ESTABILIZACION POR ELECTRO OSMOSIS (1)

Amnart Rittirong y Shang Julie

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, la Universidad de Western

Ontario, London, Ontario, Canadá N6A 5B9

RESUMEN

Este capítulo es una colección de aplicaciones in situ de electro-ósmosis en el

mejoramiento del suelo como ha sido reportado en la literatura en las últimas

décadas. Los criterios de selección son:

1. Debe ser un ensayo de campo in situ con el fin de mejorar las propiedades

mecánicas del suelo (resistencia, deformación, composición química, etc),

2. Se debe incluir la documentación detallada de las propiedades de ingeniería

del sitio, la configuración de la disposición de prueba, los registros de control y

evaluaciones de desempeño y el consumo de energía.

Los principios científicos de la electrocinética en medios porosos son revisados

antes de las presentaciones de los casos. Se espera que este capítulo sirva

como una guía para la futura investigación y las aplicaciones de estabilización

por electro-osmosis de suelos blandos.

1. MARCO TEÓRICO

Electro-ósmosis es una técnica utilizada para la consolidación y el

reforzamiento de suelos arcillosos blandos saturados. Como se muestra en la

Figura 1 (Shang, 1998), cuando una corriente continua (CC) de voltaje es

aplicado al suelo a través de los polos de los electrodos, el agua de los poros

del suelo se verán atraídos hacia la dirección del terminal negativo (cátodo)

debido a la interacción del campo eléctrico, los iones en el agua de los poros y

las partículas del suelo. Si el drenaje se proporciona en el cátodo e impedido (1) El presente texto es una traducción del artículo publicado por Amnart Rittirong and Julie

Shang (2005) “Electro-Osmotic Stabilization”, ELSEVIER GEO-ENGINEERING BOOK SERIES VOLUME 3 Ground Improvement — Case Histories edited by EDITED BY BUDDHIMA INDRARATNA and JIAN CHU, como parte de trabajo de investigación para el curso de “Ingenieria de suelos aplicada a obras viales e hidráulicas”

en el ánodo, la consolidación se inducida por electroósmosis, resultando en el

suelo una disminución del contenido de agua, mayor resistencia al corte y baja

compresibilidad. Además, las reacciones electroquímicas asociadas con un

proceso de electro-osmosis altera las propiedades físicas y químicas del suelo

y conduciendo a un aumento adicional en la resistencia al corte (Mitchell,

1993).

Casagrande (1941, 1959) aplicó por primera vez la técnica de electro-ósmosis

para fortalecer y estabilizar las arcillas limosas blandas a mediados de los años

1930. Desde entonces, las pruebas de campo exitosas han sido reportados que

utilizando la electro-osmosis para fortalecer arcillas limosas y arcillas blandas

sensibles, para estabilizar taludes y para reforzar pilotes de acero instalados en

los suelos arcillosos (por ejemplo, Bjerrum et al. 1967; Casagrande, 1983; Lo et

al, 1991). La consolidación por electro-osmosis ha sido considerada para

proyectos que requieren una rápida mejora en las propiedades de los suelos

arcillosos blandos.

Cuando un cátodo abierto y condición ánodo sellado están presentes, una

presión negativa de agua de los poros es generada en el suelo de la

aplicación de un campo eléctrico de corriente continua. En una dimensión, la

presión de poro generada por electro-ósmosis, , en una distancia

x(m) para el cátodo está dada por (Esrig,1968)

(1)

Donde

Ke (m² / SV) es la permeabilidad de electro-osmótico.

Kh (m / s) la conductividad hidráulica

γw (9,81 kN/m3) peso unitario de agua

U(x) (V), el potencial eléctrico en x distancia al cátodo.

La ecuación (1) indica la presión de poro inducida por electro-ósmosis es

negativo y proporcional al potencial eléctrico (es decir, tiene una magnitud

máxima en el ánodo y cero en el cátodo). Las presiones de poro negativos

resulta en un aumento en el tensión efectiva en el suelo, dando lugar a la

consolidación, como se describe en la teoría convencional de consolidación.

