*Este documento fue presentado en Geosynthetics '91 en Atlanta, GA.- Febrero de 1991.
Por Fred P. Rohe
Environmental Protection, Inc., U. S. A.
ABSTRACTO
Environmental Protection, Inc. participó en el diseño y desarrollo de un sistema prototipo para instalar un revestimiento con geomembrana de PVC de 30 milésimas y 3 pulgadas de concreto bajo el agua en el canal Coachella ubicado en el sur de California. Este proyecto, bajo la dirección de la Oficina de Reclamación de EE. UU., Es el primero de este tipo en cualquier parte del mundo. El desarrollo de esta tecnología requirió la cooperación de muchos proveedores diferentes, incluido EPI, bajo la coordinación del contratista principal, Kiewit Pacific Company. El desarrollo e implementación de una solución única para la colocación de revestimientos bajo el agua es el comienzo de un esfuerzo significativo para conservar los recursos hídricos y reducir los costos de mantenimiento y construcción de los canales.
INTRODUCCIÓN
En la primavera de 1988, EPI fue uno de los muchos proveedores que presentaron ofertas para proporcionar un forro de geomembrana de PVC de 30 milésimas para el Bureau of Reclamation de EE. UU. El proyecto, titulado "Coachella Canal in place Liner Prototype, All American Canal Relocation, California", es el primero de este tipo en cualquier lugar. Una vez finalizado el proceso de licitación, la Oficina de Recuperación determinó que Kiewit Pacific Company, de Santa Fe Springs, California, debería adjudicarse el contrato. En el otoño de 1988, el Sr. Bill Giroux, ingeniero de diseño de Kiewit, se puso en contacto con EPI en relación con el suministro del revestimiento de geomembrana de PVC. La reunión inicial en septiembre de 1988 involucró una investigación preliminar sobre la viabilidad del trabajo de diseño preliminar realizado por el Sr. Giroux. Durante los siguientes meses, se realizaron muchas investigaciones y desarrollos para resolver los problemas de manejo del revestimiento de PVC durante el proceso de revestimiento en el lugar. Dado que el proyecto se estaba llevando a cabo siguiendo un calendario rápido, se estaba llevando a cabo la fabricación real de gran parte del equipo mientras se estaba realizando otro desarrollo en relación con la entrega del material del revestimiento. La fabricación de la geomembrana se llevó a cabo durante febrero y marzo de 1989 con el envío a California y la colocación real del revestimiento en el canal a partir de mayo de 1989.
MATERIAL
El cloruro de polivinilo (PVC) fue seleccionado como el material de revestimiento de membrana para la aplicación subacuática en el canal de Coachella. La selección de PVC de la Oficina se basó en muchos factores, que incluyen:
La disponibilidad de paneles grandes. El PVC se fabricó en paneles de 58.6 'x 200'.
La geomembrana de PVC es altamente flexible y conserva sus propiedades en un amplio rango de temperaturas. Esto permite que el revestimiento se ajuste a la subrasante mejor que otros materiales de geomembrana disponibles.
La geomembrana de PVC se empalma fácilmente en campo con soldadura solvente. El PVC también tiene muy buenas propiedades de punción, abrasión y resistencia al desgarro, que son importantes para minimizar el daño durante la instalación.
El Bureau of Reclamation ha demostrado que el PVC tiene un historial comprobado de uso en revestimientos de canales durante más de 30 años.
Como el revestimiento del canal debía realizarse en dos pasadas que requerían una costura longitudinal en el forro de PVC en el centro del canal, era necesario utilizar una geomembrana que pudiera sellarse bajo el agua. Dado que una costura longitudinal no adherida no proporcionaría el control de filtración necesario, los estudios de laboratorio concluyeron que un adhesivo de piscina de vinilo utilizado para reparar revestimientos de piscinas sería un adhesivo adecuado para esta costura. Los resultados de las pruebas de laboratorio de la resistencia de la costura para la costura submarina resultaron comparables con las costuras de campo normalmente fabricadas, a pesar de que se construyeron bajo el agua.
También existía la preocupación de que el hormigón recién colocado tuviera tendencia a deslizarse por la pendiente de las paredes laterales del canal. Los requisitos de diseño iniciales requerían la aplicación de una tela geotextil no tejida de 3.4 onzas por yarda cuadrada en las laderas laterales en la parte superior del PVC. La solución final involucró al contratista que pegó este geotextil al forro de PVC en su instalación en Santa Fe Springs. Los paneles del revestimiento se volvieron a plegar y laminaron antes de la instalación en el sitio del proyecto. Se prevé que un producto laminado de fábrica, que proporcionará tanto el PVC de 30 mil como un geotextil no tejido unido a un lado del revestimiento, estará disponible para proyectos futuros.
