PROGRAMA DE ESTUDIOS, PROYECTOS Y CONSTRUCCIONES 2016

Transcripción

1 DESCRIPCIÓN ESTUDIO DE PRUEBA PARA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON TECNOLOGÍA AL VACÍO CON MEMBRANA EN EL NAICM. OBJETIVO Obtener para la zona de implantación del NAICM, la curva de asentamientos por densificación de suelos arcillosos blandos y otras curvas similares que expliquen el comportamiento ocurrido en los suelos tras la aplicación de un sistema de vacío con membrana impermeable, todo esto para poder reproducir la solución en las condiciones reales del proyecto. DESCRIPCIÓN DEL SERVICIO Se contempla la prueba de estabilización y densificación de suelos con tecnología al vacío con membrana impermeable, en un campo de prueba en la zona de implantación del NAICM. Se considera la entrega de una ingeniería de detalle que indique el tipo de investigación y ensayos necesarios, así como la instrumentación que propiciará, al final del plazo previsto para el Estudio, los datos para la obtención de la curva de asentamiento por densificación del suelo. Para que los Estudios de prueba puedan aportar soportes técnicos de dimensionamiento de la obra final del NAICM, se llevará a cabo una campaña de investigación geotécnica, en el área definida para la prueba, ejecutada por una empresa especializada y que cuente con modernos equipos calibrados y certificados, tanto en campo como en laboratorio. La instrumentación y monitoreo del terraplén de prueba debe ser realizada con especial atención y cuidado, haciendo el registro de la situación inicial, antes y después de la aplicación del sistema a vacío, para que se tengan datos que ayuden a la evaluación de los resultados obtenidos por parte de consultores geotécnicos, así como del grupo de ingeniería del GACM. La implantación de los drenes verticales, de los drenes horizontales, de la membrana impermeable, de las redes de drenaje, etc., y de todo aquel elemento que forme parte del terraplén de prueba, deberán ser instalados según el diseño de ingeniería de detalle presentado al grupo de ingeniería del GACM y aprobado por éste. FECHA: 03-OCTUBRE- NO. REVISIÓN 1 HOJA: 1

2 El estudio deberá contemplar la operación del sistema a vacío por un período continuo de 6 meses, con lecturas de los instrumentos geotécnicos de por lo menos 1 vez por semana, con entrega de reportes semanales con los datos crudos, y reportes mensuales con análisis del comportamiento del terraplén. ALCANCES DE LOS SERVICIOS CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICO GEOTÉCNICAS DEL SITIO DEL NAICM Y PREVISIONES ESPECÍFICAS La estratigrafía del sitio está compuesta de una costra de suelo arcilla desecada (CS), seguida de la capa superior de suelo arcilloso blando llamada Formación Arcillosa Superior (FAS), le subyace un estrato limo arenoso competente (CD) y una capa inferior de suelo arcilloso llamada Formación Arcillosa Inferior (FAI). Por debajo de esta serie arcillosa se encuentran los conocidos como Depósitos Profundos (DP). La zona en cuestión es afectada por el fenómeno conocido como hundimiento regional, el cual es generado por la extracción histórica de agua a través de pozos de bombeo profundo para ser utilizada para consumo humano, por lo que el subsuelo desarrolla asentamientos de gran magnitud, continuos e irreversibles. Por esta razón, es necesario distinguir las deformaciones que ocurrirán en las dos formaciones arcillosas debidas a este fenómeno del hundimiento regional, las deformaciones provenientes de la aplicación de la sobrecarga superficial que se impondrá al construir el terraplén de prueba, y las que ocurrirán por la acción de aplicar el vacío. Para que el terraplén de prueba tenga el soporte técnico fiable y completo para el dimensionamiento de la obra final, se llevará a cabo una campaña de investigación geotécnica. Esta investigación constará de ensayos de campo con modernos equipos calibrados y de alta confiabilidad, además de pruebas de laboratorio. Los ensayos geotécnicos de laboratorio deben de ser realizados con muestras inalteradas obtenidas de manera cuidadosa de los dos estratos de arcilla blanda (FAS y FAI). La instrumentación y monitoreo del terraplén de prueba debe ser realizados con especial atención y cuidado. Para garantizar el tránsito de los equipos, se colocarán dos capas de tezontle de 50 cm de espesor, (total de 1.0 m de plataforma de trabajo), todos los instrumentos deberán ser instalados y calibrados antes del inicio de las capas subsecuentes. La ubicación de los instrumentos de monitoreo deberá ser definida de modo que no coincida con la ubicación de los drenes. El análisis e interpretación de los resultados debe de ser realizado por el ingeniero geotécnico consultor. FECHA: 03-OCTUBRE- NO. REVISIÓN 1 HOJA: 2

