Soil Nailing

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1.   INTRODUCCIÓN

Al momento de realizar un proyecto de construcción en una gran cantidad de ellos es necesario realizar excavaciones para diversos motivos: una excavación para una obra minera o industrial, la construcción de subterráneos en un edificio para tener mayor espacio útil, construir estacionamientos bajo la cota superficial del primer piso de una obra, alcanzar estratos de suelo con mejores cualidades geotécnicas para la implementación de las fundaciones, entre otras. Esta partida de excavación por problemas de espacio (construcción en zona urbana), problemas de retiro del excedente de suelo, costos, plazos. método constructivo o cualquier otro motivo puede originar la construcción de taludes con mayor o menor pendiente, los que sumados también al tipo de suelo del sector ocasiona una zona con altas posibilidades de derrumbe. Este “plano de falla” envuelve todo el corte realizado en la excavación, el que en condiciones desfavorables (como puede ser un vibrado excesivo producto de la maquinaria propia de una construcción, un sismo o una sobrecarga sobre el sector superior del talud) puede llevar al colapso de toda la zona de falla, lo que trae problemas directos a la seguridad de la obra y de los trabajadores, además de provocar retrasos y aumento de costos a la obra.

En el presente informe se abordará un método eficaz que permite solucionar este problema. Se trata del “soil nailing” (suelo claveteado) que es un método moderno para reforzar un talud, en el que a medida se desciende en una excavación se introducen anclajes de refuerzos pasivos (pernos de anclaje) y activos (mallas de acero junto a hormigón proyectado o shotcrete) mejorando la  resistencia al  corte del suelo en obra. Para profundizar la investigación se consultó al Sr. Ítalo Carrera, Constructor Civil que actualmente es parte de la reconocida empresa Echeverría Izquierdo y quien fue Administrador de Obra del proyecto Parque Titanium en Santiago de Chile. De esta base se abordará la solución como un sistema de contención (ya que debe soportar tensiones del suelo), mencionando sus funciones principales y la maquinaria necesaria para su puesta en obra, considerando para esto el proceso constructivo que se llevará a cabo para materializar esta partida (generalmente mediante el uso de Shotcrete). El Soil Nailing también depende de las condiciones y propiedades del suelo, por lo que también se detallará acerca de este tema ya que una de las ventajas de este sistema de contención es que se puede utilizar en una gran variedad de suelo, además de roca (ya que también se presentan planos de falla pero en menor medida).

2. OBJETIVOS

Generales

Describir lo que es el Soil Nailing, las ventajas que ofrece a la hora de ser implementado (con respecto a los costos, tiempos de implementación, versatilidad) determinando los parámetros que busca regular y los fines que satisface a su entorno más cercano.

Determinar la manera óptima de realizar el movimiento de tierras de acuerdo al tipo de proyecto que se desee realizar e identificar las soluciones constructivas que se usarán.

Específicos

• Mencionar la función que cumple el Soil Nailing con respecto a la calidad en los procesos de ejecución de la obra.

• Distinguir los distintos métodos existentes de Soil Nailing en la actualidad, identificando la diferencia de cada proyecto.

• Destacar la relevancia de dicha técnica dentro del rubro de la construcción.

• Determinar las características de un proyecto que influyen en la estrategia del movimiento de tierras.

• Mencionar las diferentes soluciones usadas durante los movimientos de tierras.

• Identificar las variables que influyen en la estrategia del movimiento de tierras.

3. DESARROLLO

3.1. Sistema de contención

3.1.1. Descripción y funcionalidad

En general, el Soil Nailing es una solución constructiva que permite dar estabilidad a un talud de una excavación, un corte de un cerro o incluso un muro vertical, y que consiste básicamente en la colocación de pernos de anclaje en posición subhorizontal (generalmente) que se estudian tratando de evitar el deslizamiento de la cuña de falla, la que se encuentra influenciada por el plano de falla del suelo. El cálculo realizado cerciora que el perno trabaje a tracción y en ocasiones a esfuerzos de corte. Una vez colocado el perno de anclaje y ser cubierto con una lechada o mortero de inyección se cubre el suelo a contener con shotcrete o un muro de bajo espesor que permite generar una pantalla rígida que asegura el monolitismo de toda la estructura de contención, trabajando principalmente a esfuerzos de tracción debido a que el suelo por su condición crítica tenderá a deslizar hacia zonas con menor confinamiento (buscando de esta forma conseguir un estado tensional menor). Otros esfuerzos que también se presentan pero en menor grado son el corte y la flexión, los que se dan cuando el talud es vertical o las condiciones del suelo presente no son favorables. En la siguiente imagen se puede apreciar un camino al que por condiciones de verticalidad del suelo adyacente se debió colocar un perno de anclaje que cruza todo el plano de falla, el que en este caso se ve condicionado por el sobrepeso originado por los vehículos.

