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MEJORAMIENTO DE SUELOS PROFUNDOS EN AREAS DE RECLAMACION DE PUERTOS
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M.I. Gustavo Portillo Martinez Revisión 2.0
CONTENIDO
• Reclamación en Puertos
• Comportamiento de los suelos
• Técnicas de mejoramiento en diferentes tipos de suelos
• Drenes Verticales Prefabricados
• Compactación Dinámica Drenada
• Consolidación al VacÍo
• Columnas de grava
Cada día se tiene que desarrollar proyectos de infraestructura en suelos con condiciones naturales o artificiales difíciles, por ejemplo suelos blandos saturados comprensibles; que por su contexto propio son expuestos a severos asentamientos con potenciales daños y colapsos de las estructuras que soportan.
Para contrarrestar y mitigar tales efectos la empresa CeTeau, especialista de tecnología avanzada de mejoramiento de suelo profundo, ofrece diferentes soluciones geotécnicas.
Dependiendo del tipo del suelo, existe una técnica de mejoramiento, en donde sus expectativas aparte de mitigar los efectos adversos y reducir la permeabilidad, incrementa la resistencia al corte del suelo, al densificar el suelo incrementando la capacidad de carga del suelo.
RECLAMACIÓN EN PUERTOS
La reclamación es el proceso en el cual se construye una plataforma por medio de técnicas de dragado en una superficie previamente ocupada por el mar.
Las técnicas de reclamación pueden ser vertido terrestre o arcoíris. El vertido terrestre es mediante la transportación del material de producto de dragado por medio de tuberías a través del agua y tierra.
El método de arcoíris, es mediante es la eyección del material a través de la salida de la boquilla de descarga.
Por lo general, en la obra de un nuevo muelle se construye un dique marginal para proporcionar una contención lateral a los patios adyacentes al nuevo muelle.
El dique puede ser construido mediante vertido lateral o por la colocación mediante grúa y almeja. El propósito del dique es contener por un lado, los rellenos que conformarán los patios, y por otro lado, disipar la influencia de la erosión inducida por la acción de las propelas de los buques, mareas y oleaje.
COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS
El material idóneo para el relleno de las áreas de reclamación o patios, son suelos granulares, por su capacidad de ser densificados.
El nuevo estrato granular queda en un estado suelto, por lo cual no se requiere ser un experto para determinar un estado de falla anticipada del suelo por licuefacción
La licuefacción es el proceso en lo cual un suelo granular suelto semi saturado o saturado, sujeto a una fuerza externa cíclica sin drenaje (sismo), pierde su resistencia al esfuerzo cortante y se comporta como un líquido viscoso
Ejemplos de licuefacción en puertos: Kobe, Japón (1996); patio 13 Manzanillo, México (1995); Port-au-Prince, Haiti (2001).
Suelos potencialmente susceptibles a licuefacción:
Fracción fina 0.005 mm <15%Límite Líquido, LL <35%Contenido de agua natural> 90% L.L.Índice de Liquidez LL <0.75
Aceleración sísmica Densidad relativa Potencialmente licuables0.10g Cr<33% 33% < Cr < 54%0.15g Cr<48% 48% < Cr < 73%0.20g Cr<60% 60% < Cr < 85%0.25g Cr<70% 70% < Cr < 92%
SUELOS PROBLEMÁTICOS EN ÁREAS DE RECLAMO Y PATIOS PORTUARIOS:
• Suelos que no cumplen las especificaciones por inadecuadas propiedades mecánicas
• Suelos blandos: Orgánicos de alta plasticidad (OH), limos de alta plasticidad (MH) y turbas (Pt)
• Contracciones excesivas• Arenas sueltas SPT < 30 golpes, Cr < 33%
• Ejemplo de material producto de dragado con índices de plasticidad superiores a 8%, cuyos contenido de humedad (w%), superior al Límite Líquido (L.L.).
TÉCNICAS DE MEJORAMIENTO PARA DIFERENTES TIPOS DE SUELOS
COMPACTACIÓN:
El estado del suelo es mejorado debido a una alta densificación:
• Esta es una técnica de mejoramiento a largo plazo.
• El cambio en la densidad del suelo es inmediato.
• Es idoneo para suelos granulares, arenas y limos.
DESHIDRATACIÓN:
El estado del suelo es mejorado debido a la deshidratación del suelo, reducción de vacíos:
• Esta es una técnica de mejoramiento a largo plazo.
• El cambio en la densidad del suelo es inmediato.
• Es idoneo para suelos cohesivos
REFORZAMIENTO:
El estado del suelo es mejorado debido a la interacción del suelo y su inclusión:
• Esta técnica de mejoramiento depende de la vida de la inclusión.
• Esta técnica no provoca un cambio en el estado del suelo.
• Es ampliamente utilizado en una diversidad de suelos.