Conocer la presión de poro generada por electro-ósmosis, la velocidad del

tiempo de consolidación electro-osmótico puede estimarse por la teoría

convencional de consolidación.

La permeabilidad electro-osmótico, Ke, regula el flujo de agua en una masa de

suelo bajo un gradiente eléctrico en una forma similar a como la conductividad

hidráulica regula el flujo en el suelo bajo un gradiente hidráulico. Cuando tanto

el ánodo y el cátodo están abiertas para el drenaje y el gradiente hidráulico se

establece en cero, Ke se puede determinar midiendo la velocidad de flujo a

través de un tapón de suelo mediante una relación empírica (Mitchell, 1993)

(2)

Donde:

qe es el vector de flujo de agua debido a un gradiente eléctrico (m / s)

E el vector de intensidad del campo eléctrico, que se define como

(3)

El consumo de energía por metro cúbico de masa del suelo por hora se calcula

a partir

(4)

Donde

p es el consumo de energía de la unidad (kW/m3)

κ la conductividad eléctrica del suelo (1/Ω-m).

La ecuación (4) indica que el consumo de energía de tratamiento electro-

osmótico aumenta con la conductividad eléctrica del suelo y el campo eléctrico

aplicado. La Tabla 1 resume los rangos típicos de suelo y las propiedades

eléctricas que son adecuados y se han utilizado por electro-osmótico

consolidación.

Un modelo de consolidación de dos dimensiones electro-osmótico ha sido

desarrollado por Shang (1998) que pueden tener los efectos tanto de la

precarga y la consolidación de electro-osmótico en cuenta. Los más

predominantes electroquímicos efectos durante un proceso de electro-osmótico

incluyen el desarrollo de un gradiente de pH, la generación de gases y de calor.

El pH de agua del suelo se incrementará rápidamente a tan alto como 11 o 12

en el cátodo y disminuir a casi dos en el ánodo. En consecuencia, los ánodos

metálicos se corroen en el ánodo. El oxígeno gaseoso es generado en el ánodo

y el gas hidrógeno en el cátodo debido a las reacciones hidrolíticas. La

corriente eléctrica también genera calentamiento. La gravedad de estos efectos

se relaciona directamente con la tensión aplicada y la corriente. Es

generalmente deseable para minimizar los efectos de calentamiento para

reducir el consumo de energía. Se ha encontrado que la aplicación de

reversión de polaridad e intermitente (pulso) actual puede reducir gradiente de

pH y la corrosión y aumentar la permeabilidad electro-osmótico del suelo,

mejorando así la eficiencia de tratamiento electro-osmótico (Shang et al.,

1996).

La evaluación de la electro-osmótico consolidación en un suelo específica

puede llevarse a cabo de acuerdo con el siguiente procedimiento:

1,1. Determinación de los parámetros

Además de las propiedades del suelo convencionales tales como la

granulometría, la presión de pre consolidación, resistencia al corte, contenido

de agua, la conductividad hidráulica, kv, y el coeficiente de consolidación Cv,

los parámetros necesarios para un análisis de trazabilidad incluyen la

permeabilidad electro-osmótico, ke; conductividad eléctrica, κ; intensidad de

campo eléctrico E, y el consumo de energía, p. Todos estos parámetros

pueden ser determinados a partir de pruebas de laboratorio antes de la

aplicación de campo (Shang y Mohamedelhassan, 2001). La Tabla 1 muestra

los rangos típicos de los parámetros más importantes para los suelos que son

adecuados para electro-osmótico tratamiento.

1,2. Funcionamiento del sistema eléctrico en aplicaciones de campo

El sistema de accionamiento eléctrico puede ser diseñado en base a los

parámetros obtenidos a partir de pruebas de laboratorio y de la investigación

geotécnica del sitio. Típicamente, el polos electrodo consisten en varillas

metálicas o tubos instalados verticalmente en el suelo a veces se pueden

instalar drenajes verticales prefabricado en el cátodo como el canal de drenaje.

