Soil drainage method for

accelerating settlement

through vertical drainage

DRENAJES DE BANDA Y MECHA VERTICAL PREFABRICADOS

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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.

Sin drenajes

Drenajes sin sobrecarga

Drenajes con sobrecarga

Periodo de construcción

Eliminación de sobrecarga temporal

Tiempo

Ase

nta

mie

nto

LA SOLUCIÓN El fortalecimiento del suelo usando drenajes verticales

prefabricados (también llamados comúnmente drenajes de

mecha 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-W (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

u n a c o n f i g u r a c i ó n t r i a n g u l a r d e 1 a 1 0 m e t r o s

(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 1

Figura 2 - Instalación vertical típica

Figura 3 - Drenaje de suelo vertical prefabricado AMERDRAIN-W

INTRODUCCIÓN

El diseño innovador del drenaje vertical de suelo AMERDRAIN-W ha encontrado aceptación por parte de

ingenieros y contratistas de todo el mundo. Instalaciones se han logrado en las siguientes áreas:

Estados�Unidos�

de�América CanadáMéxicoPuerto�RicoColombia

Oriente�MedioEgipto

Turquía

EuropaPaíses Bajos

Italia

AsiaSingapur

Hong Kong

Malasia

Brunei

Taiwán

Corea

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-B

Drenaje AMERDRAIN-W de mecha vertical a nivel mundial

Drenajes AMERDRAIN-W de banda horizontal

Figura 6-A

El drenaje vertical prefabricado AMERDRAIN-W 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-W 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-W 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-W 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:

(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-W 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.

Figure 4

Figure 5

CÓMO FUNCIONAN LOS DRENAJES DE MECHA VERTICAL AMERDRAIN-W

Figura 4

Figura 5

Suelo

natural

Sedimento

removido

Cubierta

del filtro

Núcleo de

drenaje

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.

FUNDACIONES DE TANQUES AGRÍCOLAS Y ÁREAS PARA ALMACENAMIENTO 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.

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.

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.

APLICACIONES TÍPICAS

Mandrel

Anchor

Plate

INSTALACIÓN DE DRENAJES VERTICALES DE MECHA AMERDRAIN

Los drenajes verticales AMERDRAIN-W 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 2 x 5 pulgadas). 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.

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 Corporation1209 Airport RoadMonroe, North Carolina 28110 USATeléfono: 800-242-WICK o 704-238-9200

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