ES2951334T3

ES2951334T3 - Un sistema de separación de relleno de césped y método para separar un relleno seco o desecado, como el de un producto de césped artificial

Info

Publication number: ES2951334T3
Application number: ES19196430T
Authority: ES
Inventors: Martin Welling Sørensen; Rasmus Damhus
Original assignee: Re Match Holding AS
Current assignee: Re Match Holding AS
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2023-10-19
Anticipated expiration: 2039-09-10
Also published as: EP3792027B1; EP3792027A1; EP4269081A3; AU2020347461A1; PL3792027T3; WO2021048214A1; MX2022002865A; US20240139776A1; US11872594B2; PT3792027T; FI3792027T3; CA3153985A1; CN114728444A; KR20220083693A; JP2022547934A; DK3792027T3; US20230211378A1; EP4269081A2

Abstract

Un sistema de separación (100) adecuado para separar un relleno seco o secado que comprende preferiblemente caucho y/o arena, en una pluralidad de fracciones, el sistema de separación (100) comprende un primer medio de cribado (110) configurado para recibir un primer conjunto de elementos de separación. pantallas (111), estando configurado dicho conjunto de pantallas de separación para separar el relleno (201) en una primera pluralidad de fracciones (201a), en donde el sistema de separación (100) comprende además una unidad de preanálisis (101), una base de datos (180) y una unidad de procesamiento (102) configurada para calcular coeficientes de correlación y/o valores de desviación entre el primer conjunto de valores de composición (301) y una pluralidad de segundos conjuntos de valores de composición de la base de datos (180); y un método para separar un relleno seco o secado que tiene una composición de materiales, preferiblemente que comprende caucho y arena, en una pluralidad de fracciones. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Uso de partículas compuestas para proteger una estructura de línea de vida contra daños por ondas sísmicas

Uso de partículas compuestas para proteger una estructura de línea de vida contra daños por ondas sísmicas Esta divulgación se refiere generalmente a materiales y métodos para amortiguar vibraciones sísmicas y la invención está dirigida a un método para proteger estructuras de línea de vida tales como presas, diques, oleoductos y gasoductos, pilares de puentes, túneles y acueductos usando partículas compuestas.

Los terremotos generalmente están causados por desplazamientos de una placa o masa de tierra contra otra a lo largo de una línea de falla o en una zona de falla. Estos desplazamientos de tierra generan grandes energías vibratorias de baja frecuencia conocidas como ondas sísmicas, que pueden causar un gran daño a las estructuras que no están diseñadas para soportar estas oscilaciones vibratorias. Las erupciones volcánicas, los grandes deslizamientos de tierra e incluso algunas explosiones provocadas por el hombre pueden causar ondas sísmicas similares que viajan a través de la corteza terrestre.

Un informe de FEMA de 1991 sobre la vulnerabilidad de las líneas de vida de EE. UU. a las disrupciones sísmicas analizó e informó sobre las diversas pérdidas económicas que se producirían si varias líneas de vida en siete regiones seleccionadas de los EE. UU. fueran disrumpidas por terremotos típicos de esas regiones. Las pérdidas por daños directos varían de $1.500 millones a $11.800 millones en dólares de 1991. dependiendo de la región (Resumen Ejecutivo, pág. xxvi). Las líneas de vida se definieron como sistemas - tales como los de suministro de alimentos, combustible, agua, energía eléctrica, información, etc. - que son necesarios para la vida humana y la función urbana. Por lo tanto, las líneas de vida incluyen sistemas de transporte, tales como carreteras, ferrocarriles, aeropuertos y puertos; sistemas de energía, tales como líneas de transmisión de energía eléctrica y gasoductos y oleoductos; servicios de emergencia, tales como hospitales y sistemas de transmisión; y sistemas de suministro de agua, tales como acueductos, embalses y tuberías (Resumen ejecutivo, pág. xvii).

Las partículas compuestas comprenden un núcleo, tal como un agregado u otro material, revestido con una capa sellante hidratable, tal como una capa de arcilla de bentonita. Estas partículas compuestas se han descrito en la bibliografía de patentes; véase, p. ej., la Patente de EE. UU. 6.386.796. expedida a Hull el 14 de mayo de 2002. Patente de EE. UU. 6.558.081. expedida a Hull el 6 de mayo de 2003. Patente de EE. UU. 7.011.766. expedida a Hull el 14 de marzo de 2006 y Patente de EE. UU. 7.438.500. expedida a Hull el 21 de octubre de 2008. Dichas partículas compuestas proporcionan una base estructuralmente sólida que resulta del nivel de agregado, así como también de diversos grados de permeabilidad al agua y propiedades cohesivas, dependiendo de la composición y la cantidad del componente de la capa sellante hidratable. Algunos usos de estas partículas compuestas han incluido capas de barrera de vertederos, sistemas de cobertura de sedimentos, segregación de zonas ambientales, tales como para derrames de petróleo o protección de lechos de ríos y arroyos, y diques de zanjas.

En particular, EE. UU. 6.386.796 y EE. UU.6.558.081. ambas de Hull, describen en la Figura 9 y la descripción de la misma, rodeando una tubería con partículas compuestas hidratables que tienen capacidad de expansión residual o de hinchamiento que puede estabilizar y sellar la tubería contra fugas. Estas patentes también describen en la Figura 12 y la descripción de la misma, la colocación de partículas compuestas hidratables en el fondo de un estanque, depósito u otro cuerpo de agua retenido por una presa o dique 86. Dicho uso puede evitar fugas a través de una veta de arena debajo de la masa de agua. EE. UU.2013/196061 divulga partículas compuestas que contienen fibra y composiciones de matriz de barrera reforzada con fibra fabricadas a partir de ellas. Las partículas compuestas incluyen un núcleo, una capa mineral de arcilla hidratable, un revestimiento protector opcional y una fibra de refuerzo. La fibra puede estar presente en cualquiera o en todas de varias localizaciones: adherida al núcleo, dispersa en la capa hidratable o en el revestimiento protector. Tras la hidratación, la capa de mineral de arcilla hidratable se hincha y forma una matriz que mantiene cohesivamente las fibras y el núcleo en una composición de matriz de barrera reforzada con fibras.

