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DRENAJES DE BANDA Y MECHAS VERTICALES PREFABRICADOS
Soil drainage method for accelerating settlement through vertical drainage
americanwick.com
INTRODUCCIÓN EL PROBLEMA Históricamente, el diseño de estructuras en suelos comprimibles blandos (arcillas) ha creado problemas para los ingenieros civiles. La construcción sin algún tipo de tratamiento del suelo suele ser poco práctica debido al asentamiento impredecible a largo plazo. La sobrecarga simple como método de consolidación del suelo puede llevar muchos años. Aunque la sobrecarga aumenta la presión del poro de agua, el asentamiento puede llevar un tiempo considerable, ya que el agua carece de una ruta fácil para salir de la tierra.
LA SOLUCIÓN El fortalecimiento del suelo usando drenajes verticales prefabricados (también llamados comúnmente drenajes de mechas o de banda) puede reducir los tiempos de asentamiento de años a meses. La mayoría de los asentamientos pueden ocurrir durante la construcción, manteniendo de esa manera los asentamientos de post-construcción a un mínimo. El fortalecimiento del suelo de grano fino saturado de agua se produce muy lentamente porque la baja permeabilidad de estos suelos impide que el agua intersticial escape de los espacios muertos del suelo. Incluso en grandes sobrecargas temporales, los asentamientos pueden tomar años debido al movimiento lento del agua y la gran distancia que el agua debe moverse para salir del suelo. La instalación de drenajes verticales prefabricados reduce en gran medida la distancia que el agua debe moverse para llegar a una vía de drenaje libre, y por lo tanto aumenta en gran medida el índice de asentamiento (Figura 1). El espacio de drenaje puede ajustarse para coincidir con el tiempo de asentamiento requerido. Los drenajes prefabricados AMERDRAIN (Figura 2) son instalados verticalmente a profundidades tan grandes como de 50 metros (164 pies). El agua, bajo presión en exceso de hidrostática, fluye a través del filtro y dentro de los canales donde es conducida verticalmente fuera del suelo. Esto puede ser hacia arriba o hacia abajo para entrecruzar las capas naturales de arena o a la superficie donde una capa de drenaje de arena o drenajes de banda prefabricados son provistos. El agua en el suelo sólo tiene que viajar la distancia al drenaje más cercano para llegar a una vía de drenaje libre. Los drenajes se colocan generalmente en una configuración triangular de 1 a 10 metros (3 a 33 pies) - en función del tiempo de asentamiento deseado. Como resultado de este método de aceleración del proceso de asentamiento, los asentamientos irregulares de post-construcción pueden ser virtualmente eliminados.
Figura 2 - Instalación vertical típica
Tiempo Sin drenajes
Asentamiento
Drenajes sin sobrecarga
Drenajes con sobrecarga
Eliminación de sobrecarga temporal Periodo de construcción Figura 1
Figura 3 - Drenaje de suelo vertical prefabricado AMERDRAIN
Drenaje AMERDRAIN de mechas vertical a nivel mundial El diseño innovador del drenaje vertical de suelo AMERDRAIN ha encontrado aceptación por parte de ingenieros y contratistas de todo el mundo. Instalaciones se han logrado en las siguientes áreas:
Estados Unidos deAmérica
Europa Países Bajos Italia Canadá México PuertoRico Colombia
OrienteMedio Egipto Turquía
Asia Singapur Hong Kong Malasia Brunei Taiwán Corea
Drenajes SITEDRAIN de banda horizontal Antes de los años 80, la mayoría de las instalaciones de drenaje vertical se realizaban usando una capa horizontal de arena para el drenaje lateral. Esta técnica fue razonablemente efectiva, pero la instalación de la capa de arena era lenta y costosa. Además, la arena estaba sujeta a la obstrucción por infiltración de sedimentos de la sobrecarga. A finales de la década de los 80 se desarrollaron drenajes prefabricados más grandes, llamados "drenajes de banda" (Figura 6-A). Estos nuevos drenajes eran similares a los drenajes verticales prefabricados, pero tenían capacidad de flujo más alta y resistencia a la compresión más alta. En 1987, se utilizaron drenajes de banda junto con una capa de arena para el drenaje horizontal en un trabajo de fortalecimiento del suelo de drenaje vertical en Jacksonville, Florida. Más recientemente, los drenajes de banda fueron utilizados con una capa de arena en un sitio de trabajo en Massachusetts. Sin embargo, más comúnmente, los drenajes de banda se han utilizado solos (sin ninguna capa de arena) en instalaciones de drenaje vertical (Figura 6-B). Los drenajes de banda ofrecen tres ventajas sobre una capa de arena para proporcionar drenaje lateral. En primer lugar, los drenajes de banda son menos costosos. Los costos de materiales, transporte e instalación son generalmente más bajos para los drenajes prefabricados. En segundo lugar, los drenajes de banda se pueden instalar con mayor rapidez y con menos mano de obra y equipo. Y tercero, los drenajes de banda proporcionan un mejor drenaje ya que su capacidad de flujo es más predecible y menos sujeta a obstrucción.