La profundidad de la inserción del electrodo debe ser igual al espesor de la

capa de suelo para ser tratada. La porción superior de los electrodos en

contacto con la superficie del suelo o capa superior de drenaje debe ser aislada

eléctricamente con un recubrimiento dieléctrico para evitar cortocircuitos

debido a la presencia de agua superficial (Lo et al., 1991).

El material, el diseño y el espaciamiento de los electrodos y la tensión aplicada

son de suma importancia para una aplicación en el campo con éxito. Entre la

realización más comúnmente utilizado materiales metálicos, los mejores

resultados se registraron utilizando electrodos hechos de hierro y cobre en

lugar de aluminio (Sprute y Kelsh, 1980; Mohamedelhassan y Shang, 2001).

Los electrodos hechos de varillas de acero recubiertos de carbono y grafito se

han utilizado en el laboratorio estudios para prevenir la corrosión de los

electrodos (Lockhart y Stickland, 1984).

La separación típica entre ánodos y cátodos en la literatura osciló entre

1 a 3 m (Casagrande, 1983; Lo et al, 1991). En general, aproximadamente un

campo eléctrico uniforme da los mejores resultados (Casagrande, 1983). Para

lograr un campo eléctrico aproximadamente uniforme, el espaciado entre las

barras de electrodos de la misma polaridad debe ser mucho menos que el

espaciamiento de la polaridad opuesta.

La capacidad de suministro de energía se puede estimar sobre la base de la

conductividad eléctrica del suelo y electrodo de diseño. Se ha encontrado que

una caída de tensión más dramático tiene lugar en los contactos suelo-

electrodos en un alto voltaje aplicado, lo que hizo el tratamiento menos eficaz

(Casagrande, 1983;. Shang et al, 1996). También se observó que la caída de

tensión en el interfaz suelo-electrodo se ve afectada por los materiales de los

electrodos (Mohamedelhassan y Shang, 2001). Por lo tanto, un menor voltaje

aplicado a través de menor ánodo-cátodo espaciamiento es deseable para

generar el campo eléctrico requerido, y se debe prestar atención especial

hecha para los materiales de electrodo y configuraciones. Sin embargo, el

coste de los electrodos y la instalación también debe ser considerado. El

diseño final se basa en un balance del costo de los electrodos y la instalación

de electrodos, así como la eficiencia del tratamiento. Para obtener información

adicional, consulte Arman (1978), Broms (1979), Mitchell (1981, 1993), U.S.

Navy (1983), Van Impe (1989), Hausmann (1990) y Micic et al. (2003a, b).

La estabilización electrocinético es un híbrido entre electro-ósmosis, y lechada

química.

La infusión de los productos químicos cierta estabilización en suelos arenosos

y limosos se hace más eficiente por la aplicación de una diferencia de potencial

eléctrico a la masa del suelo. El procedimiento es más eficaz en los suelos

limosos que de otro modo son difíciles de lechada ordinariamente. Información

en esta técnica se puede encontrar en Broms (1979) y Mitchell (1981). Más

recientemente, estabilización electrocinética química asistida se ha aplicado a

suelos calcáreos costeros (limos y arenas) para la estabilización de las

plataformas de petróleo (Mohamedelhassan y Shang, 2003; Shang et al,

2004a, b).

En este capítulo, varios pruebas de campo bien documentadas usando electro-

ósmosis para estabilizar suelos blandos de arcilla son revisados. Estos casos

se han establecido como los ejemplos clásicos de las aplicaciones de la

estabilización electro-osmótico.