La presente invención busca abordar los problemas de daños a las estructuras de línea de vida que resultan de ondas sísmicas, tales como las que podrían originarse en un terremoto, acción volcánica u otras formas de carga por fatiga, incluido el tráfico vehicular repetitivo que puede causar una carga cíclica y descarga similar a la tensión de las ondas sísmicas. La presente invención es particularmente adecuada para estructuras de líneas de vida lineales como raíles y tuberías, y para instalaciones geotécnicas, tales como presas, diques, bermas de contención de residuos, contrafuertes de puentes y similares.

Breve resumen de la invención

Según la presente invención, se proporciona un método para proteger una estructura de línea de vida del daño causado por ondas sísmicas, como se establece en la reivindicación 1 a continuación.

Una aplicación de ejemplo sería el uso del material para construir estructuras de permeabilidad crítica tales como chaveteros en presas y diques que, si se construyen con suelos arcillosos tradicionales u hormigón, podrían fracturarse por tensiones sísmicas, o incluso por cargas extremas transportadas sobre dichas presas y niveles en carreteras o vías férreas. Otro ejemplo sería el uso de dichas partículas compuestas para soportar una tubería de forma continua o periódica con estructuras de soporte que soportan la tubería a través de una base de amortiguación y aislamiento para reducir el riesgo o daño por fractura por cizallamiento.

En ciertas realizaciones, la relación de amortiguamiento de las partículas compuestas hidratadas varía de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 65 % con una deformación del 0.1 %, y de aproximadamente el 25 % a aproximadamente el 60 % con una deformación del 1.0 %. En ciertas realizaciones, la relación de amortiguamiento de las partículas compuestas hidratadas es relativamente constante, de modo que varía de aproximadamente el 35 % a aproximadamente el 60 % con una deformación del 0.1 % y una deformación del 1.0 %, o incluso con deformaciones superiores. Estas relaciones de amortiguamiento contrastan con las de los suelos naturales o los materiales de lecho grueso que se usarían típicamente para las instalaciones de tuberías o las de los suelos arcillosos usados en las instalaciones de presas o diques.

El núcleo de la partícula compuesta es un agregado que tiene una forma angular o subangular que tiene una angularidad de 5 a 12. o de 7 a 10. En algunas realizaciones, esa capa sellante comprende una bentonita de alta calidad, que representa entre aproximadamente el 20 y aproximadamente el 40 % en peso de la partícula compuesta.

En ciertas realizaciones, la conductividad hidráulica (K) de las partículas compuestas hidratadas es muy baja; por ejemplo, 1 * 10-5 cm/s o menos, 1 * 10-6 cm/s o menos, 1 * 10-7 cm/s o menos, etc. y mantiene esta baja permeabilidad incluso después de someterse a una tensión tan alta como el 1.0 % o incluso mayor, durante muchos ciclos de tensión aplicada.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una ilustración en sección transversal del uso de las partículas compuestas de la invención en una aplicación de pared de corte, tal como en una presa, berma o dique.

Las Fig. 2A y 2B son gráficos reproducidos de la bibliografía que muestran relaciones de amortiguamiento comparativas y valores de módulo de cizallamiento para lodos arcillosos.

Las Fig. 3A y 3B son gráficos que muestran relaciones de amortiguamiento y valores de módulo de cizallamiento para partículas compuestas sometidas a deformación como en el Ejemplo 1.

Las Fig. 4A y 4B son gráficos que muestran relaciones de amortiguamiento y valores de módulo de cizallamiento para partículas compuestas sometidas a deformación como en el Ejemplo 2.

Las Fig. 5A a 5C son gráficos que muestran datos de relación de amortiguamiento del Ejemplo 2 superpuestos con algunos valores de la bibliografía para varios tipos de suelos representativos de los materiales de lecho de la tubería, como en la Fig. 2A.

La Fig. 6 es un gráfico que muestra los datos del módulo de cizallamiento del Ejemplo 2 superpuestos con algunos valores de la bibliografía para tipos de suelos arcillosos representativos de los materiales de construcción de presas o diques, como en la Fig. 2B.

La Fig. 7 es un gráfico que muestra partículas compuestas de conductividad hidráulica promedio sometidas a deformación como en el Ejemplo 3.

La Fig. 8 es una ilustración en sección transversal del uso de las partículas compuestas para proteger una tubería del daño sísmico.

Descripción detallada de la invención

Tal y como se usan en esta divulgación, ciertos acrónimos y términos tienen los significados que se atribuyen a continuación. El término "AB" significa AquaBlok®, un ejemplo de una partícula compuesta que tiene un núcleo y una capa hidratable que puede formar una capa impermeable de un sistema de barrera o cubierta. El término "RB" significa RockBlok™, una mezcla de partículas de roca, arena y AquaBlok, pero que generalmente se usa para formar una capa permeable de un sistema de barrera. El término "BB" significa Blended Barrier™, que es una combinación de una barrera impermeable AquaBlok@ y roca agregada adicional sin recubrimiento.

Cuando se describe un rango numérico con extremos cerrados o abiertos en la presente memoria, todos los valores y subrangos dentro o abarcados por el rango numérico se deben considerar como incluidos específicamente en y pertenecientes a la divulgación original de la presente solicitud, como si estos valores y subrangos se hubieran escrito explícitamente en su totalidad. Se considera que los límites superior e inferior de todos los rangos numéricos están precedidos por el modificador "aproximadamente".