3 CONSOLIDACIÓN CON SOBRECARGA DE VACIO MEDIANTE EL SISTEMA DE MEMBRANA El procedimiento consiste en la instalación de una red de drenes verticales y horizontales bajo una membrana impermeable para aplicar un vacío en la masa de suelo. El relleno de tezontle (1.0 m de espesor) donde se alojan los drenes horizontales permite una continuidad de aplicación de dicho vacío entre los drenes verticales y horizontales sin tener una conexión mecánica entre ellos. Esta condición, proporciona la flexibilidad necesaria al sistema para poder aceptar asentamientos importantes sin tener el peligro de desconexiones y paros en el bombeo. Los drenes horizontales se encuentran conectados al sistema de bombeo que genera el vacío. El conjunto está rodeado de zanjas perimetrales de confinamiento a las cuales se encuentra anclada la membrana impermeable. Estas zanjas permiten también mantener la saturación de los suelos tratados. Por lo tanto, el sistema vacío con membrana no conduce a una disminución del nivel del agua freática. Los drenes verticales prefabricados serán instalados atravesando la plataforma de tezontle de 1.0 m de espesor y el subsuelo subyacente hasta aproximadamente 3.0 m por encima del primer estrato resistente (capa dura), que, para la ubicación del panel seleccionada corresponde a 27.0 m de profundidad con respecto al terreno natural. Los drenes verticales prefabricados serán de sección plana, con un núcleo plástico y un geotextil que lo envuelve. Las características del dren se describen en el anexo 4 e idealmente cumplen con los requerimientos de dimensiones y geotextil no tejido propuesto para la zona de las pistas por el Ingeniero Civil Maestro del proyecto. El espaciamiento entre drenes verticales será de 1.50 m acomodados en un patrón triangular o a tresbolillo. A una profundidad de 0.5 m en la plataforma de tezontle, se colocarán los drenes horizontales con separaciones de 1.50 m. Estos drenes horizontales serán conectados al sistema de bombeo y aplicarán el vacío hasta los drenes verticales mediante la plataforma drenante de tezontle. FECHA: 03-OCTUBRE- NO. REVISIÓN 1 HOJA: 3

4 Fig. 1 Sistema de aplicación de vacío con membrana La membrana impermeable permite aislar el volumen de suelo arcilloso de la atmósfera y por ello es posible aplicar la depresión por debajo de ella. La membrana deberá estar empotrada en las zanjas perimetrales por debajo del nivel de agua freática para mantener la estanqueidad. La existencia de fisuras o grietas en la costra superficial, no alteran el funcionamiento del sistema antes descrito puesto que la membrana que pasa por arriba y las zanjas perimetrales que se anclan en la arcilla, harán la función de aislar todo el conjunto interior de igual forma, con o sin grietas. Por arriba de la capa de tezontle de 1.0 m y la membrana impermeable se colocará un relleno de compensación de niveles de 2.0 m de espesor, con el fin de tener una superficie seca, por arriba del nivel original del terreno natural una vez que ha ocurrido el asentamiento tras la aplicación del vacío en la masa de suelo. De este modo, groso modo, para 11 kn/m3 de densidad del tezontle y 3.0 m de altura total de este material se estarán aplicando al centro del terraplén un total de 33 kpa de presión vertical en la superficie. Por otro lado, siendo la presión atmosférica en la Ciudad de México de 77 kpa, el sistema de vacío con membrana deberá ser capaz de aplicar eficientemente una depresión promedio en la masa de suelo de al menos el 65% de este valor (>50 kpa). FECHA: 03-OCTUBRE- NO. REVISIÓN 1 HOJA: 4