Figura 6-A
Figura 6-B
CÓMO FUNCIONAN LOS DRENAJES DE MECHAS VERTICALES AMERDRAIN El drenaje vertical prefabricado AMERDRAIN tiene dos componentes: un núcleo que sirve como conducto de agua y una tela de filtro geotextil que permite el paso del agua dentro del núcleo mientras restringe el movimiento de partículas del suelo que podrían obstruir el núcleo (Figura 3).
LA TELA El material del filtro AMERDRAIN utiliza una tela de filtro no tejida resistente, fuerte, permeable hecha 100% de polipropileno específicamente diseñada para el drenaje. Sus filamentos continuos están dispuestos preferentemente en direcciones de longitud y anchura de la capa y unidos térmicamente. La tela de filtro AMERDRAIN es resistente al moho, putrefacción, insectos y productos químicos que se encuentran normalmente en un sistema de drenaje subterráneo. Es dimensionalmente estable, húmedo o seco, tiene buena resistencia al desgarre y la perforación, y no se encoge, estira ni deshila. La tela AMERDRAIN tiene una estructura única (Figura 4) que mejora su función como tela de filtro. Tiene un gran número de aberturas con una gama de tamaños de aberturas en toda su estructura en lugar de unas pocas aberturas de tamaño fijo como en las telas tejidas. Sus fibras unidas crean una vía tortuosa parecida a la de un filtro agregado bien escalonado en lugar de una salida simple, recta, para partículas del suelo. Debido a su estructura única, la tela de filtro tiene tanto una alta permeabilidad como la capacidad para restringir el movimiento de la mayoría de las partículas del suelo, permitiendo al mismo tiempo que los sedimentos muy finos fluyan dentro y fuera del drenaje. La eliminación inicial de sedimentos muy finos del suelo es beneficiosa porque deja que las partículas más grandes formen una red de suelo altamente permeable (Figura 5) contra la tela. La red del suelo restringe el movimiento adicional de las partículas finas del suelo y ayuda a desarrollar un filtro de suelo escalonado. Este filtro del suelo detiene efectivamente la tierra en las tuberías y evita que otras partículas finas entren en el drenaje. El filtro de tela, siendo más permeable que el filtro del suelo y el suelo natural, no restringe el flujo de agua dentro del drenaje. La eficacia de la tela de filtro ha sido probada en proyectos comerciales y de gobierno en una amplia gama de tipos de suelo. Su efectividad también ha sido confirmada por pruebas extensas de laboratorio en el Centro de Investigación de Ingeniería de la Universidad del Estado de Colorado. Las pruebas se realizaron con mezclas de suelo de arena fina, sedimentos y arcillas que simulaban sistemas reales. En estas condiciones, las pruebas confirmaron que, después del paso inicial de sedimentos finos a través del filtro, no hubo:
Figure Figura 44 Suelo natural
Sedimento removido
Cubierta del filtro
Núcleo de drenaje
Figura 55 Figure
(a) Migración medible de partículas del suelo dentro del filtro de tierra ni en el drenaje, y (b) Caída de presión medible a través del filtro indicando que no hay reducción del flujo de agua a través de la tela. La microscopía electrónica de barrido confirmó que no hubo obstrucción de la tela.