Partículas compuestas

Las partículas compuestas usadas en los sistemas de recubrimiento de sedimentos AB, AB/RB o AB/BB son conocidas y se describen en la técnica junto con varias realizaciones específicas y/o sistemas de recubrimiento de sedimentos que las contienen. Véase como referencia la Patente de EE. UU. 5.538.787. expedida a Nachtman et al. el 23 de julio de 1996. Patente de EE. UU. 5.897.946. expedida a Nachtman et al. el 27 de abril de 1999. Patente de EE. UU. 6.386.796. expedida a Hull el 14 de mayo de 2002. Patente de EE. UU.

6.558.081. expedida a Hull el 6 de mayo de 2003. Patente de EE. UU. 7.011.766. expedida a Hull el 14 de marzo de 2006. Patente de EE. UU. 7.438.500. expedida a Hull el 21 de octubre de 2008. y WO 2012/048215 publicado el 12 de abril de 2012. Las partículas pueden tener cualquier diámetro de partícula deseado, cuyos ejemplos no limitantes incluyen partículas compuestas que tienen un diámetro de partícula de menos de 3/4 pulgadas (-20 mm), incluyendo 1/4-3/4 pulgadas (~5 mm a ~20 mm). y 1/4-3/8 pulgadas (~5 mm a ~10 mm).

El núcleo de las partículas compuestas puede incluir una pieza granular de piedra, roca, grava, arena o escoria, cuyos ejemplos no limitantes incluyen una pieza granular de piedra caliza triturada u otro agregado de tierra química/físicamente estable. El núcleo puede tener cualquier diámetro de partícula deseado, un ejemplo no limitante del cual incluye un diámetro de partícula de 1/4-3/8 pulgadas (~5 mm a ~10 mm). El núcleo puede ser más denso, menos denso o tan denso como la capa sellante. En una realización ejemplar, el núcleo tiene una densidad relativamente mayor en comparación con la de la capa sellante.

Además de la clasificación por tamaño, el agregado puede clasificarse por su forma. En un sentido general, se considera que el agregado es redondo, subredondo, subangular, angular o escamoso, que progresa desde formas similares a esferas hasta formas muy irregulares y dentadas. En un intento por cuantificar esto, los ingenieros han desarrollado un número de angularidad. Cuando las esferas pequeñas se compactan en un volumen específico más grande, el 67 % está ocupado por las esferas y el 33 % es espacio vacío. Cuando el agregado de forma irregular se compacta de manera similar, el % de espacio vacío aumentará en proporción a la angularidad. Por lo tanto, el número de Angularidad de un agregado es la cantidad (al número entero más alto) por la cual el porcentaje de vacíos en él después de compactar de manera prescrita excede 33. El valor del número de angularidad generalmente se encuentra entre 0 y 11.

Se ha mostrado que las partículas angulares con una textura superficial rugosa pueden crear una matriz muy fuerte, pero también pueden ser muy difíciles de compactar ya que las texturas superficiales rugosas y las partículas angulares pueden entrelazarse entre sí y resistir el esfuerzo de compactación. Por el contrario, las partículas redondeadas con textura superficial lisa se compactarán más fácilmente, pero serán inestables bajo carga, ya que las partículas se desplazarán y deslizarán unas contra otras. Por consiguiente, en la construcción de carreteras, generalmente se prefiere un número de angularidad de 7 - 10. En la presente invención, se usan números de angularidad que varían de 5 a 12. o de 7-10. para la amortiguación sísmica.

La capa sellante de las partículas compuestas puede encapsular parcial o completamente el núcleo. La capa sellante comprende un material hidratable, cuyos ejemplos no limitantes incluyen una arcilla, una arcilla absorbente de agua que es fácilmente hidratable y tiene una alta capacidad de hinchamiento (p. ej., una arcilla de bentonita, tal como arcilla de bentonita de sodio de alta calidad derivada de Wyoming que contiene montmorillonita), un mineral arcilloso (p. ej., montmorillonita, ilita, caolinita y atapulgita), y combinaciones de los mismos.

Cuando las partículas compuestas que tienen una capa sellante de arcilla absorbente de agua se exponen al agua, la arcilla se hidrata y se hincha fácilmente para formar un sello continuo o una capa de barrera que tiene una permeabilidad al agua extremadamente baja o nula, que es efectiva para prevenir migración, o evitar fugas, de sedimentos, aguas subterráneas, gas y/o contaminantes a través de ellos. La capa sellante o de barrera resultante puede tener cualquier espesor deseado, un ejemplo no limitativo del cual incluye una capa sellante o de barrera que tiene un espesor de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 pulgadas (~2.5 a 10 cm) y hasta 6 pies (2 metros). Sin embargo, a diferencia de los suelos de arcilla limosa que se usan típicamente en las instalaciones de barreras de presas o diques, las partículas compuestas son resistentes a la licuefacción al exponerse a fuerzas vibratorias cíclicas que, de otro modo, comprometerían una barrera de suelo típica.

Las partículas compuestas pueden tener cualquier relación porcentual en peso deseada entre la capa sellante y el núcleo, en base al peso total de las partículas compuestas, cuyos ejemplos no limitantes incluyen:

Las partículas compuestas pueden tener cualquier densidad aparente seca deseada, cuyos ejemplos no limitantes incluyen una densidad aparente seca de 70-90 lbs/ft3 (es decir, aproximadamente 1.121 a 1.442 kg/m3) incluyendo 88-90 lbs/ft3 (es decir, aproximadamente 1.410 a 1.442 kg/m3) consolidado, y 83-85 lbs/ft3 (es decir, aproximadamente 1.329 a 1.362 kg/m3) no consolidado. Las partículas compuestas pueden tener una gravedad específica superior a 1.0.

