Caso de éxito: Rodio Kronsa

Nuevo sistema de excavación y perforación

El desafío que planteaba este proyecto era el desarrollo de una metodología de simulación y cálculo para el estudio, dimensionamiento y diseño de tratamiento de suelos a través del SoilMixing.

En el mercado existen diferentes técnicas de tratamiento del terreno con el fin de mejorar las características mecánicas del mismo. Una de ellas consiste en la creación de columnas de “Soil Mixing” (suelo – cemento) y/o mortero en el terreno.  Generalmente, estos métodos se utilizan para realizar mejoras cualitativas del terreno en grandes superficies con cargas repartidas. Por ejemplo: explanadas portuarias (donde los terrenos suelen proceder de dragado), losas en naves de almacenaje, apoyo de terraplenes viarios o ferroviarios.

Las columnas de mortero se han utilizado de forma tradicional. Sin embargo, cuando es viable, la utilización de técnicas de Soil Mixing presenta grandes ventajas sobre aquélla, al no ser necesario excavar y retirar el terreno. 

El proyecto perseguía generar nuevo conocimiento entorno a la interacción de la herramienta con diferentes suelos así como sistematizar el proceso de definición de los procedimientos de ejecución y de diseño de herramientas para ejecutarlos. Para ello las principales actuaciones de investigación fueron:

  • Análisis de los parámetros que caracterizan suelos susceptibles de tratamiento, formulaciones óptimas de lechada lechada de cemento a emplear y composición del rechazo.
  • Desarrollo de un modelo de material para la simulación de procesos de perforación y mezcla en medios granulares.
  • Desarrollo y validación experimental de un modelo numérico de la interacción útil-herramienta.
  • Desarrollo y validación experimental de un modelo dinámico integrado del sistema de perforación y mezcla del terreno.
  • Identificación de los principales parámetros de proceso y relativos a la geometría de las herramientas que controlan el proceso de tratamiento de suelo “Soil Mixing” y optimización de la ejecución.

Las principales innovaciones que se consiguieron en el proyecto fueron:

  • La generación de una metodología de simulación numérica del proceso de Soil Mixing que permita analizar el comportamiento de diferentes diseños de herramientas en suelos de distintas características geotécnicas sin tener que recurrir al sistema de pruebas previas. De manera específica, el modelo numérico resultante permitirá optimizar el diseño de las herramientas según los parámetros geotécnicos del material en el que se excave, comprobar la viabilidad de la perforación y analizar, mediante técnicas de prototipado virtual, la influencia de cambios en los parámetros de perforación que gobiernan el proceso.
  • Entre los aspectos más relevantes de la metodología a desarrollar destaca el estudio integrado del proceso, mediante la definición de un modelo fenomenológico de material que recoja el comportamiento hidráulico-tenso-deformacional del terreno y la adopción de un novedoso enfoque numérico, consistente en el uso combinado de las descripciones euleriana y lagrangiana para analizar en detalle la interacción útil/terreno. Otro aspecto relevante es el desarrollo y aplicación al diseño del nuevo producto de un modelo dinámico a nivel de sistema que integra el equipo mecánico y su mando, el estado del suelo y la interacción herramienta suelo. 
  • Se van a aunar distintas técnicas de mejora de suelos (realización de columnas de mortero por medios mecánicos, inyecciones a alta presión e intrusiones rígidas) en una única técnica mejorada de Soil Mixing que concentra las ventajas de los métodos anteriores. Esta técnica permite la utilización de equipos base pequeños y versátiles, que posibilitan trabajar sin afectar a estructuras existentes próximas o superestructuras de superficie (losas, soleras, zapatas corridas, etc), y facilitan el trabajo bajo gálibo restringido.
  • Mediante el uso de la metodología generada en este proyecto se diseñará un novedoso sistema de variación de la geometría (diámetro) de la herramienta de Soil Mixing que actúe controladamente. Esto debe permitir controlar el diámetro de la columna y garantizar la geometría diseñada, frente a los problemas que al respecto presentan las inyecciones a alta presión. El trabajo a bajas presiones (<= 5 bar) minimiza la afección y contaminación de las superestructuras existentes y el control de la lechada a inyectar y de su dosificación garantiza la calidad de la columna obtenida. Asimismo, la apertura controlada de la herramienta permite también pasar superestructuras con pequeños diámetros minimizando la afección a las mismas. 
  • Mediante el uso de la metodología generada en este proyecto se diseñará un nuevo concepto de útil de Soil Mixing que permita alcanzar el mayor diámetro posible de columna para un suelo determinado.

 El desarrollo del proyecto fructificó en la solicitud de registro de patente de invención Nº P201130173 “Dispositivo Mezclador Para Tratamiento De Suelos Con Fluidos Conglomerantes” ante la Oficina Española de Patentes y Marcas (OEPM).