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Dragado y tubos de geotextil

Fuente: por March A. Torre - Noticias CE para el negocio de la ingeniería civil

Se han utilizado tubos grandes llenos de material dragado en una variedad de proyectos costeros y continentales. Los tubos, fabricados con geotextil de poliéster o polipropileno de alta resistencia, se llenan hidráulicamente con una draga, como un Ellicott® marca Serie 370 o mayor Ellicott® marca ”Dragón®”Draga cortadora. Los tubos de geotextil normalmente se llenan con material in situ; sin embargo, se pueden importar y utilizar materiales alternativos. Las aplicaciones típicas incluirían: restauración de dunas de arena, construcción de diques, construcción de ingle, arrecifes artificiales y contención simple de desechos. Los tubos se llenan en el lugar y la instalación es relativamente simple y económica.

Draga típica de la marca Ellicott® de la serie 370

El llenado de tubos de geotextil con material dragado se ha practicado durante muchos años; sin embargo, todavía se considera que la tecnología está en su infancia. La siguiente breve historia está tomada en parte de “Tubos geotextiles: historias de casos y lecciones aprendidas” por Sprague, Bradley, Toups y Trainer.

Un esfuerzo recurrente para maximizar el beneficio de la capacidad de contención del suelo de los geotextiles es evidente a partir de los intentos de construir estructuras de revestimiento a partir de tubos de geotextil llenos hidráulicamente. Sprague indicó que tales esfuerzos para llenar los tubos de tela permeables e impermeables con arena datan de 1967. Es comprensible que la arena haya sido el material de relleno de elección para los tubos de geotextil llenos hidráulicamente debido a su capacidad para asentarse fácilmente dentro del tubo y para drenaje, creando así una estructura estable. En consecuencia, de acuerdo con Sprague, la mayoría de los usos reportados de tubos llenos hidráulicamente hasta la fecha involucran el llenado de arena. Algunos desarrollos documentados de tubos geotextiles pueden destacarse como especialmente significativos.

A finales de la década de 1970, se desarrolló un tubo de geotextil relleno de arena hidráulicamente que utiliza una tela impermeable. El sistema, vendido bajo el nombre comercial "Longard Tube", se utilizó en varias instalaciones experimentales.

Tubos de geotextil

El uso de material dragado para llenar tubos de geotextil se probó por primera vez en Brasil y Francia a principios de los 1980. En Brasil, se construyeron diques de contención continuamente llenos a partir de los tubos para la recuperación de tierras. La técnica se utilizó para aislar y contener la escorrentía de un área contaminada en Francia.

Sprague indicó que en 1989 ACZ Marine Contractors BV en los Países Bajos aplicó tubos de geotextil llenos de material dragado para la construcción de las ingles de fondo subacuático para el entrenamiento de ríos. Usando un cucharón en forma de cuna en una grúa montada en gabarra, las ingles se construyeron colocando y apilando tubos precargados. Se desarrollaron once ingles, empleando más de tubos 500.

El llenado directo de tubos de geotextil en el lugar utilizando una línea de entrega de dragado de succión tuvo éxito en 1988 en el Mar del Norte, frente a la costa de Alemania. El tubo continúa proporcionando contención del relleno en el lado de la tierra y protección contra corrientes y olas en el lado del mar.

Instigado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU., Un renovado interés en los tubos de geotextil comenzó a surgir a principios de los 1990 cuando el gobierno de los EE. UU. Muchos ensayos exitosos utilizaron tubos de geotextil llenos de arena como ingles y rellenos de arcillas limosas y orgánicas para la expansión del dique de contención. Estos experimentos fueron suficientes para convencer a más ingenieros costeros de investigar la posibilidad de usar tubos geotextiles.

