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Title:
PRE-FABRICATED UNDERGROUND SCREEN FOR DRAINAGE OF FLOODABLE OR OVERSATURATED LAND
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/175717
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention is of interest in the fields of agricultural drainage, construction, protection against flooding and contamination of the subsoil, and refilling of aquifers, and especially relates to a pre-fabricated underground screen for drainage of floodable or oversaturated land, consisting of a series of pre-fabricated panels that function as ducts, allowing the clean or contaminated underground water, which is to be drained, to flow through and between same. The panels are assembled by the side edges thereof such that the continuity of the flow between adjacent panels is maintained to the end of the screen, i.e. up to where the drainage takes place via the free edge of the last panel. The panels can be inserted into the subsoil in various ways or combinations thereof: by driving them in, by pressure, vibration, pressurised water jets via the base, etc., or in trenches excavated for this purpose. The screen is designed and constructed for the specific conditions and requirements of each site and the panels that form the screen can be designed so as to monitor both the behavior of the screen and that of the ground in which they are inserted. The panels are installed as retaining walls and are advantageous compared to the slurry wall, as they allow dry excavation.

Inventors:
RAMÍREZ RASCON ARMANDO JAVIER (MX)
Application Number:
MX2013/000081
Publication Date:
October 30, 2014
Filing Date:
July 04, 2013
Export Citation:
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Assignee:
RAMÍREZ RASCON ARMANDO JAVIER (MX)
International Classes:
E02D5/03; E02B3/04; E02B3/18; E02B11/00; E02D3/10; E02D19/00
Foreign References:
JPS5589522A1980-07-07
EP2345763A12011-07-20
US3563038A1971-02-16
GB1057642A1967-02-01
US4934865A1990-06-19
US5536111A1996-07-16
DE4431331A11996-03-07
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Claims:
REIVINDICACIONES

1 . Sistema de drenaje superficial y/o subterráneo, consistente de una pantalla subterránea formada por una serie continua de paneles prefabricados, insertados consecutivamente en el subsuelo, que funcionan como ductos, permitiendo que a través de ellos y entre ellos pueda fluir el agua freática, limpia o contaminada, que se desea drenar, de tal forma que se mantenga la continuidad del flujo entre paneles contiguos hasta el final de la pantalla, es decir, hasta donde el drenaje es descargado por el borde libre del último panel.

2. Sistema de armado de la pantalla de drenaje a que se refiere la reivindicación 1 , consistente en la inserción consecutiva de paneles ensamblados mediante guías de acoplamiento integradas a los bordes laterales de los paneles.

3. Sistema de drenaje a través de un panel que a manera de sándwich esté formado por una capa central permeable que funcione como dudo de drenaje, flanqueada por capas filtro que permiten el paso del agua pero que impiden total o parcialmente el paso de partículas sólidas, conforme a la reivindicación 1 .

4. Sistema de un panel de drenaje conforme a las reivindicaciones 1 y 2, y un marco resistente que cubra sus bordes y le de rigidez y a cuyos bordes laterales se integren guías para el acoplamiento con los paneles contiguos.

5. Procedimiento de inserción forzada en el subsuelo de paneles de drenaje mediante hincado y/o presión y/o vibración y/o agua a presión en la base, conforme a las reivindicaciones 1 , 2, y 4.

6. Sistema de protección y facilitación de la inserción forzada de paneles, mediante la integración a todo lo largo del borde inferior del marco a que se refiere la reivindicación 4, de un prisma triangular agudo y resistente, que trabajando como cuña, facilite la penetración en el suelo, conforme a las reivindicaciones 1 , 2, 4 y 5.

7. Sistema de inclusión, al interior de los paneles prefabricados y demás elementos descritos en la reivindicaciones 1 , 2, 4 y 6, de tuberías, y/o ductos, y/o instrumentos de medición, y/o equipos eléctricos y/o parte de cualesquiera de ellos.

8. Sistema de descarga del drenaje en un pozo, a todo lo alto del borde último de la pantalla de drenaje a que se refieren las reivindicaciones 1 y 2.

9. Uso como muro de contención de la pantalla de drenaje a que se refiere la reivindicación 1 .

10. Uso como sistema de recarga de acuíferos y/o como vía a manera de pozo de absorción del agua pluvial, de la pantalla de drenaje a que se refieren las reivindicaciones 1 y 2.

1 1 . Sistema de bombeo o de batería de bombeo, utilizando la totalidad o parte de la pantalla a que se refieren las reivindicaciones 1 , 4, 6, 7 y 8.

1 2. Sistema de drenaje superficial mediante una zanja, rellena con material permeable, o vacía, conectada hidráulicamente con el elemento que funcione como ducto de drenaje de una pantalla subterránea de drenaje como la referida en la reivindicación 1.

