Geocem es una mezcla de 80% de piedra caliza de base fina y 20% de clinker de cemento Portland. Estos dos materiales son inyectados para mejorar las condiciones debajo de los subsuelos de las vías férreas, pavimentos y rellenos sanitarios.


Inyección de Cal/Ceniza Suelta

  • Se usa para tratar arcillas y cienos de menor fortaleza para mejorar la capacidad de soporte disminuyendo el contenido de humedad e incrementando la densidad seca y la fortaleza de corte.
  • Se usa para tratar problemas de subsuelos de vías férreas en rellenos altos. También se usa para mejorar las condiciones de subsuelos en estructuras de pavimento tales como carreteras y puentes.

Metodología

  • Cuando la cal/ceniza suelta es inyectada en una arcilla o cieno de baja fortaleza, esta desplaza el agua que está atrapada en el suelo.
  • Después, el material reaccionará químicamente con el suelo, resultando en mayores incrementos en la fuerza de corte.
  • Al inyectar cal/ceniza suelta o Geocem, es posible disminuir el contenido de humedad del suelo y mejorar la densidad seca, lo que contribuirá con la fortaleza de corte.