Estándar iniciado

A medida que la tecnología del tubo geotextil ha atraído más atención, se hizo realidad la necesidad de crear un estándar industrial para establecer credibilidad y atraer más atención. Durante 1999, los miembros de las empresas de fabricación de tubos geotextiles se unieron al Instituto de Investigación Geosintética (GRI) para desarrollar un estándar industrial para los procedimientos de fabricación e instalación de tubos geotextiles. El nuevo documento de GRI se titula “Métodos de prueba, propiedades y frecuencias para tubos geotextiles de alta resistencia utilizados como estructuras costeras y fluviales”. El documento es una especificación estándar para los geotextiles utilizados en la fabricación de tubos, así como los valores técnicos de los geotextiles. Además, se especifican los métodos de fabricación e instalación de los tubos y las calificaciones requeridas por el contratista de instalación. Aunque este documento es una buena guía para especificar tubos geotextiles, no es una ayuda para el diseño.

Diseño de proyecto

Como señalaron Sprague, Goodrum y Bradley, autores de “Tubos de geotextil rellenos de material dragado: diseño y construcción”, los conceptos para diseñar tubos y contenedores de geotextil llenos de material dragado grandes no están bien documentados. Además, los requisitos de las propiedades de los geotextiles no se comprenden bien y se han informado pocos detalles sobre la operación del equipo de dragado o el desempeño de varios tipos de materiales dragados. Aún así, las instalaciones basadas en técnicas de diseño "razonado" han demostrado ser bastante exitosas. Por lo tanto, estas técnicas son un punto de partida para desarrollar enfoques de diseño más investigados.

La envoltura del geotextil proporciona la retención del relleno y la integridad estructural de un tubo de geotextil lleno de material dragado. La selección de la tela se basa en ambas características de apertura, que deben coincidir con el tamaño de partícula de relleno y la permeabilidad, y la resistencia, que deben ser suficientes para resistir las presiones de relleno. A veces se usa una cubierta de tela compuesta que incorpora tanto una tela no tejida como una tela tejida para filtración y resistencia, respectivamente.

Los tubos de geotextil llenos de material dragado se pueden llenar con cualquier material capaz de ser transportado hidráulicamente. Se han utilizado materiales de dragado arcillosos y limosos para aplicaciones de diques de contención, pero la arena de playa o río natural es la mejor opción. El diseñador debe evaluar las características de sedimentación del material de relleno para ayudar a determinar el espaciamiento apropiado y la frecuencia de los puertos de inyección y alivio en el tubo geotextil.

La sección transversal de un tubo de geotextil relleno es circular en los bordes y aplanada en la parte superior. La experiencia de campo demuestra que es posible llenar los tubos del 70 al 80 por ciento del diámetro circular máximo teórico, aunque se logra más comúnmente del 50 al 60 por ciento.

Para lograr estabilidad en condiciones hidráulicas severas como arrastre, levantamiento e inercia, es esencial lograr un peso unitario relativamente alto para una unidad llena. Se deben estimar las fuerzas actuales y de las olas para evaluar la estabilidad del tubo geotextil lleno. Sprague señaló que aunque no se ha establecido una técnica de análisis definitiva, se ha sugerido que un enfoque Miniken modificado como se describe en el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. El “Manual de protección de la línea costera” puede proporcionar un enfoque razonable para evaluar la estabilidad de las unidades llenas bajo la carga de las olas. Las pruebas con modelos muestran que el porcentaje del tubo de geotextil que está lleno de material dragado es un parámetro importante relacionado con la estabilidad. Otra consideración de diseño importante es la estabilidad interna de una estructura de tubo "apilada".

Debido a la acción de la corriente y las olas, una estructura construida por uno o más tubos puede provocar un socavación directamente adyacente a ella, lo que posiblemente resulte en inestabilidad geotécnica. Por lo tanto, los diseños deben incluir un delantal de tela filtrante para protección contra la socavación. Un delantal de tela filtrante, también conocido como delantal de fregado, generalmente consiste en un pequeño tubo, llamado tubo de anclaje, fabricado en el borde hacia el mar del delantal o alrededor de todo el perímetro. El tubo de anclaje se llena con material de dragado para estabilizar la plataforma de socavación. Debe tener características de filtración que sean apropiadas para el suelo de cimentación y el suelo de relleno del tubo de anclaje. La plataforma de socavación debe extenderse una distancia suficiente delante y detrás de la estructura del tubo geotextil para evitar la socavación de los cimientos.