Este producto ahorrará tiempo y mano de obra considerables en la colocación de los dos materiales al mismo tiempo. Actualmente, Occidental Chemical Corporation ha introducido un nuevo producto GeoLam, que ha evolucionado a partir de la investigación y el desarrollo de este proyecto del canal.
Dado que el material de PVC nunca se había utilizado en este tipo de aplicación, no había datos disponibles sobre cómo se comportaría la membrana durante el procedimiento de instalación subacuática. El concepto de diseño preliminar, propuesto por Bill Giroux, implicó sostener el PVC de una manera muy parecida a como la oruga de una puerta de garaje soporta los costados de una puerta de garaje elevada. El diseño de la pista requería la inclusión de un dobladillo en el material del forro a ambos lados del panel. Este dobladillo debía llenarse con una cuerda para proporcionar cuerpo y sostener el forro de forma segura en la guía.
El desarrollo involucró el uso de una cuerda de nylon con revestimiento de PVC. Con el fin de desarrollar datos sobre el comportamiento del revestimiento en esta aplicación, EPI fabricado para Kiewit Pacific, varias muestras de tamaño completo del revestimiento de PVC. Además, EPI fabricó una pequeña sección de revestimiento de 60 pies de ancho, que se le proporcionó al Sr. Giroux en su oficina en Omaha, Nebraska. El Sr. Giroux procede a hacer pruebas a gran escala con este trazador de líneas en el grupo YMCA en Omaha. A partir de los datos generados en estas pruebas, se determinó que el soporte del revestimiento en los dos bordes exteriores no sería suficiente para controlar la colocación final del revestimiento. El diseño se modificó para tener dos guías de guía centrales, una en la punta de la pendiente y otra en la línea central del canal. Las guías exteriores estarían en la parte superior de la pendiente y en el borde exterior de la superposición de tres pies en el fondo del canal. Las guías centrales planteaban un problema porque una costura tipo dobladillo estaría sometida a fuerzas que excederían la resistencia al pelado normal de las costuras.
El desafío para EPI fue desarrollar un proceso de fabricación que fuera a la vez efectivo y competitivo en costos para proporcionar los paneles de revestimiento para este proyecto. EPI desarrolló un sistema por el cual las cuerdas podían anclarse en el forro de PVC y las costuras hechas con la resistencia suficiente para resistir las fuerzas que se colocarían en el forro durante la colocación subacuática de la geomembrana. Las técnicas de fabricación finales son un proceso patentado de Environmental Protection, Inc. El proceso fue inspeccionado en funcionamiento por la Oficina de Reclamación de EE. UU. Todos los paneles fabricados se probaron para determinar la resistencia de la costura unida y la adhesión al pelado de las costuras de fábrica, y se proporcionó una muestra de cada rollo de material al Bureau of Reclamation para pruebas de propiedades físicas. Además, todo el material que se suministró para el proyecto por Occidental Chemical Corporation también se sometió a prueba para verificar el cumplimiento de las especificaciones del proyecto.
DISCUSIÓN
El proyecto prototipo consistía en alinear 1.5 millas del Canal Coachella cerca de Niland, California. El canal en esta sección tenía aproximadamente 110 pies de ancho y 9 pies de profundidad. Las laderas laterales del canal eran aproximadamente 2.5: 1. Dado que el canal fue construido hace 49 años en el suelo arenoso del desierto, fue necesario remodelar el canal antes de colocar el revestimiento y el concreto. Una máquina para dragar el canal y colocar una nueva subbase de áridos triturados también fue diseñada y construida por Kiewit Pacific. Esta máquina precede a la unidad de pavimentación y reforma los lados y el fondo del canal para alinear y nivelar.
Una vez completada la conformación, la unidad de pavimentación procede a viajar a lo largo del canal, colocando el material compuesto de PVC / geotextil en su lugar directamente enfrente de una unidad de pavimentación deslizante diseñada y construida por Gomaco, de Ida Grove, Nebraska. Después de pavimentar una mitad del canal, la máquina gira y procede a pavimentar la segunda mitad del canal desde la dirección opuesta. Con base en el diseño, la velocidad y la disponibilidad del concreto, que trabaja las 24 horas del día, se calculó que el extendido de 1.5 millas en una dirección podría lograrse en aproximadamente 3 días.