5 Sumando ambas componentes, se tienen más de 85 kpa aplicados verticalmente en la superficie. Por otro lado, la permeabilidad propia de los drenes verticales hará transportar la depresión generada por el sistema de bombeo a todo lo largo de estos y hasta los 27 m de profundidad de instalación. La eficiencia en el transporte de esta depresión a lo largo de la longitud de los drenes es alta, puesto que se trata de materiales permeables embebidos en suelos no permeables; sin embargo, no es posible conocer con certeza un valor de esta eficiencia a priori y, además, podría tender a ser diferente a lo largo del desarrollo de la prueba. Por esta razón, la eficiencia del sistema se medirá a través del monitoreo de la presión de vacío (depresión) con captores de depresión instalados bajo la membrana y de la presión de poro (negativa) en la profundidad a través de los piezómetros eléctricos que registran los datos medidos de forma continua y automática. INVESTIGACIONES DEL TERRENO Los ensayos geotécnicos de campo y de laboratorio deben de ser realizados para al menos las dos capas de arcilla blanda (FAS y FAI) y de acuerdo a las indicaciones abajo enlistadas. 1. Investigaciones de campo: Sondeos de penetración estándar (SPT) para identificación de la estratigrafía específica del área del terraplén de prueba y para definir la profundidad para la toma de muestras inalteradas o de pruebas de disipación de la resistencia tipo veleta, además de permitir el análisis táctil y visual de los materiales presentes en el subsuelo, ASTM D Ensayos de piezocono eléctrico con medida de presión neutra CPTU, con pruebas de disipación a cada 5 m de profundidad, según procedimiento de la norma ASTM D Ensayos de prueba veleta (VT) a cada 5 m de profundidad, según procedimiento de la norma ASTM O Perforación para muestreo inalterado con tubo de pared delgada tipo Shelby para suelos blandos: después del reconocimiento de la estratigrafía especifica del área del terraplén de prueba, serán definidas las profundidades específicas, en barrenos identificados como BH, que serán objeto del muestreo inalterado de las capas de arcilla FAS y FAI. En las arcillas FAS deben de ser recuperadas cinco muestras en la profundidad, como sigue: una cercana a la parte superior de la capa, otra en medio, otra cercana a la parte inferior de la capa y las otras dos muestras en puntos FECHA: 03-OCTUBRE- NO. REVISIÓN 1 HOJA: 5

6 intermedios. Sobre la misma línea vertical, dentro del estrato de arcillas de la FAI deben ser recuperadas tres muestras: una cercana a la parte superior, otra en la parte media y la última en la parte inferior de la capa, antes de los Depósitos Profundos. Esta colecta de muestras será realizada con un tubo especial para muestreo inalterado de arcillas muy blandas y sensibles tipo Shelby o similar, de pared delgada y de 4" de diámetro. 2. Ensayos de laboratorio: Caracterización completa de cada muestra, incluyendo: Granulometría completa, incluyendo ensayo de sedimentación, según la norma ASTM D 422. Determinación de la densidad de granos, según la norma ASTM D 854. Límites de Atterberg, líquido y plástico, según la norma ASTM D Determinación de la densidad natural y la densidad aparente seca, según la norma ASTM D Determinación de la humedad natural, según la norma ASTM D Determinación de contenido de materia orgánica, según la norma ASTM D Determinación del contenido de carbonatos, según la norma ASTM D Ensayos edométricos o de consolidación, según la norma ASTM D2435 /D4546. Ensayos resistencia al corte en pruebas de compresión triaxial no consolidada no drenada (UU), según la norma ASTM D2850 CONTROLES Y REGISTROS Serán adoptados los siguientes procedimientos y controles para las etapas de instalación de los drenes verticales y horizontales y de la membrana impermeable, así como durante la operación del vacío: Elaboración de la planeación de movilización de equipamientos de hincado de drenes verticales para no dañar la instrumentación instalada. Posicionamiento de los equipos para la instalación de los drenes verticales según los espaciamientos indicados en el Estudio y localización topográfica rigurosa. Revisión y ajuste de la verticalidad del mástil de hincado de los drenes verticales antes del inicio de los trabajos de drenes verticales. Registro de la profundidad de los drenes verticales. Registro diario de presión de vacío medida en los equipos de bombeo Registro diario de presión de vacío medida en los captores de vacío Registro de la instrumentación instalada en el terraplén de la prueba de vacío. FECHA: 03-OCTUBRE- NO. REVISIÓN 1 HOJA: 6