Description:
PANTALLA SUBTERRÁNEA PREFABRICADA, PARA DRENAJE DE TERRENOS

INUNDABLES O SOBRESATURADOS

ANTECEDENTES

Los métodos usuales para el drenaje de terrenos inundables o sobresaturados consisten en estructuras menores para escurrimiento superficial, como cunetas y escurrideros, o bien en trincheras y tuberías enterradas, cuya realización suele ser costosa, tardada e insuficientemente profunda, y cuyo funcionamiento, frecuentemente ineficaz y o ineficiente, suele ocasionar la erosión interna del subsuelo (v. Panuska, J.; The Art Science of Agricultura! Drainage; Natural Resources Extensión Specialist Biological Systems Engineering Department UW Madison; January 20, 201 1 ).

La idea de la pantalla de drenaje que aquí se presenta es uno de los resultados de casi dos años de estudio de la inestabilidad de las márgenes de los ríos Carrizal y Grijalva en las inmediaciones de la ciudad de Villahermosa, México, donde el flujo subterráneo y la erosión interna ocasionan que el suelo en las riberas de los ríos se comporte como un lodo. Al respecto impartí una conferencia en el Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México, el 7 de febrero de 201 3.

En esta solicitud de patente se presentan la descripción, las reivindicaciones, el resumen y los dibujos de una solución para el drenaje eficiente de terrenos inundables o sobresaturados, consistente en la inclusión en el subsuelo de una pantalla formada por elementos prefabricados, que pueden instalarse mediante hincado, y que permiten que la pantalla reciba, filtre, drene y descargue el agua superficial y o subterránea en la que está inmersa, además de presentar muchas otras ventajas que se precisan en lo que sigue. LISTA DE FIGURAS

Figura l a. frente de la pantalla subterránea prefabricada de drenaje subterráneo.

Figura I b. Perfil de la pantalla subterránea prefabricada de drenaje subterráneo.

Figura 1 c. Vista superior de la pantalla subterránea prefabricada de drenaje subterráneo.

Figura 2. Corte Transversal del funcionamiento esquemático de la pantalla subterránea para un posible caso de drenaje subterráneo

DESCRIPCIÓN

De interés en los ámbitos del Drenaje Agrícola, de la Construcción, de la Protección contra inundaciones y contaminación del subsuelo, de la Recarga de Acuíferos, se presenta una Pantalla Subterránea Prefabricada para Drenaje de Terrenos Inundables o Sobresaturados, formada por una serie de paneles prefabricados, que funcionan como ductos, permitiendo que a través de ellos y entre ellos pueda fluir el agua freática, limpia o contaminada, que se desea drenar; los paneles se ensamblan entre sí por sus bordes laterales, de tal forma que se mantenga la continuidad del flujo entre paneles contiguos hasta el final de la pantalla, es decir, hasta donde el drenaje es descargado por el borde libre del último panel.

Los paneles deben ser diseñados y fabricados para las necesidades de cada caso, ya que del conjunto de paneles en serie resultan la trayectoria, la longitud y la profundidad de la pantalla de drenaje. Los paneles se alojan sucesivamente en el subsuelo hasta la profundidad de diseño, donde funcionarán parcial o totalmente sumergidos en el cuerpo de agua subterránea por drenar; el adecuado acoplamiento entre paneles sucesivos se logra mediante guías preinstaladas en los bordes laterales de los paneles durante su fabricación.

Los paneles prefabricados pueden incluirse en el subsuelo de varias formas o combinaciones de ellas: hincado, presión, vibración, chorros de agua a presión por la base, etc., o bien en zanjas excavadas para el efecto.

Aunque pueden concebirse diferentes maneras para captar el agua subterránea al interior de los paneles, es decir, al interior de la pantalla formada por la serie de paneles, aquí se presenta una forma consistente en un sandwich de tres capas: la central constituye el ducto de drenaje y debe ser más permeable que el suelo por drenar, las capas de los flancos funcionan como filtros, permitiendo el paso del agua, pero no el de las partículas de suelo. Para no obstaculizar la continuidad hidráulica entre paneles contiguos, debe colocarse el mismo material del ducto de drenaje u otro no menos permeable entre los bordes laterales de paneles consecutivos, para ello debe extraerse el suelo atrapado entre las guías de acoplamiento durante la inserción de los paneles, lo que puede hacerse con barrenas helicoidales y/o con chorro de agua a presión. Asimismo, al interior de ese espacio entre paneles contiguos puede instalarse un tubo que atraviese verticalmente la pantalla, tubo al que podrían darse múltiples aplicaciones, como se indica más adelante.