2. CASOS HISTORICOS

2.1. Estabilización Electro-osmótico de la presa de West Branch (Fetzer,

1967)

Presa de West Branch es una presa de tierra compactada se encuentra en Río

de Mahoning en el nordeste de Ohio, EE.UU.. La presa es de 3000 m de largo

y 24 m de altura. El conducto de salida de hormigón se encuentra en el centro

de la presa. El conducto es de 3,5 m x 7,0 m. Cada conjunto estaba conectado

por un collar de concreto. El sitio del proyecto está cubierto por depósitos

glaciales, con 25 m de espesor de arcilla gris. La capa de arcilla se entremezcla

por el cieno gris y arena limosa, con el lecho de roca de piedra arenisca en el

una profundidad más allá de 32 m. La tabla 3 resume las propiedades del

suelo. La construcción de la presa comenzó en mayo de 1963. El relleno en la

parte central era construyó rápidamente. Mientras que el relleno se planteó

desde El 999 pies (305 m El) a El 1007 pies (El 307 m), la separación de la

junta de conducción se detectó en el eje de la presa debido al asentamiento.

La colocación de relleno fue cesado. Las grietas se produjeron en el cuerpo

central de la presa, con un máximo la apertura de aproximadamente 2,5 cm.

Una caída severa del conducto, la abertura máxima en la junta fue de 22 cm.

Tres juntas cerca del eje se rompieron. El 14 de noviembre, el relleno de 4 m

se removio para detener el asentamiento y la separación de las juntas.

La resistencia del suelo y las presiones de poros de agua fueron investigados.

Piezómetros se instalaron en la capa de arcilla que subyace a la presa, y arena

limosa que subyace a la capa de arcilla. Se encontró que 1 año después de

que la construcción se detuvo, las presiones de poros excesivas por debajo de

la presa todavía no estaba completamente disipada debido a la baja

conductividad-hidráulico de la arcilla

capa. La resistencia al corte sin drenaje del suelo era tan baja como 0,2 TSF

(19 kPa) y el factor de la seguridad de la pendiente fue de 1.0 simplemente lo

hubiera sido imposible para elevar la presa de la altura de diseño como el

factor de seguridad habría

sido 0,62. Medidas de remediación, como como bermas y drenes de arena,

fueron considerados. Sin embargo, los análisis preliminares indican que las

bermas sería excesivamente amplia y bloquearia los canales de entrada y

salida. El diámetro de 30 cm de drenes de arena con una separación de 1,5 m

se considera . Sin embargo, la instalación drenajes de arena podría causar la

inestabilidad temporal de la fundación. Eventualmente, estabilización

electroosmótica fue seleccionado para estabilizar la presa como el mejor

enfoque.

La viabilidad de la estabilización electro-osmótico fue investigado por L.

Casagrande de

La Universidad de Harvard. La conductividad electro-osmótico, ke, fue de 3

a cm / s computado sobre la base de 1 V / cm. Llegó a la

conclusión de que la fundación de la presa puede ser estabilizado por proceso

electro-osmótico. El diseño de electrodos constaba de tres tiras de ánodos y

cátodos más de un 230 x 300 m de area. Una tira de 8 filas de 6 m de

separación se ha instalado a lo largo del eje de la presa y una tira de 6 filas a 6

m de espaciamiento se instaló en el borde exterior de cada

berma. Total de 660 ánodos y cátodos se han instalado 320. Los ánodos se

hicieron de 6,5-cm de diametro doble extra-fuertes tuberías de acero negro

con un tapón en la punta. Se utilizaron acero de los rieles del ferrocarril en las

proximidades del conducto. Cada cátodo consiste en un electrodo y un bombeo

sistema que entren en un 35,5 cm de diámetro. Los electrodos de cátodo

constaba de 5 cm de diámetro

tubos de acero. La sección esquemática de la instalación se muestra en la

Figura 5. Los ánodos y cátodos se instala a través de agujeros taladrados 40-

cm de diámetro. Para reducir el presión artesiana en la capa de arena inferior,

los cátodos de las bermas se han instalado en la arena capa. Antes de la

represa fuera cerrado, los cátodos de aguas arriba fueron sellados. Las aguas

abajo cátodos se deja abierta para aliviar la presión artesiana en la arena

limosa inferior.