Las partículas compuestas pueden, dependiendo del uso, tener cualquier permeabilidad al agua o conductividad hidráulica deseada. La permeabilidad o "conductividad hidráulica" (K) se mide en velocidades de flujo (p. ej., cm/s). En ciertas realizaciones descritas en la presente memoria, la capa de barrera después de la hidratación tendrá una conductividad muy baja o será "sustancialmente impermeable"; es decir, que tiene una conductividad hidráulica (K) de 1 * 10-5 cm/s o menos, por ejemplo, 1 * 10-6 cm/s o menos, 1 * 10-7 cm/s o menos, 1 * 10-8 cm/s o menos, 1*10-9 cm/s, o que tiene una conductividad en el rango de 1*10-5 a 1*10-9 cm/s, de 1*10-6 a 1*10-9 cm/s, de 1*10^-5a 1*10-8 cm/s, de 1*10-6 a 1* 10-8 cm/s, de 1*10-5 a 1*10-8 cm/s, etc. o inferior.

Las partículas compuestas pueden comprender además uno o más aglutinantes para promover la adhesión de la capa sellante al núcleo. Un ejemplo no limitante del aglutinante incluye un polímero celulósico. Las partículas compuestas pueden comprender además una o más capas adicionales que contienen uno o más materiales deseados y que tienen cualquier espesor deseado. Por ejemplo, la partícula puede contener materiales fibrosos en una o más capas, o revestimientos exteriores protectores diseñados para facilitar el transporte.

Las partículas compuestas a las que se hace referencia y se describen anteriormente pueden, por supuesto, formularse a la medida para cumplir con las demandas únicas específicas del sitio para un proyecto en particular. Por ejemplo, puede ser necesaria una atención específica a las formulaciones de diseño con el fin de crear un bloque que prohíba la migración de aguas intersticiales y fluidos intersticiales, lo que puede conducir a la formación de tuberías de suelos finos y la falla final de una estructura de contención. Por consiguiente, la discusión anterior con respecto a las partículas compuestas es solo para fines ilustrativos y no pretende limitarse a los aspectos específicos ejemplificados en la presente memoria, sino que debe otorgarse el alcance razonable más amplio de acuerdo con los principios y características generales a los que se hace referencia y se divulgan en la presente memoria.

Las partículas compuestas AB, BB y RB se pueden caracterizar por una formulación que enfatiza un material reactivo de arcilla de alto hinchamiento para crear una capa de permeabilidad extremadamente baja o una capa impermeable con una conductividad hidráulica (K) de 1 * 10-7 cm/s o menos o 1 x 10-8 cm/s o menos, incluyendo de 1 x 10-7 a 1 x 10-9 cm/s o menos cuando se somete a compactación mecánica.

La naturaleza densa y granular de las partículas compuestas les permite desplegarse y depositarse fácil y uniformemente a través de una columna de agua (a través de la ley de Stoke) y sobre la superficie del sedimento usando equipos de manejo de materiales convencionales. Las partículas compuestas AB se pueden usar solas para formar una capa de barrera impermeable pasiva AB o mezcladas con otros materiales agregados para formar una capa de barrera BB o una capa de barrera RB.

Aplicaciones y usos seleccionados en líneas de vida de las partículas compuestas AB

Varias estructuras de línea de vida pueden considerarse de naturaleza lineal. Las tuberías y las líneas ferroviarias son ejemplos. El método de construcción tradicional de soportar una tubería sobre un lecho de agregados en una zanja deja la tubería vulnerable a fallas por cizallamiento ante un evento sísmico. Esto es particularmente cierto en el caso de tuberías incrustadas en zanjas en áreas rocosas. A medida que las vibraciones sísmicas atraviesan la corteza, el desplazamiento del suelo o la roca de soporte puede aplicar tensión o deformación a la tubería y provocar su fractura, cizallamiento o falla. Incluso en aplicaciones anteriores en las que se han usado partículas compuestas con tuberías atrincheradas, solo se disponía una capa delgada debajo de la tubería; solo lo suficiente para mantener el grado deseado y proporcionar una capa sellante contra cualquier fuga.

Cuando se usan con un espesor suficiente, las partículas compuestas según la invención tienen una alta relación de amortiguamiento y son capaces de absorber y/o desviar la energía de las ondas sísmicas que causan dicho daño. Apoyar la tubería, carretera, contrafuerte o vía férrea sobre un lecho de tales partículas compuestas tiene una capacidad mejorada para absorber la energía de las ondas sísmicas y reducir el daño a las estructuras de línea de vida lineales.