METODOS DE MEJORAMIENTO DE SUELO PROFUNDOMejoramiento del
suelo• Compactación
Dinámica• Sobrecarga
Reforzamiento del suelo
• Columnas de Grava• Geosintéticos
Tratamiento del suelo
• Deshidratación• Suelo cemento
DSM• Compactación
superficial
• Cenizas volantes• Congelamiento
• Fibras
• Grouting
• Vibroflotación
OBJETIVOS DE LAS TECNICAS DE MEJORAMIENTO DE SUELO PROFUNDO
• Incremento de la capacidad de carga
• Aceleración de la consolidación y reducción de la compresibilidad del suelo
• Reducción de deformaciones plásticas bajo esfuerzo (incremento del modulo esfuerzo-deformación)
En suelos cohesivos blandos saturados o parcialmente, tales como arcilla, limos, turbas, suelos orgánicos se aplican procedimientos combinados de deshidratación y compactación de los estratos comprensibles.
Lo anterior se puede realizar mediante método moderno de Drenes Verticales Prefabricados conocidos como Wick Drains. Este procedimiento, por lo general se utiliza combinando los efectos de sobrecarga.
DRENES VERTICALES PREFABRICADOS
El objetivo de los Wick Drains, es la reducción de la trayectoria del drenaje de tal manera que disminuya el tiempo del proceso de la consolidación del suelo blando, además de abatir la presión de poro.
El Wick drain CeTeau, es una banda drenante de geocompuesto constituido por dos elementos, un núcleo de polipropileno extrudido con una configuración para transmitir el flujo máximo de agua en ambos lados del núcleo. El núcleo está envuelto en un filtro de geotextil no tejido, sus juntas son soldadas ultrasónicamente en los bordes.
Las características de los materiales del CeTeau Wick Drain, garantizan una mayor permeabilidad que el suelo circundante, a su vez evita que el suelo fino se filtre y obstruya los canales del núcleo; además de tener propiedades adicionales tales como la resistencia a la tensión, punzonamiento, deterioro químico o biológico.
El geo compuesto drenante Wick Drain es una solución geotécnica que no causa contaminación, por lo cual se considera un producto en armonía con el medio ambiente.
Los Wick drains son instalados en forma vertical a través del estrato blando a deshidratar. El suelo está constituido por tres elementos: solido, agua y aire; el agua es incomprensible y se filtra a través del geotextil de la banda, es canalizada al exterior por el núcleo; el suelo y el aire son comprimidos por el efecto combinado de la deshidratación y la aplicación de la sobrecarga.
La posición vertical del dren le permite que el drenaje del suelo sea en la distancia más corta, acelerando la consolidación; permitiendo que el esqueleto del suelo quede en estado compacto, capaz de soportar el peso de una nueva condición de carga
TERRAPLÉN TÍPICO SOBRE SUELO BLANDO
El mejoramiento de suelo profundo mediante DVP es aplicado en áreas con suelos saturados compresibles, tales como turbas, arcillas y arcillas limosas, donde los asentamientos significativos se pueden presentar.
Terraplén
Estrato blando o arcilloso
Estrato firme o arenoso
RIESGOS
• Asentamiento central y desplazamiento lateral
• Falla en plano de deslizamiento circular
Terraplén
Estrato blando o arcilloso
Estrato firme o arenoso
Terraplén
Estrato blando o arcilloso
Estrato firme o arenoso
DESCARGA DEL AGUA A TRAVÉS DE LOS DRENES VERTICALES
Los drenes verticales son instalados verticalmente en suelos blandos con el objetivo de acortar la trayectoria de recorrido en ascenso, acelerando el proceso de consolidación.
Terraplén
Estrato blando o arcilloso
Estrato firme o arenoso
Dren CeTeau
Tiempo (años)
1 2 3 4 5 6 7
Sin Drenes Verticales
Con Drenes Verticales Prefabricados
Ase
ntam
ient
os (
met
ros) I I l l l l l
DESEMPEÑO DE LOS DRENES VERTICALES PREFABRICADOS
Reduce la trayectoria de drenaje
Acelera los asentamientos
Incremento de la densidad/asentamiento
Obtención de resistencia
Reducción de Futuros Asentamientos
y
Tiempo Requerido = H f (u)* c
Donde:
H = trayectoria de drenajeu = grado de consolidaciónc= coeficiente de consolidación
_
_
2
PATRONES DE INSTALACIÓN
• Triangular
• Cuadrado
SECCIÓN TRANSVERSAL DEL WICK DRAIN
Los Drenes Verticales Prefabricados o Wick Drains de CeTeau consisten de un núcleo de polipropileno extrudido en una configuración para transmitir un flujo máximo de agua en ambos lados del núcleo.
El núcleo está envuelto en un geotextil no tejido, ultrasónicamente soldado en sus bordes.