Inicialmente, los generadores de energía se han instalado en la berma de la

corriente. Desafortunadamente, las vibraciones de los generadores aumentó

significativamente el exceso de presión de poro por debajo la presa. Por lo

tanto, se mueve aguas abajo. Había dos de 300 kW, 200 kW diez y dos

generadores de 90 kW utilizado en la operación con capacidades de 11.000 A

a 150 V, 2500 A a 140 V y 950 A a 60 V, respectivamente. Dado que la

potencia era insuficiente para abastecer a 150 V de todas las tiras de

electrodos como se recomienda por L. Casagrande, el tratamiento se llevó a

cabo en varios pasos. El 10 de agosto de 1965, se aplicó energía a la banda

cerca de la cresta bajo el conducto de salida para aliviar la presión de poro en

esta área. El 18 de septiembre, de alimentación continua con 50 a 70 V se

aplica a la tira de aguas abajo. Después de la presión de poro por debajo de

disminución de la berma aguas abajo, el poder se trasladó a la cresta y las tiras

de aguas arriba.

El tratamiento en la cresta de la tira se completó en mayo de 1966. El terraplén

fue levantado a la cresta diseñado (El 1012 pies o El m 308) entre junio y

agosto de 1966.

Los cambios de niveles piezométricos en El 890 pies (271 m El) se muestran

en la Figura 6. Reducción significativa en los niveles de piezometricos se llevó

a cabo durante el proceso de electro-osmótico. En la berma aguas arriba, los

niveles piezométricos en la franja reducida tanto como 6,0 m en un mes cuando

se aplicó 100 V. En la franja de cresta, el nivel piezométrico se redujo con un

promedio de 2,0 m por mes. La tensión en las proximidades de piezómetro 3-

DC varió de

40 a 56 V. El 13 de febrero de 1966, la tensión se incrementó a 150 V que

inducen el aumento de los el nivel piezométrico en la vecindad de los cátodos

en marzo de 1966. Se encontró que el presiones de poro eran muy baja y muy

alta en la vecindad de los ánodos y cátodos, respectivamente. De 30 abril-9

mayo 1966, todo el poder y el bombeo se detiene, el recuperación de los

niveles piezométricos fue relativamente baja. Durante el período del 1 de junio -

5 de agosto, 1966, el terraplén fue levantado de El 995 pies (El 303) a El 1012

pies (El 308). La presion de poro aumento un poco.

Después de retirar el relleno de 4 m de espesor en noviembre de 1964, la tasa

media de asentamiento fue 20 mm por mes. Durante la estabilización electro-

osmótico, la tasa promedio de asentamiento fue de 43 mm por mes, luego

disminuyó a 18 mm por mes. Esto indicó que el tratamiento se aceleró la

consolidación de la fundación. Después de la construcción se completó, el

análisis de estabilidad se llevó a cabo. Un factor de seguridad 1,16 se logró a

partir del análisis en esfuerzos totales. Para el análisis de tensión efectiva,

suponiendo que el ángulo de fricción de 18°, el factor

de la seguridad se calcula como 1,56.

2,2. Estabilización de talud por electro-ósmosis (Wade, 1976)

El Canal Kootenay del proyecto hidroeléctrica se encuentra en el río en el sur

de Kootenay British Columbia, Canadá. El proyecto consiste en una estructura

de canal de toma cerrada cerca de Presa de Corra Linn, un canal de 4,8 km

parcialmente forrado, cámara de carga una y cuatro compuertas de acero de la

superficie partida

hasta la central eléctrica con cuatro unidades de 125 MW. La caída neta en la

operación completa es de unos 75 m. El espesor del depósito varía de 16 m en

el área de cámara de carga a 33 m en el área de la tubería de carga. Este

depósito consistía en limo y limo arcilloso con intercalaciones de arena fina con

un espesor hasta 2 m. En general, el nivel freático se encontraba en torno a

media profundidad de la capa de suelo, con encaramado agua en algunos

lugares. El suelo más problemática era una capa de limo suelta y sensitiva

justo por encima del lecho de roca en toda la zona cámara de carga, tubería de

carga. Este sedimento fue acostado plana con el espesor variable desde 2

hasta 12 m. Las propiedades de los sedimentos sensibles se resumen en la

Tabla 4. En ensayos triaxiales consolidados no drenados, algunas muestras

eran tan suaves que

cayó por sí mismos. El análisis de estabilidad de los taludes de la zona

indicaron que la tubería de carga pendiente tuvo que ser excavada a 3,5:1

(horizontal: vertical) para alcanzar un factor de unidad de seguridad. Por lo

tanto, se decidió aplicar electroósmosis para aumentar la resistencia al corte y

para reducir el contenido de agua del suelo.