Para soportar una tubería con zanja, por ejemplo, se instala un lecho de partículas compuestas debajo y alrededor de la tubería como se muestra en la Fig. 8. Primero, se cava o corta una zanja 24 en el suelo existente, 16. Las partículas compuestas 22 pueden colocarse en la zanja 24 antes de la tubería o, dado que se colocan en forma seca, las partículas 22 pueden "fluir" alrededor y debajo de una tubería preinstalada 30. llenando vacíos e inconsistencias en el sustrato circundante 16. Desde el diámetro exterior de la tubería 30. habrá distancias al suelo existente 16 en tres direcciones, por ejemplo, una distancia D^bal fondo de la zanja, y dos distancias laterales Ds a los lados de la pared de la zanja. La tubería generalmente se coloca en el medio de la zanja, por lo que Ds es típicamente igual en cada lado, pero las desviaciones menores en esto no afectan la invención. Existe una distancia adicional D^tdesde la parte superior de la tubería 30 hasta la parte superior de la capa de partículas compuestas, donde el relleno de tierra 26 puede terminar de nivelar la zanja con el terreno existente. Cuando la zanja se rellena con relleno local, los suelos locales no deben mezclarse con las partículas compuestas dentro de la misma zanja. A diferencia de las capas delgadas convencionales de lecho de nivelación y sellado debajo de una tubería, para obtener el mejor efecto de amortiguación, el espesor de la capa de partículas compuestas debe ser aproximadamente igual en todos los lados de la tubería, a menos que se disponga de información geológica o de falla específica del sitio que justifique una capa más gruesa en una dirección particular. En algunas realizaciones D^bpuede ser algo más grueso que D^s. En otras realizaciones, tales como en instalaciones donde la sobrecarga provoca la deformación cíclica, D^tpuede ser más grueso que los demás, o tanto D^tcomo D^bpueden ser más gruesos que Ds. Cuando el diseño requiere que una o más capas sean más gruesas que las otras, el grosor de la capa más gruesa puede exceder el grosor de la capa más delgada en aproximadamente un 10 %, 20 %, 30 %, 50 % o más.

Además, se puede obtener un efecto óptimo de soporte y amortiguamiento cuando los núcleos están hechos de agregados de forma angular o subangular y superficie rugosa. Los núcleos tienen un número de angularidad de 5 a 12. o de 7 a 10.

Una vez hidratada, la capa sellante se hincha y el material se adapta firmemente a formas complejas, como paredes laterales de zanjas, material de lecho y la curvatura de una tubería. Bajo instalaciones de pavimento de servicio pesado, y si no se humedecen con el entorno, las partículas compuestas AB se deben humedecer en el lugar en elevaciones de 1 pie (0.3 m) para iniciar la hidratación y promover la estabilización temprana del material. La hidratación puede ocurrir ya sea por humectación directa o por autohidratación resultante de la absorción del agua intersticial del suelo circundante.

Opcionalmente, se puede añadir una tela geotextil en el límite superior de las partículas AB (superposición mínima de 2 pies (0.6 m) en todos los lados) para que sirva como una capa de separación física entre las partículas AB y el relleno/base de la carretera. Se puede sustituir un geotextil reforzado tanto para la separación física como para una mayor estabilidad estructural.

El uso de partículas compuestas AB en aplicaciones de zanjas alrededor de tuberías ofrece ventajas que no se ven en los métodos tradicionales. Las tuberías pueden transportar petróleo, gas, cableado eléctrico o de información, agua, aguas residuales o cualquier otro material esencial para establecer la naturaleza de "línea de vida" de la tubería. Alternativamente, la tubería puede transportar cables eléctricos, fibra óptica o cables de datos; o vehículos de motor o peatones en el caso de un túnel. Las propiedades ventajosas de módulo de cizallamiento y amortiguamiento sísmico se analizan a continuación. Estos contribuyen a una base de soporte más estable para la tubería que se cree que reduce la probabilidad de daños resultantes de una fractura por cizallamiento de la tubería. Las partículas forman un lecho de soporte más resistente al daño por energía sísmica, particularmente donde la zanja de la tubería debe atravesar un lecho rocoso u otro terreno rocoso. Las partículas compuestas con baja permeabilidad no son esenciales para esta aplicación en particular, pero pueden ser ventajosas en algunas otras instalaciones.

En un uso geotécnico alternativo, las partículas compuestas AB pueden usarse en estructuras de soporte conocidas de diversas formas como zanja de núcleo, muro de corte, barrera vertical o cortina de contención. Estas se usan típicamente en instalaciones donde se desea una barrera para separar o aislar algo que se va a contener. Las presas, diques y bermas se pueden usar para aislar estanques, ríos, océanos, lagos u otros cuerpos de agua. Se pueden desear barreras similares alrededor de los sitios de remediación ambiental y contención de desechos para retener desechos y/o toxinas. En cada caso, la premisa es crear una obstrucción hidráulica algo orientada verticalmente para evitar la migración generalmente lateral de agua, desechos o contaminantes.

Los métodos geotécnicos convencionales varían, pero implican típicamente la excavación de una zanja estrecha, generalmente de tres a ocho pies de ancho, que se encaja en un sustrato nativo impermeable (es decir, arcilla) para formar una barrera continua. Luego, se colocaron suelos arcillosos o rellenos de ingeniería de baja conductividad hidráulica en la zanja para completar el corte o la cortina. Los rellenos tradicionales van desde suelos arcillosos inalterados hasta lechadas líquidas a base de bentonita y mezclas de suelo, cemento y bentonita, todos los cuales, en diversos grados, pueden dañarse estructuralmente por fuerzas sísmicas, creando vías de filtración localizadas. Como lo demuestran los ejemplos con referencia a las figuras, estos suelos o mezclas de suelo-cemento-bentonita no poseen el efecto amortiguador de la presente invención, y la lechada líquida a base de bentonita típicamente no posee la resistencia geotécnica de los materiales AB, BB, o RB.

Nuevamente, las partículas compuestas AquaBlok® pueden emplearse en dicha aplicación de corte con ventajas mejoradas. Las propiedades ventajosas de módulo de cizallamiento y amortiguamiento sísmico se analizan a continuación. La Fig. 1 ilustra dicho uso y muestra un dique o presa 10 que contiene un cuerpo de agua u otro líquido 12. Las fuerzas sísmicas, explosivas o de sobrecarga pueden crear una grieta o veta 14 en el suelo existente 16 debajo de la presa 10 que permite que un flujo de líquido se desvíe de la presa y salga fuera del muro de contención en la abertura 18. Una vez que se establece un flujo pequeño, la contención se ve comprometida ya que la ruta del flujo generalmente se expandirá y erosionará más suelo y sedimento a lo largo de la ruta, un proceso de falla conocido como "tubería".