7 INSTRUMENTACIÓN La instrumentación geotécnica permitirá monitorear los movimientos verticales y horizontales, en la superficie y a profundidad, así como el desarrollo de las presiones de poro. El monitoreo se realizará desde antes de la colocación de los drenes y durante todo el proceso constructivo del panel de prueba, durante la operación del sistema de vacío, e incluso después de suspensión de la operación de las bombas. Para el terraplén de prueba con monitoreo geotécnico del terreno bajo y en el entorno del terraplén, se especifican secciones instrumentadas, así como para el vacío en operación, conforme plano adjunto. 1. Detalles específicos para el monitoreo: La ubicación y la profundidad de cada instrumento a ser instalado requerirán del conocimiento preciso de la estratigrafía del subsuelo por debajo del relleno de prueba. Este conocimiento será suministrado por los sondeos a ser ejecutados en el centro y bordos del panel de prueba al inicio de los trabajos. 2 Frecuencia de lecturas y entregables: Antes de la operación del sistema de vacío (bombas), la toma de lecturas de los instrumentos y referencias topográficas se realizará cada tres días (dos o tres tomas por semana). La instrumentación deberá ser instalada a tiempo para que se puedan tener lecturas al menos dos semanas antes de la operación del vacío. Durante la operación del vacío se tomarán lecturas diarias en los inclinómetros, piezómetros y captores de depresión. En los demás instrumentos y referencias podrá aumentarse el número de lecturas según los resultados que se presenten. Después de la conclusión del vacío, el monitoreo deberá de continuar y será realizado con lecturas semanales en un periodo mínimo de dos meses o un máximo de tres meses, a ser confirmado por el ingeniero consultor geotécnico. Adicionalmente para la medición de asentamientos en las fases de consolidación por vacío y posteriores, se sugiere la instalación de una estación total robotizada montada sobre una estructura de soporte compuesta de un mástil de acero y un dado de concreto. La lectura de los asentamientos se realizará utilizando puntos de referencia fijos y prismas reflejantes colocados en cuadrículas de 5.00 x 5.00 m FECHA: 03-OCTUBRE- NO. REVISIÓN 1 HOJA: 7

8 dentro del panel y x m afuera de éste. La frecuencia de lectura se determinará según la fase de la prueba. Semanalmente se emitirán informes crudos de las lecturas y se emitirá un Informe Mensual con los resultados parciales de la operación del sistema de vacío. La propuesta incluye los siguientes entregables: Reporte Técnico con previsión del comportamiento del Relleno de Prueba, será preparado una vez que los sondeos y ensayos de laboratorio estén disponibles. Como parte de los análisis previos y de los posteriores a la aplicación del sistema de vacío, a fin de predecir el desempeño de la consolidación de vacío podrá utilizarse programas especiales para ello. Opción para ello es el programa ILLICON desarrollado en la universidad de Illinois, PLAXIS, TARAO, o cualquier otro similar. Después del inicio de la aplicación del sistema de vacío, un reporte técnico mensual simplificado será elaborado con el análisis de los datos del monitoreo: incluyendo tablas y curvas representativas del comportamiento en función del tiempo. Después de 3 meses de operación del sistema de vacío, y en los meses subsecuentes, hasta el octavo mes, será parte del Reporte Técnico, un análisis de interpretación detallada de los datos juntamente con una eventual calibración de los modelos de simulación. FECHA: 03-OCTUBRE- NO. REVISIÓN 1 HOJA: 8