Para proteger su integridad durante su traslado, izaje e instalación, desde su fabricación cada panel puede insertarse dentro de un marco resistente, a cuyos bordes laterales se integran las guías de acoplamiento. En caso de que la instalación de los paneles se realice por inclusión forzada en el subsuelo (hincado, presión, vibración, etc.), a todo lo largo del borde inferior del marco puede adherirse un prisma triangular agudo y resistente, que trabajando como cuña, facilite la penetración; el interior de dicho prisma puede rellenarse con material permeable y filtrante, para que también funcione como dren. Se sugiere que los paneles estén atravesados verticalmente por tubos firmemente integrados al marco estructural de protección, los que además de sobresalir de la superficie del terreno después de la instalación del panel, también muestren su interior en la superficie enterrada de la cuña de la base, posibilitando así su utilización para funciones como:

• Paso de chorros de agua a presión para facilitar el hincado,

• Piezómetros abiertos durante la vida útil de la pantalla,

• Bombeo del fondo,

• Guías para ¡nclinómetros,

· Vías para la inyección de agua o de otras substancias,

• Hidratación del subsuelo durante el estiaje, • Pozos de absorción pluvial,

• Sistemas de tierras,

• etc.

Adicionalmente, en el interior de los paneles pueden incluirse "elementos diversos" como:

• Ductos para la inclusión de plaguicidas, herbicidas, etc.

• Ductos de ventilación,

Ductos para destapar los "filtros" por flujo inverso,

• Detectores de contaminantes,

• Terminales eléctricas para mejorar el drenaje del terreno por electroósmosis,

• Ductos para crear vacío,

• Instrumentos y equipos de medición como acelerómetros, deformímetros, celdas de presión, piezómetros, termómetros, etc.

• etc.

Las dimensiones, materiales, formas, arreglos, número y tipo de elementos de cada panel, así como el número de paneles requeridos para una pantalla, dependerán de las condiciones y características de la problemática específica que se qu iera resolver y de las particularidades de cada caso.

Los paneles para la construcción de una pantalla pueden fabricarse en una planta o en el sitio de la instalación, ello dependerá de varios factores, entre ellos: o La ubicación y accesibilidad del sitio

o La topografía

o Las funciones que deberá cumplir la pantalla o Los gastos hidráulicos máximo y mínimo que se desea desalojar con la pantalla de drenaje

o La profundidad de la pantalla requerida

o La contaminación del subsuelo

o La composición química del agua subterránea

o Las elevaciones máximas y mínimas del nivel del agua subterránea o Las características y propiedades del subsuelo

o La permeabilidad del terreno

o Las condiciones climatológicas y meteorológicas del sitio

o El espacio disponible dentro del área de instalación

o Las dimensiones y peso de los paneles que formarán la pantalla o La disponibilidad de los elementos requeridos para la fabricación de los paneles

o etc.

En el campo de la CONSTRUCCIÓN, la pantalla puede instalarse para trabajar como MURO DE CONTENCIÓN, con la ventaja de que habiendo drenado el terreno permitiría excavar en seco, haciendo innecesarias la perforación de drenes y la excavación de zanjas al pié del muro.

Entre los múltiples usos que pueden darse a la pantalla presentada se mencionan los siguientes:

• Drenaje de terrenos agrícolas

• Aeropuertos

o Instalaciones deportivas (canchas de fútbol, etc.)

• Campos de golf

• Fraccionamientos residenciales e industriales

o Rellenos sanitarios

• Zonas inundables

• Áreas donde se procesen contaminantes » Industrias contaminantes

• Parques recreativos

o Excavaciones superficiales o poco profundas o Construcción de cimentaciones

o Construcción de líneas y Estaciones del Metro

Cajones de cimentación de edificios

Canales

pasos a desnivel

o cárcamos de bombeo

muelles

o etc.

Soluciones usuales para drenaje:

El drenaje de terrenos inundados o muy saturados suele hacerse mediante: o cunetas superficiales,

o zanjas relativamente someras en cuyo interior se instalan tuberías perforadas o ranuradas y/o sólo se rellenan con grava, piedra braza u otro medio permeable. En ocasiones la tubería se forra con algún tejido filtrante para impedir el paso de las partículas finas y así evitar la erosión interna del suelo,

o pozos de cuyo fondo se extrae el agua por bombeo.

Soluciones para muros de contención subterráneos:

El llamado Muro Milán es la solución de contención impermeable a que normalmente se recurre para realizar excavaciones subsuperficiales, sin embargo, esa ingeniosa solución no resuelve el problema del drenaje del subsuelo y el muro, por lo que debe diseñarse para soportar no sólo la presión del suelo, sino también la presión hidrostática, además de requerir trabajos adicionales para drenar el subsuelo. Por otra parte, los muros ilán requieren, necesariamente, la excavación de la zanja donde se alojarán.