Filtro de geotextil
CT-dren vertical
Flujo de agua con finas partículas
Canaleta de descarga
DRENES VERTICALES PREFABRICADOS + SOBRECARGA
El proceso consistente en tres fases secuenciales: 1. Instalación de Drenes Verticales
Prefabricados de acuerdo a la profundidad de diseño
2. Colocación de la sobrecarga
3. Fases, periodo de espera y retiro de sobrecarga
SECUENCIA DE INSTALACIÓN DEL WICK DRAIN
Limpieza del Sitio
Plataforma de Trabajo
Cama de arenaBerma de contrapeso
Instalación dren verticalDVP
Berma de contrapeso
Fases de Precarga
Periodo de espera
Berma de contrapeso
Retiro de SobrecargaElevación final previo a pavimentación
Asentamiento
Sobrecarga
SECUENCIA DE INSTALACIÓN DEL WICK DRAIN
COMPACTACION DINAMICA DRENADADrenes Verticales Prefabricados + Compactación dinámica profunda + sobrecarga
El proceso de Compactación Dinámica profunda drenado, consistente en cuatro fases secuenciales: 1. Instalación de Drenes Verticales
Prefabricados de acuerdo a la profundidad de diseño
2. Colocación de la sobrecarga
3. Fases, periodo de espera y retiro de sobrecarga
4. Aplicación de las fases de alta energía y planchado de la compactación dinámica
Tiempo (años)
1 2 3 4 5 6 7
Sin Drenes Verticales
Ase
ntam
ient
os (
met
ros)
Retiro de sobrecarga
CONSOLIDACION AL VACIODrenes Verticales Prefabricados + Tuberías de transmisión al vacío
El proceso de Consolidación al Vacío, reduce notablemente el periodo de consolidación para suelos blandos saturados y muy saturados de grano fino, comparado con el método de Drenes Verticales Prefabricados con Sobrecarga
Instalación de Drenes individuales conectados debajo de la superficie a las tuberías de vacío.
El proceso crea una acelerada consolidación isotrópica en la masa del suelo en un periodo relativamente corto, eliminando la necesidad de largo periodo y unas cargas de sobrecarga inestables.
Coples T
Conector del dren
El sistema de bombeo de aire/agua crea una presión de vacío equivalente a 3.5 metros de altura de sobrecarga
COLUMNAS DE GRAVA + DRENES VERTICALESDrenes Verticales Prefabricados + Columnas de Grava
El proceso de Drenes Verticales Prefabricados más columnas de grava, se emplean como técnica nueva con arenas con alto contenido de finos para mitigar Licuefacción: 1. Instalación de Drenes Verticales
Prefabricados de acuerdo a la profundidad de diseño
2. Colocación de las columnas de grava
DRENES VERTICALES PREFABRICADOS EN AGUADrenes Verticales Prefabricados en suelos blandos
El proceso de Drenes Verticales Prefabricados en agua es mediante el empleo de una barcaza o flexifloat, la profundidad depende de la capacidad de equipo de instalación
Los suelos blandos cohesivos por debajo del fondo marino también pueden ser deshidratados, incrementando su densidad y reduciendo un riesgo de colapso. Un ejemplo reciente de colapso de plataforma marina de un muelle fue el ocurrido en Port au Prince en Haití.
La instalación de los drenes verticales prefabricados, se realiza mediante un equipo de instalación montado colocado sobre una retro excavadora. Por lo que se hace necesario, previa a la instalación de los drenes, conformar una plataforma de trabajo, que tenga el espesor necesario para disipar los bulbos de presiones de los equipos.
STRIP DRAIN Banda colectora del drenaje de DVP
La plataforma operativa en su estrato superficial deberá cumplir con dos funciones, por un lado, dar capacidad de soporte; y por otro lado, funcionar como capa drenante lateral. En cierto proyectos no es posible conseguir la cantidad de material de suelo granular suficiente para el volumen requerido de la plataforma operativa. CeTeau dispone de Strip Drian, que conlleva beneficios de desempeño y ahorro en materiales de banco.
Strip drain es un geocompuesto constituido por un núcleo de canales que permite el flujo del agua captado de los Wick Drains. En su exterior tiene un revestimiento de geotextil. Los anchos del Strip Drain son 100, 200 y 300mm.
VENTAJAS DEL STRIP DRAIN
• Gran capacidad de descarga
• Sustituto de estratos de arena superficiales
• Colector flujo del sistema de drenes verticales prefabricados
• Bajo costo
• Tecnología avanzada de consolidación con materiales de calidad
• Fácil manejo y transportación
• Fácil instalación• Fácil Control de Calidad en sitio
• Fácil evaluar desempeño
CONTROL DE CALIDAD | REGISTRADOR DE DATOS
Plataformas de Instalación de CeTeau están equipados con un registrador para vigilar y controlar la instalación de Drenajes Verticales Prefabricados
• Tiempo y fecha de instalación• Fuerza máxima de instalación• Profundidad de instalación• Número total de drenes instalados• Cantidad acumulada de dren instalado
CONTROL DE CALIDAD | REGISTRADOR DE DATOS
Reportes automáticos con salida de formatos gráfico y de tabla.
CONTROL DE CALIDAD | REGISTRADOR DE DATOS
Control de Calidad | Registrador de datos
MEJORAMIENTO DE SUELO PROFUNDO EN AGUAColumnas de grava en fondos marinos
La construcción de columnas de grava por debajo del fondo marino, es mediante vibro flotadores de alimentación de fondo. Los agregados deberán cumplir las normatividades nacionales e internacionales tales como: BS 6349-2 Code of practice for Maritime structures, USACE Shore Protection Manual Volume 2, y normatividad SCT con respecto a los materiales.
Gracias por su atención
Contacto:
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