Para evitar esto durante la construcción, o para remediar esto después de la construcción, se hace una zanja o "chavetero" 20 en el suelo de la berma o dique transversal a la ruta del flujo, y a una profundidad que se extiende al menos hasta las subcapas impermeables. El chavetero 20 se llena con partículas compuestas AquaBlok@ 22 y se hidrata, opcionalmente en capas, para formar una parte impermeable de la pared de la barrera. Si se desea, se puede emplear relleno de suelo en la parte superior del chavetero, pero no se debe mezclar con partículas compuestas. En el contexto de una presa de tierra y barreras de agua similares, la instalación está destinada a controlar la filtración de agua superficial/de la cuenca y de agua subterránea a través y debajo de la berma existente. Estas paredes de corte pueden incluirse durante la construcción inicial de una barrera o como una modificación posterior a la construcción. Para aplicaciones de control ambiental y de desechos, se puede instalar una zanja pendiente abajo de una fuente contaminante conocida (p. ej., un vertedero) para prevenir la migración de agua contaminada fuera del sitio o pendiente arriba de una zona contaminada para prevenir el flujo de agua subterránea no contaminada a través del área afectada. Otros usos potenciales de este tipo de barrera vertical son a lo largo de los lados de canales o ríos, tales como diques, y alrededor de estanques u otras cuencas acuáticas.

Las partículas compuestas también pueden usarse en otras aplicaciones que pueden beneficiarse de la protección amortiguadora contra la energía sísmica. Por ejemplo, un contrafuerte que soporta un puente de ferrocarril o de carretera también puede ser susceptible a daños por vibraciones sísmicas resultantes de un terremoto u otro evento sísmico, incluidas las cargas/descargas cíclicas causadas por el tráfico vehicular repetitivo sobre la estructura. Apoyar tales estructuras con partículas compuestas que tienen una alta relación de amortiguamiento puede reducir las posibilidades de daños sísmicos. Otro ejemplo es una ruta ferroviaria o vehicular a través de un túnel en un área montañosa rocosa. Al igual que una tubería en un área rocosa, estos túneles son vulnerables al daño por cizallamiento que resulta de las ondas de energía sísmica. El uso de partículas de soporte de alta relación de amortiguamiento podría minimizar este daño.

Sin desear limitarse a ninguna teoría o mecanismo, se piensa que las propiedades mejoradas de amortiguamiento sísmico de las partículas compuestas tipo AB pueden resultar de uno o ambos de: (1) la angularidad del agregado que permite una matriz más estable mientras retiene un espacio vacío relativamente alto, y (2) la capacidad residual de la capa sellante para hincharse o expandirse más allá del grado del período de hidratación inicial y llenar los vacíos creados por la deformación. En consecuencia, si inicialmente aparece una grieta o un vacío en la capa de barrera, la capacidad de expansión residual de las partículas compuestas en presencia de una hidratación posterior permite que el material se vuelva a sellar para formar nuevamente una capa de barrera integral de baja permeabilidad.

Ejemplos

Ejemplos 1: Módulo de amortiguamiento y de cizallamiento por aparato triaxial cíclico - OSU

Se prepararon y probaron varias muestras diferentes de partículas compuestas. Las partículas compuestas variaron en composición como se muestra en la Tabla 1. a continuación.

Tabla 1: Composición de las formulaciones de partículas compuestas de muestra AB

Las muestras no. 1 a no. 4 contenían solo núcleos de agregados, un aglutinante polimérico y una capa sellante de recubrimiento de arcilla de bentonita y, por lo tanto, se consideran partículas AB como se discute en la presente memoria. Estas cuatro muestras variaron en el porcentaje en peso de bentonita (20 % o 30 %) y en el tamaño de los núcleos de agregados. Las muestras no. 7 y no. 8 mezclaron partículas compuestas como las de las muestras no. 3 y no. 4 con agregados de tamaño similar en un 50:50 en peso de mezcla para formar una mezcla de partículas discutida en la presente memoria como partículas BB.

Las muestras se hidrataron y prepararon para medir los bucles de histéresis de tensión-deformación del desviador de manera similar al Estándar ASTm D3999-11. Después de la hidratación, cada muestra se sometió a 40 ciclos (a 1 Hz) de deformación por compresión axial en cada uno de los 5 niveles de deformación: 0.1 %, 0.18 %, 0.28 %, 0.48 % y 0.78 % de deformación a una presión de confinamiento de 6.5 psi (44.8 kPa). La deformación por cizallamiento cíclico se calculó a partir de la deformación axial cíclica usando una relación de Poisson de 0.3 para arcilla no saturada; y las deformaciones por cizallamiento cíclico correspondientes a las deformaciones axiales cíclicas enumeradas son 0.13 %, 0.23 %, 0.36 %, 0.62 % y 1.0 %, respectivamente. Los 10 ciclos intermedios se capturaron como diagramas de bucle de histéresis de tensión-deformación. A partir de estos bucles de histéresis, se calculó el módulo de cizallamiento (G) según el método de Kumar, Krishna y Dey, 2015 como una medida de la rigidez de las partículas compuestas AquaBlok@. La relación de amortiguamiento (D), la relación entre la energía disipada y la energía de deformación almacenada, se calculó a partir del área de las curvas de histéresis mediante el método de Rees (2016) como una medida de la capacidad para absorber energía.

Los datos calculados para las cinco muestras se representan en la Fig. 3A (relación de amortiguamiento) y en la Fig. 3B (módulo de cizallamiento).