Instalación de tubo de geotextil

Se debe abordar una variedad de consideraciones para las instalaciones de tubos geotextiles. La mayoría de estos deben abordarse en las especificaciones del proyecto. Dado que estos tubos están hechos de geotextil, se deben seguir las pautas estándar de ASTM con respecto al almacenamiento y manejo. Las pautas de ASTM con respecto a la fabricación de geotextiles también deben seguirse en las instalaciones de fabricación.

Antes de que los tubos de geotextil y los delantales de fregado se implementen en el sitio, el área generalmente se prepara utilizando un equipo de clasificación común. La ubicación en la que se colocarán los tubos de geotextil generalmente está marcada con estacas de grado. Las estacas o anclas grandes también se pueden usar a una distancia predeterminada para que el tubo de geotextil se pueda sujetar con correas para asegurar una alineación adecuada durante el llenado.

El despliegue tanto del delantal de limpieza como del tubo de geotextil generalmente se logra desenrollando un núcleo (o tubería), suministrado por el fabricante con el tubo y el delantal. El delantal de limpieza se despliega antes del tubo de geotextil, sin embargo, en algunos casos, el delantal de limpieza se puede unir al fondo del tubo de geotextil en la instalación de fabricación. Una vez que el delantal de limpieza se ha desplegado, colocado y asegurado por completo, el tubo de geotextil se desenrolla. Debe desenrollarse en posición con los puertos de inyección y alivio mirando hacia arriba a lo largo de la línea central superior. Una vez desplegado, se puede asegurar a las estacas o anclajes de alineación previamente instalados.

Los tubos de anclaje ubicados en la plataforma de socavación generalmente se llenan primero para proporcionar lastre para la plataforma de socavación. El tubo de anclaje a veces se llena con el mismo equipo de dragado que se utilizará para llenar el tubo de geotextil; sin embargo, también se puede utilizar una bomba más pequeña, ya que los tubos de anclaje suelen ser bastante pequeños (dos pies de diámetro o menos). Se accede a la boquilla de la bomba del tubo de anclaje por una simple hendidura en el geotextil o por puertos de entrada prefabricados.

Después de que el delantal de limpieza se haya asegurado llenando los tubos de anclaje, se llena el tubo de geotextil. Este proceso llevará mucho más tiempo y es mucho más complejo que simplemente llenar los tubos de anclaje. La tubería de descarga (o boquilla de inyección) de la draga debe colocarse dentro del puerto de inyección apropiado del tubo de geotextil. Los puertos de inyección están fabricados con el mismo geotextil que conforma el tubo. Los puertos son generalmente 5 pies (1.5 m) de largo 18 pulgadas (457 mm) de diámetro, sin embargo, el tubo de dragado no debe ser tan grande; normalmente se usa un tubo de dragado de ocho a 12 pulgadas (305 mm) de diámetro. La tubería debe insertarse aproximadamente 2 / 3 en el puerto de inyección y asegurarse con flejes de tensión. La boquilla de descarga y el puerto de inyección y asegurados con flejes de tensión. La boquilla de descarga y la conexión del puerto de inyección deben elevarse a una posición vertical con una retroexcavadora o mediante aparejos.

La mayoría de los tubos de geotextil contendrán varios puertos de inyección a lo largo del tubo. Los puertos generalmente se ubican en la línea central superior con una separación de no más de 50 pies (15 m). Estos puertos se emplean para el llenado y también para el alivio del exceso de agua. El contratista y / o el ingeniero deben determinar el espacio entre puertos antes de la fabricación del tubo de geotextil. Varios factores influirán en el espaciado apropiado, como el tamaño total del tubo de geotextil, el tamaño de la tubería de dragado, el volumen de descarga del dragado, el tipo de material de relleno y la cantidad de agua que se utilizará como vehículo para transportar los sólidos.

