En este artículo, publicado en el volumen 2 de las Memorias de la V Reunión Nacional de
Mecánica de Suelos (1970), se presenta una experiencia de congelación única en la arcilla
lacustre blanda de la Ciudad de México, como parte de un programa de investigación sobre
criogenia1
del Centro de Investigación de Materiales de la UNAM. Incidentalmente, a raíz de
filtraciones en la excavación para el nuevo edificio de la Lotería Nacional (1970), se realizó el
experimento con nitrógeno líquido.2
Se resumen aspectos geotécnicos, las instalaciones para
congelación y la medición de temperaturas del bloque de arcilla congelada. El bloque redujo,
sólo durante su aplicación, las filtraciones que ocurrían por una abertura del tablestacado
perimetral; posteriormente fueron selladas por medios usuales. Es concluyente el hecho de la
destrucción total de la estructura de la arcilla al descongelarla, en forma de un lodo incoherente,
y se descarta la aplicación en arcilla con muy alto contenido de agua –de 200 a 400%,
en el presente caso–. En otro tipo de suelos la congelación ha sido exitosa, como consta en
la literatura.
CONGELACIÓN DE SUELOS
La congelación es una herramienta que
puede ser usada en aquellas obras donde se
requiere incrementar temporalmente la resistencia
del terreno y reducir filtraciones.
Una experiencia de congelación en suelos en la Ciudad de México ❘ LA GEOTECNIA EN LA HISTORIA
Figura 1. Estratigrafía y propiedades del subsuelo.
Existen diversos métodos de congelación, pero todos se
basan en el mismo principio: solidificar el agua presente en
los poros del suelo con objeto de darle mayor estabilidad.
Durante el proceso, el suelo se convierte, al disminuir la
temperatura, en un cuerpo sólido que muestra propiedades
elástico-plásticas, que es impermeable y que generalmente
no presenta vacíos.
Con objeto de enfriar el suelo lo suficiente para formar
una región congelada, se realizan perforaciones en el terreno
por estabilizar, en las cuales se instalan tubos de acero,
llamados sondas de congelación, que están sellados en su
extremidad inferior. Dentro de las sondas se instalan tubos
de menor diámetro, abiertos en su extremidad, los cuales
introducen el refrigerante hasta el fondo de la sonda de congelación.
El fluido refrigerante sube a lo largo del espacio
anular entre los dos tubos, cediendo su potencial frigorífico
al suelo en contacto con las sondas. Así, la evaporación o
el calentamiento del fluido, al absorber energía del terreno,
provoca el enfriamiento y la subsecuente congelación del
agua de los poros.
Las sondas de congelación pueden conectarse en serie o
en paralelo, y la congelación progresiva del terreno alrededor
de ellas permite que los cilindros solidificados aumenten
de diámetro hasta unirse entre sí y formar un “muro” o
“pantalla” de terreno congelado. Una vez alcanzado el grado
de congelación deseado, el flujo de refrigerante se reduce de
manera que su potencial frigorífico equilibre el flujo térmico
proveniente del suelo, con lo cual se puede mantener la zona
congelada.
ESTRATIGRAFÍA Y PROPIEDADES
En la figura 1 se muestra un perfil estratigráfico y la variación
de algunas de las propiedades índice y mecánicas de mayor
interés en el presente caso. Los primeros
3 m corresponden a rellenos y
restos de la cimentación del antiguo
edifico de la Secretaría de Relaciones
Exteriores. El manto superficial,
constituido por suelos limoarcillosos
con lentes de arena, se extiende hasta
6 m de profundidad. El nivel de aguas
freáticas antes de excavar se encontró
a 3.2 m bajo la banqueta.
EXCAVACIÓN Y SISTEMA HIDRÁULICO
La excavación de 12.5 m de profundidad requerida para alojar
la subestructura se hizo después de aislar el área mediante
una pantalla perimetral formada por tablestacas de concreto
hincadas hasta 16 m de profundidad. Este tipo de pantalla, si
bien no es del todo impermeable, ofrece en cambio mayor
seguridad a la estabilidad de las colindancias que las compuestas
por piezas de madera, como lo ha demostrado la
experiencia en ambos casos.
FILTRACIONES
Las filtraciones de mayor gasto fueron
seis, localizadas en piezas de esquina
de sección especial y en aquellas
juntas que fueron el cierre de
tramos de tablestaca, debido a que
no se siguió un frente único en su
hincado. En un tramo localizado en
la vecindad de los edificios, hubo necesidad
de desechar varias piezas ya
hincadas por no cumplir con requisitos
de verticalidad; fueron sustituidas
por otras y ello dio lugar a juntas
abiertas en los tramos adyacentes.
Todas las juntas entre tablestacas se limpiaron e inyectaron con mortero a base de cemento;
sin embargo, en los puntos singulares antes descritos no
fue posible lograr un buen sello debido a la separación de
las piezas. En la figura 2 se indica la posición de las filtraciones.