A modo de comparación, se buscaron en la bibliografía parámetros similares de estructuras de soporte de bentonita tradicionales. Seed e Irdiss (1970) publicaron una revisión bibliográfica de los datos de relación de amortiguamiento y módulo para arcillas de bentonita. Estos datos se reproducen en las Figuras 2A (relación de amortiguamiento) y la Fig. 2B (módulo de cizallamiento). Varios autores han informado relaciones de amortiguamiento de aproximadamente 4 % a aproximadamente 20 % con una deformación del 0.1 %, y relaciones de amortiguamiento de aproximadamente 10 % a aproximadamente 27 % con una deformación del 1.0 %, y una tendencia hacia una relación de amortiguamiento creciente con una deformación creciente. Por el contrario, las partículas compuestas exhibieron relaciones de amortiguamiento que variaban de aproximadamente un 15 % a aproximadamente un 65 % con una deformación del 0.1 % y que variaban de aproximadamente un 20 % a aproximadamente un 60 % con una deformación del 1.0 %. Las relaciones de amortiguamiento se mantuvieron relativamente constantes en el rango de deformaciones del 0.1 % al 1.0 %; y con la excepción de la muestra no. 1. las relaciones de amortiguamiento se agruparon entre aproximadamente el 35 % y el 65 %, considerablemente más altas que las relaciones de amortiguamiento de los suelos arcillosos solos de la bibliografía.

El módulo de cizallamiento (ksf = kilolibras por pie cuadrado) es una medida de la rigidez. Como se muestra en la parte inferior derecha de la Fig. 2B, el módulo de cizallamiento del lodo arcilloso de la Bahía de San Francisco varía de aproximadamente 40 a 66 ksf (2.107 a 3.160 kPa) con una deformación del 0.1 % y fue de aproximadamente 20 ksf (957.6 kPa) a 1.0 % de deformación, con una tendencia de disminución de la rigidez con mayor deformación. La comparación de estos datos con los datos de la Fig. 3B muestra que las partículas compuestas exhibieron una rigidez similar (como módulo de cizallamiento) y también una tendencia decreciente con una mayor deformación.

Ejemplo 2: Módulo de amortiguamiento y de cizallamiento por aparato de columna resonante - GT

Se prepararon y probaron tres muestras diferentes de partículas compuestas. Las partículas compuestas variaron en composición como se muestra en la Tabla 2. a continuación.

Tabla 2: Composición de las formulaciones de partículas compuestas de muestra AquaBlok@

Las muestras se hidrataron y prepararon para medir la tensión-deformación de acuerdo con el Estándar ASTM D4015 a presiones de confinamiento de 5. 25 y 50 psi (34.5. 172.4 y 344.7 kPa). La presión de confinamiento se correlaciona con el peso del suelo sobrecargado, de modo que las presiones más altas imitan las instalaciones más profundas. Los rangos de deformación por cizallamiento variaron para cada muestra, como se indica en la Tabla 2 y, en comparación con el Ejemplo 1. las deformaciones variaron considerablemente más en un rango mucho mayor (especialmente deformaciones más bajas, pero también deformaciones más altas), que es más representativa de las deformaciones causadas por eventos sísmicos. El módulo de cizallamiento y la relación de amortiguamiento se calcularon para cada nivel de deformación y presión de confinamiento. Los datos seleccionados del Ejemplo 2 se representan junto con datos similares del Ejemplo 1 en las Figuras 4A y 4B. Los puntos de datos identificados como GT son del Ejemplo 2. mientras que los puntos de datos identificados como OSU son del Ejemplo 1. Los datos muestran una buena correlación entre las dos metodologías de prueba diferentes y dos laboratorios diferentes.

Como en el Ejemplo 1. los datos para la relación de amortiguamiento y el módulo de cizallamiento se compararon con los valores de la bibliografía para varios suelos. Las Figuras 5A-5C comparan las relaciones de amortiguamiento de las partículas compuestas AquaBlok@ con los valores de la bibliografía informados para depósitos de grava (5A), suelos y arenas de grava (5B) y arcillas saturadas (5C). La Figura 6 compara los módulos de cizallamiento de las partículas compuestas AquaBlok@ con los valores de la bibliografía informados para suelos arcillosos. Se puede ver que las partículas compuestas generalmente exhiben relaciones de amortiguamiento más altas con módulos de cizallamiento similares o más altos, especialmente a presiones de confinamiento más altas representativas de diques y presas de tierra.

Ejemplo 3: Conductividad hidráulica

La conductividad se midió de acuerdo con ASTM D5084-16a usando una celda de molde dividido de 2.8" de diámetro. Las partículas compuestas se añadieron en capas y se hidrataron. A continuación, la celda se sometió a múltiples series de ciclos de 0.5 Hz de deformación axial sinusoidal como se describe a continuación, midiendo la conductividad hidráulica en estado estacionario antes de cualquier deformación y después de cada serie de ciclos de deformación. El programa de conjuntos de ciclos de deformación fue de 1.200 ciclos totales, 1 % de deformación axial tres conjuntos de 200 ciclos seguidos de 2 % de deformación axial durante 3 conjuntos de 200 ciclos. Las ondas de fuerza sinusoidales repetidas se consideran un modelo o representación razonable de las ondas sísmicas. Los datos se presentan en la Tabla 3 a continuación y en la Figura 7.

