Una experiencia de congelación en suelos en la Ciudad de México

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.