Dependiendo de la separación de los puertos de inyección, la composición del material dragado y las capacidades del dragado, algunos de los puertos de inyección no se utilizarán en absoluto. Por ejemplo, un tubo de geotextil largo 200-pie (61 m) puede contener cinco puertos de inyección. Si las condiciones son ideales y la draga es capaz, es probable que se pueda llenar todo el tubo geotextil largo 200-pie (61 m) desde un puerto de inyección ubicado cerca de un extremo del tubo. El puerto de inyección ubicado más lejos se dejaría abierto para permitir la expulsión del exceso de agua, actuando como un puerto de alivio. Todos los puertos intermedios serían atados y no utilizados. Si las condiciones no son ideales para el llenado desde un puerto, se deben determinar los intervalos correctos en los que se debe mover el tubo de dragado para continuar llenando el tubo. Las operaciones de llenado se realizan secuencialmente usando un puerto para inyección y uno (o más) puerto (s) para alivio. A medida que avanza la operación, todos los puertos en segmentos completos del tubo deben cerrarse para evitar la pérdida de materiales dentro del tubo.

Antes de llenar con cualquier material sólido, los tubos se llenan hasta la altura deseada con agua solamente. Una vez que se ha alcanzado la altura deseada, el operador de dragado puede introducir sólidos en el tubo de geotextil. Al llenar primero el tubo con agua, se permite que el material sólido se distribuya dentro del tubo de manera más uniforme. Los sólidos recientemente introducidos y el agua del vehículo simplemente expulsarán el agua existente.

La mayoría de los proyectos contienen múltiples tubos de geotextil que deben llenarse en una secuencia predeterminada. Cada tubo generalmente se llena por completo antes de la instalación de los tubos geotextiles posteriores. Los siguientes tubos se pueden colocar contra el tubo existente y llenar. Este método de instalación creará un área baja entre los tubos debido a sus extremos redondeados. Si no se desean puntos bajos, se pueden emplear métodos de conexión alternativos. La práctica de instalación más común para eliminar, o al menos minimizar, la cantidad de depresión es mediante el uso de una superposición. Con este tipo de conexión, cada tubo de geotextil posterior (y generalmente el delantal de fregado) debe colocarse debajo de la cola del tubo previamente desplegado. El tubo "superpuesto" no está completamente desplegado en este momento. Obviamente, este procedimiento de superposición debe realizarse antes de llenar el tubo de geotextil con agua o sólidos. Una vez realizada la conexión, se llena el “primer” tubo de geotextil como se describió anteriormente. Cada tubo subsiguiente también se llena de la misma manera, sin embargo, la sección del tubo que se ha colocado debajo no se llenará y debería resultar una conexión bastante apretada (y de “altura completa”).

Una vez completada la instalación, los puertos de inyección se deben asegurar adecuadamente para garantizar que no se rompan durante los eventos de olas. El fabricante del tubo de geotextil proporcionará el procedimiento correcto para asegurar los puertos de inyección. Sin embargo, un método practicado comúnmente es simplemente cortar el puerto de inyección, mientras se permite que el exceso de tela se enrolle (o se pliegue) al ras de la superficie superior del tubo. El material plegado se sujeta a la superficie del tubo mediante el uso de anillos de bloqueo resistentes a la corrosión o accesorios de compresión.

Los tubos de geotextil rellenos y cerrados continuarán deshidratándose y los sólidos se consolidarán aún más por algún tiempo. La duración del período de desagüe y consolidación variará dependiendo del tipo de geotextil y material de relleno. Típicamente, el material grueso se deshidratará mucho más rápido que el material fino como la arcilla limosa. Una vez que se ha producido la cantidad esperada de desagüe, los tubos de geotextil se pueden enterrar, rellenar, etc.

Resumen

Aunque la tecnología de tubo de geotextil lleno de dragado se ha utilizado durante muchos años, los proyectos recientes de alto perfil han llamado la atención de la industria. Al colaborar con el GRI para documentar una especificación estándar de la industria, la metodología ha ganado más credibilidad. La tecnología y la industria aún son jóvenes, pero cada día se realizan protocolos más nuevos y mejores. El futuro ciertamente luce brillante para los tubos de geotextil llenos de dragado.

(Geotubo® es una marca registrada de Ten Cate Nicolon)

Extraído de CE News para el negocio de la ingeniería civil

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