La operación de pavimentación inicial se inició en mayo de 1989. En ese momento, los requisitos de uso de agua en el sur de California estaban llegando a su punto máximo. Era necesario poder regular el flujo de agua para que los numerosos ajustes a todos los diversos sistemas operativos de la unidad de pavimentación pudieran llevarse a cabo de manera razonable. Inicialmente, alrededor de 1.200 pies de revestimiento se colocaron a principios de mayo. El equilibrio del pavimento se completará después de que se hayan realizado modificaciones en el equipo para acomodar el sustrato blando que subyace al fondo del canal.
RESUMEN
La selección del forro con geomembrana de PVC para este proyecto ha demostrado ser una excelente elección. La fabricación personalizada de los paneles de geomembrana de PVC para el manejo durante la colocación de este equipo se realizó con un costo adicional mínimo para el revestimiento de geomembrana. Además, el rendimiento de la combinación de la geomembrana y geotextil para este proyecto ha demostrado ser muy satisfactorio.
Después de completar el revestimiento de esta sección del canal, el Bureau of Reclamation supervisará el desempeño para determinar si una sección adicional debe alinearse y completarse en una fecha futura. Las secciones del Canal All-American, que alimenta el Canal de Coachella, están siendo inspeccionadas para posibles esfuerzos de revestimiento. La necesidad de mantener la calidad del agua por razones ambientales provocó un estudio de impacto ambiental antes de que comenzara el proyecto.
Durante la colocación de concreto y revestimiento en el canal se está realizando un monitoreo extenso de la calidad del agua. No se han producido o se prevén efectos adversos para el medio ambiente. Dado que el canal apoya una pesquería con 16 especies diferentes, así como el agua de riego para el Valle de Coachella, las prioridades ambientales son muy importantes.
EPI proporcionó capacitación in situ para la colocación y el engatillado de la geomembrana de PVC. La Oficina de Reclamación también proporcionó inspección in situ y garantía de calidad para el proyecto. Además, EPI proporcionó muestras reales aleatorizadas de fábrica de cada panel de PVC para pruebas físicas por parte del Bureau of Reclamation. EPI también proporcionó pruebas en casa de las costuras de fábrica de cada panel de geomembrana. El material de la geomembrana fue probado por el Bureau of Reclamation de forma aleatoria antes del envío al sitio del proyecto. Occidental Chemical Corporation, el fabricante de la geomembrana de PVC, también coordinó sus pruebas de control de calidad en su laboratorio con las pruebas de control de calidad de Bureau of Reclamation y EPI. Esta combinación de esfuerzos asegura que el producto final instalado para este prototipo sea el requerido por las especificaciones de la Oficina.
Se estima que al revestir este canal, se conservarán hasta 115,000 acres por año (suficiente agua dulce para hasta 150,000 hogares). Las tarifas de usuario generadas por el agua ahorrada compensarán el costo del revestimiento del canal. El contrato de 5.2 millones de dólares es compartido por la Oficina de Recuperación (40%) así como por el Distrito Metropolitano de Agua (54%) y el Distrito de Irrigación Imperial (6%), que atienden a los usuarios finales del canal. El costo estimado para cubrir el resto de los canales de Coachella y All-American se estima en $ 170 millones. Si las estimaciones iniciales son ciertas, esta cifra es aproximadamente 40% menor que la alternativa de construir nuevas secciones de canal.
CONCLUSIONES
El desarrollo de un sistema de revestimiento prototipo finalmente producirá un nuevo método para conservar los recursos hídricos y proporcionará un método de remediación para los canales existentes que han estado en servicio durante muchos años. El desarrollo de equipos y procesos para colocar una geomembrana de PVC bajo el agua, sin perturbar o restringir el suministro de agua será una bendición para el eventual mantenimiento a largo plazo de este sistema de suministro de agua. Este proyecto está siendo visto por ingenieros y profesionales del agua de todo el mundo. Su eventual evolución en una industria significativa se está convirtiendo en una posibilidad más importante cada día.
REFERENCIAS
1. Taller sobre el prototipo de revestimiento Inplace - Coachella Canal, American Water Foundation - 8 de mayo de 1989, Palm Springs, California.
2. Rebant, Daniel B., "Forro submarino de Canal promete enormes ahorros en agua y dinero", Geotechnical Fabrics Report, noviembre de 1989.
3. Solicitación / Especificaciones, "Coachella Canal inplace Lining Prototype", Bureau of Reclamation, Región del Bajo Colorado, P. O. Box 427, Boulder City, NV
4. Morrison, W.R. y Starbuck, J.G., "Performance of Plastic Canal Linings" Informe # REC-ERC-84-1, Bureau of Reclamation, Denver, Colorado, 1984.
5. Morris, W. R. y Swihart, J. J., "Bureau of Reclamation Experiences with PVC Seams", The Seaming of Geosynthetics, Geosynthetics Research Institute, Philadelphia, PA, 1989.
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