COLUMNAS DE ROCA - CIMENTACIONES SUPERFICIALES.

Un método actualmente usado para incrementar la capacidad de carga de cimentaciones superficiales sobre estratos de arcilla blanda es la construcción de columnas de roca, que consiste generalmente en introducir un vibroflot (sección 12.7) mediante un chorro de agua en el estrato de arcilla blanda para hacer un agujero circular que se extienda a través de la arcilla hasta suelo más firme. El agujero se reliena entonces con una grava seleccionada. La grava en el agujero es gradualmente compactada al retirar el vibrador. La grava usada para la columna de roca tiene tamaños que varían de entre 0.25 y 1.5 pulg (6-40 mm). Las columnas de roca tienen usualmente diámetros de 1.6 - 2.5 pies (0.5-0.75 m) y son espaciadas a distancias de 5-10 pies (1.5-3 m) entre centros. Después de la construcción de las columnas de piedra, siempre debe colocarse un  material de relleno sobre la superficie del terreno y compactarse antes de la construcción de la cimentación. Las columnas de piedra tienden a reducir el asentamiento de las cimentaciones bajo cargas permisibles. Varios casos-historia de proyectos de construcción usando columnas de roca fueron presentados por Hughes y Withers (1974), Hughes y otros (1975), Mitchell y Huber (1985), y otros más.

FIGURA 12.40 Asentamiento de cimentación construida sobre columnas de roca.

En la actualidad no se tiene una manera estándar de estimar el asentamiento de cimentaciones construidas sobre columnas de roca. Sin embargo, con base en la recomendación de Greenwood y Thompson (1984) y en observaciones del autor, se cia en la figura 12.40 una carta tentativa para estimar el asentamiento. Para utilizar la figura 12.40, use el procedimiento siguiente:

1. Determine el área de la sección transversal AS de la columna de roca.
2. Determine el área promedio de la cimentación AF de la columna.
3. Calcule la relación AF/AS.
4. Estime la resistencia cortante no drenada, cu. de la arcilla y el asentamiento probable SF de una cimentación de columna suponiendo que fue construida sin las columnas de piedra.
5. Con valores conocidos de AF/AS y cu, determine la relación SF/SS (SS = asentamiento probable de la cimentación construida sobre columnas de roca) con ayuda de la figura 12.40b.
6. Con valores conocidos de SF y SP/SS, calcule SS.

Hughes y otros (1975) proporcionaron una relación aproximada para la capacidad admisible de carga (qa) de columnas de roca, que se expresa como

FIGURA 12.41 Idelización de celda unitaria de una columna de roca.

Las columnas de roca trabajan más efectivamente cuando se usan para estabilizar una gran área donde la resistencia cortante no drenada del subsuelo varía entre 200 y 1000 lb/pie2 (10-15 kN/m2) que cuando se usan para mejorar la capacidad de carga de cimentaciones estructurales (Bachus y Barksdale, 1989). Los subsuelos más débiles que los anteriores no proporcionan suficiente soporte lateral para las columnas de roca. Para el mejoramiento de grandes sitios, las columnas de roca son más efectivas a una profundidad de entre 20 y 30 pies (6-10 m). Sin embargo, las columnas de roca han sido construidas hasta una profundidad de 100 pies (31 m). Bachus y Barksdale dieron las siguientes directrices generales para el diseño de columnas de roca para estabilizar grandes áreas:


La figura 12.41a muestra la vista en planta de varias columnas de piedra, y la figura 12.41b la descripción de una celda unitaria de una columna de roca. La razón de reem




Cuando se aplica un esfuerzo uniforme por medio de una operación de relleno a un área con columnas de roca para inducir consolidación, se presenta una concentración de esfuerzos debido al cambio de la rigidez entre las columnas de roca y el suelo que las rodea (figura 12.41c). El factor, n’, de concentración de esfuerzos se define como

La variación de μc y as y n’ se muestra en la figura 12.42. El mejoramiento del suelo debido a las columnas de roca se expresa como

FIGURA 12.42 Variación de μc con as y n’