Imagen: “Perno de anclaje cubriendo el plano de falla”

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Fuente: http://www.lancuyen.cl/geotecnia/soil-nailing/

Hay permanentes y temporales, lo que dependerá del tipo de solución de cálculo que tenga y la materialidad con que sea ejecutado. En el provisorio se toma en cuenta el tiempo con que el talud será soportado por los pernos de anclaje antes de colocar la solución final de contención (que puede ser, por ejemplo, un muro de contención) por lo que los materiales para ese Soil Nailing temporal pueden ser por ejemplo pernos no galvanizados que se pueden oxidar fácilmente con el paso del tiempo, puesto que no importa que falle después porque ya estará la nueva estructura soportando el talud o muro, también puede ser que se desee por función estética dejar el talud con material vegetal, en este caso no se podrá utilizar el hormigón proyectado.

De esta forma, las ventajas que posee esta solución de contención son las siguientes:

• Alta velocidad de ejecución: debido que a medida que se va avanzando en la excavación de la obra se puede ir haciendo simultáneamente la contención por medio de Soil Nailing.

• Versatilidad geométrica: ya que puede adaptarse a una gran cantidad de cortes y pendientes que un talud puede tener, incluso fallas verticales, lo que sumado al uso del hormigón proyectado que se adecúa a cualquier superficie irregular la hacen una excelente solución de contención.

• Perdurabilidad: Dependiendo del cálculo realizado en la obra puede requerirse un método permanente de contención, lo que se soluciona ocupando pernos de anclaje galvanizados, dando una gran estabilidad durante toda la vida útil del proyecto. En caso contrario donde sólo se requiere provisoriamente (al igual que una entibación) se pueden usar pernos no protegidos que se irán degradando conforme pase el tiempo, además se puede decidir no utilizar shotcrete en la realización del Soil Nailing, de esta manera se generará una solución provisoria mientras que con el uso de hormigón proyectado la solución será de carácter permanente.

• Mayor rentabilidad económica: como se dijo en el punto anterior, el Soil Nailing puede ser una solución perdurable en el tiempo, lo que evitará construir en un futuro nuevos métodos de contención (como sucede en el caso de las entibaciones, donde son sólo un método provisorio que requerirá de todas formas un soporte). Además, la rapidez de construcción de este sistema permite evitar o solventar posibles atrasos dentro de la obra, optimizando de esta forma los plazos y así evitar los posibles gastos gravados.

No obstante, también hay que considerar que este método de contención también presenta desventajas que condicionarán fuertemente la implementación del Soil nailing:

• No puede ser aplicado bajo el nivel freático, debido a dos problemas principalmente: la presión de agua ejercida sobre el perno hará que plastifique con mayor rapidez, el agua se acumulará bajo el perno de anclaje, disminuyendo sustancialmente tanto el monolitismo como la cohesión y el anclaje con el mismo suelo.

• No es rentable en suelos muy sueltos y blandos, ya que la falta de uniformidad del terreno afectará los cálculos realizados, los que finalmente harán que los pernos de anclaje tengan que estar más juntos debido a que no se puede asegurar el monolitismo del suelo con éstos, por lo que se produce un aumento de los costos en la obra, por lo que en varios ocasiones será mejor no considerar el soil nailing como método de contención.

3.1.2. Maquinaria y equipo requerido

Una de las ventajas del Soil Nailing es la utilización de maquinaria ligera operada por pocos funcionarios, comparados con toda la cuadrilla que tendría que ser ocupada en el caso de, por ejemplo, entibaciones de contención. En primera instancia se debe remover tierra para habilitar el área de la perforación utilizando principalmente excavadora o retroexcavadora.

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