Tabla 3: Conductividad Hidráulica*

A partir de los datos se puede ver que la conductividad o permeabilidad hidráulica comenzó muy baja para las tres formulaciones de prueba en el rango de 10-9. Como se esperaba, la formulación más alta de bentonita (3070-8) fue la menos permeable con aproximadamente 3 * 10-9. y la formulación más pobre (1585-8) fue la más permeable con aproximadamente 6 * 10-9. Para todas las formulaciones, la conductividad aumentó solo modestamente tras la exposición a los ciclos de deformación - incluso con una deformación tan alta como el 2 %, pero retuvo la baja conductividad de las partículas iniciales. La inspección visual del bloque de partículas compuestas hidratadas después de la tensión reveló que la bentonita en todas las muestras parecía haberse hinchado y llenado los espacios vacíos que se observaron durante la preparación de la muestra. La altura total del bloque cambió muy poco con la tensión.

El principio y el modo de funcionamiento de esta invención se han explicado e ilustrado con respecto a varias realizaciones ejemplares. Por supuesto, esta invención se puede poner en práctica de forma diferente a como se explica e ilustra específicamente en la presente memoria sin apartarse de su alcance. Por consiguiente, numerosas modificaciones y variaciones de la presente invención son obviamente posibles a la luz de la divulgación y, por lo tanto, la presente invención se puede poner en práctica de forma diferente a como se describe específicamente en la presente memoria sin apartarse del alcance del espíritu de la presente invención que se define por las reivindicaciones adjuntas.

Referencias:

Estándar ASTM D3999. "Standard Tests Methods for the Determination of the Modulus and Damping Properties of Soils Using the Cyclic Triaxial Apparatus," ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013. DOI: 10.1520/D3999-11.

Kumar, S. S., Krishna, A. M., y Dey, A. (2015. 29 de diciembre). Cyclic Response of Sand Using Stress Controlled Cyclic Triaxial Tests. Documento presentado en la 50a Conferencia Geotécnica India. https://www.researchgate.net/publication/288579

Rees, S. (2016. junio). Parte tres: Dynamic triaxial testing. Obtenido de http://www.gdsinstruments.com Seed, H. B. e Idriss, I. M. (1970). Soil moduli and damping factors for dynamic response analyses. Berkeley, CA: Universidad de California.

Lin, S.-Y., Lin, P.S., Luo, H.-S., y Juang, C. (2011) Shear modulus and damping ratio characteristics. Canadian Geotechnical Journal, 638-651.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para proteger una estructura de línea de vida (10. 30) del daño causado por ondas sísmicas, comprendiendo el método:

proporcionar una pluralidad de partículas compuestas (22), teniendo las partículas compuestas (22) un núcleo duro recubierto al menos parcialmente con una capa sellante de material de arcilla hidratable que se hincha con la hidratación, en donde el núcleo comprende un agregado que tiene un número de angularidad que varía de 5 a 12;

usar las partículas compuestas (22) para proteger la estructura de línea de vida (10. 30) del daño causado por las ondas sísmicas mediante uno o más de (1) construir o modificar la estructura de línea de vida (10. 30) usando las partículas compuestas (22) integradas en la estructura de la línea de vida (10. 30); o (2) soportar la estructura de línea de vida (10. 30) en al menos una localización usando las partículas compuestas (22); e hidratar el material arcilloso hidratable para provocar que se hinche y selle los huecos.

2. El método de la reivindicación 1. en donde la estructura de la línea de vida (10. 30) es una tubería (30) y comprende además soportar la tubería (30) en una pluralidad de localizaciones con una base hecha de partículas compuestas (22).

3. El método de la reivindicación 1. en donde la estructura de la línea de vida (10. 30) es una presa, berma o dique (10) que retiene un cuerpo de agua u otro material (12) sujeto a licuación por fuerzas sísmicas, y que comprende además construir o modificar la presa, berma o dique (10) para incluir una pared de corte o chavetero (20) que comprende las partículas compuestas (22).

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3. en donde la relación de amortiguamiento de las partículas compuestas hidratadas (22) es de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 65 % con una deformación del 0.1 %.

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3. en donde la relación de amortiguamiento de las partículas compuestas hidratadas (22) es de aproximadamente el 35 % a aproximadamente el 60 % con una deformación del 1.0 %.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3. en donde la rigidez del módulo de cizallamiento de las partículas compuestas hidratadas (22) es de aproximadamente 15 ksf (718 kPa) a aproximadamente 60 ksf (2.872 kPa) con una deformación del 0.1 %.

7. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3. en donde las partículas compuestas (22) tienen una conductividad hidráulica de 1 * 10-6 cm/s o menos y mantienen una conductividad hidráulica de 1 * 10-6 cm/s o menos después de someterlas a una deformación del 1 %.

8. El método de la reivindicación 1 que comprende:

soportar una tubería (30) usando periódicamente la pluralidad de partículas compuestas (22); y

cubrir las partículas compuestas (22) con relleno de tierra (26).

9. El método de la reivindicación 8. en donde la tubería (30) está soportada en una pluralidad de localizaciones por las partículas compuestas (22) en una zanja (24).

10. El método de la reivindicación 1 que comprende:

construir o modificar una presa, berma o dique (10) para incluir una pared de corte o un chavetero (20) que comprende las partículas compuestas (22);

en donde las partículas compuestas hidratadas (22) tienen una conductividad hidráulica de 1 * 10-6 cm/s o menos y mantienen una conductividad hidráulica de 1 * 10-6 cm/s o menos después de someterlas a una deformación del 1 %.

11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10. en donde la relación de amortiguamiento de las partículas compuestas hidratadas (22) es de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 65 % con una deformación del 0.1 %.

12. El método de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10. en donde la relación de amortiguamiento de las partículas compuestas hidratadas (22) es de aproximadamente el 35 % a aproximadamente el 60 % con una deformación del 1.0 %.

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10. en donde la rigidez del módulo de cizallamiento de las partículas compuestas hidratadas (22) es de aproximadamente 15 ksf (718 kPa) a aproximadamente 60 ksf (2.872 kPa) con una deformación del 0.1 %.