EL NÚCLEO El núcleo AMERDRAIN es un elemento estructural fuerte, duro moldeado a partir de 100% de polipropileno diseñado específicamente para sistemas de drenaje verticales. Un total de 38 ranuras longitudinales distribuidas a ambos lados del núcleo proporcionan pasajes de descarga para que el agua fluya a la superficie. El núcleo es dimensionalmente estable cuando está mojado, tiene buena resistencia a la perforación y la desintegración y no se encoge ni se pudre.
APLICACIONES TÍPICAS CONSTRUCCIÓN DE TERRAPLENES Los drenajes verticales pueden ser utilizados para acelerar el asentamiento de terraplenes para carreteras, vías de ferrocarril, pistas, o accesos de puentes que deben ser puestos en funcionamiento muy pronto después de completar la construcción. El pre-asentamiento puede reducir en gran medida los costos de mantenimiento a largo plazo que se derivarían de extensos períodos de asentamiento durante la vida del proyecto.
FORTALECIMIENTO BAJO EL AGUA Los drenajes verticales se pueden utilizar para acelerar el asentamiento del suelo por debajo del nivel del agua. La presión diferencial creada por la sobrecarga es tan eficaz bajo el agua como en tierra. Esta técnica se puede utilizar en la preparación para la colocación de secciones de túnel en un lecho de río, por ejemplo.
FUNDACIONES DE TANQUES AGRÍCOLAS Y Á R E A S PA R A A L M A C E N A M I E N TO DE MATERIALES Debido a las cargas altas de unidad, los tanques de almacenamiento de líquidos están sujetos al asentamiento en suelos blandos. Los drenajes verticales utilizados junto con un drenaje de banda horizontal pueden proporcionar el fortalecimiento rápido del suelo antes de la construcción. Los sitios de almacenamiento de materiales sólidos –carbón, mineral, papel– también pueden beneficiarse del drenaje vertical antes de su uso.
RELLENOS SANITARIOS Los rellenos se colocan, a menudo, detrás de paredes de tablestacas o ataguías para usarse como muelles o sitios industriales. El drenaje vertical es un método eficaz para acelerar el asentamiento, de tal modo que el sitio se encuentre disponible para su uso en el menor tiempo posible.
INSTALACIÓN DE DRENAJES VERTICALES DE MECHAS AMERDRAIN Los drenajes verticales AMERDRAIN se pueden instalar ya sea empleando métodos de excavación vibratorios o estáticos. En cualquiera de los casos, el drenaje es encerrado en un mandril de acero tubular de área pequeña de sección transversal (por lo general de 5 x 13 cm). Una placa de anclaje pequeña de acero se une a la mecha en la parte inferior del mandril. Luego, el mandril se conduce dentro del suelo ya sea con una excavadora estática o plataforma vibratoria. Cuando se alcanza la profundidad de diseño, se extrae el mandril. La placa del ancla conserva el drenaje en el suelo. Cuando el mandril se extrae totalmente, el drenaje se corta, una nueva placa de anclaje se instala y el proceso comienza de nuevo.
Mandrel
Anchor Plate
Equipo de instalación
Conducción de mandril
Extracción de mandril
Corte de drenaje
American Wick Drain Corporation es el mayor productor de una línea completa de material de drenaje de suelo vertical, capa y banda prefabricado de Estados Unidos. La compañía fue fundada en 1982 para diseñar, fabricar y comercializar materiales geocompuestos avanzados para aplicaciones de drenaje subterráneo. El objetivo era combinar nuevos geotextiles con núcleos de drenaje especialmente diseñados con el fin de ofrecer materiales nuevos de drenaje que tuvieran ventajas significativas sobre los drenajes de agregados. American Wick Drain Corporation fabrica drenaje vertical y de banda con capacidades de flujo para manejar todos los requisitos de fortalecimiento del suelo. Asistencia de diseño está disponible a través de nuestro grupo de apoyo técnico.
Para obtener más información, comuníquese con: American Wick Drain Corporation 1209 Airport Road Monroe, North Carolina 28110 USA Teléfono: 800-242-WICK o 704-238-9200
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