La secuencia de instalación del electrodo se muestra en la Figura 7. El diseño

del tratamiento formado por cinco hileras dobles de electrodos instalados a lo

largo de la pendiente tubería y dos dobles filas en la ladera de la cámara de

carga. Cada fila doble consistía en una sola fila de ánodos y una sola fila de

cátodos en un espacio de 3 m. Las filas de ánodo se han instalado cerca de la

superficie pendiente con el fin de inducir fuerza filtración hacia la pendiente. De

cinco centímetros de diámetro de la tubería de acero fue utilizado para los

electrodos. Una carcasa de 30,5 cm se instaló en el cátodo con chorros de

agua. Un tubo eductor (bombeo tubo) y una perforada fueron colocados en la

carcasa. El agujero era lleno de arena. El agua subterránea se bombea desde

el cátodo. El tratamiento electro-osmótico se llevó a cabo en los pasos antes de

la excavación. Los electrodos fueron instalados en el banco primero y el poder

se aplicó durante 7 días. Entonces, el suelo fue excavado con el nivel del

banco de segundo para instalar los electrodos y los pozos de bombeo. La

potencia se aplicó

durante otros 7 días antes de la excavación se procedió al siguiente nivel. La

secuencia era continuó hasta el fondo de la pendiente.

El tratamiento se llevó a cabo durante un período de 9 meses, de septiembre

de 1972 a finales de mayo de 1973. El volumen de limo tratado fue de

aproximadamente 0,4 millones de m3, con el poder consumo de kWh.

Caídas significativas en el nivel piezométrico se observaron en todos los

piezómetros dentro de 3 días después de la tensión se aplicó. Después de 2

semanas del tratamiento,

el nivel freático estaba a menos de 3 m por encima del lecho de roca y se

mantuvo a ese nivel desde entonces. La velocidad de descarga del agua

extraída fue de 270 l / min en las primeras semanas de tratamiento a cerca de

45 l / min antes de que el reproductor se apago. El caudal medio fue de 70 l /

min con el total volumen de agua de 27.000 m3. No hay movimiento del talud

significativa se registró en los marcadores instalado en la superficie del suelo.

Para evaluar la eficacia del tratamiento electro-osmótico, Las muestras fueron

tomadas de pozos y dos profundas fosas fueron excavadas. Las trincheras no

se deformaron durante 3-4 semanas después de la excavación. Voladura de

roca en el área de potencia causada

las vibraciones en el limo. Durante la operación de chorreado, el movimiento

del suelo se midió utilizando un sismógrafo portátil. Las velocidades más

partículas registrados estaba en el intervalo de 5 cm / s, con el valor máximo de

aproximadamente 9 cm / s y una aceleración máxima de 2,8 g. No hay

movimiento de las paredes de la zanja se observó durante este período, lo que

indica que el tratamiento de electro-osmótico

desempeñado un papel importante en la mejora de la resistencia al corte del

suelo.

Debido a problemas operacionales y equipo, el voltaje aplicado varía desde

aproximadamente 95 a 175 V durante el tratamiento. La tensión de 120 V

promedio fue de más de 9 meses. El voltaje variaciones se ilustra en la Figura

8. La caída de tensión significativa se encontró en los electrodos, causadas por

la alta resistencia eléctrica debido a la sequedad excesiva y la base efectos de

cambio. Después de que el talud fue cortado y cubierto por rocas de relleno, la

filtración de las aguas subterráneas

se midió en el pie de la pendiente. El caudal máximo era aproximadamente 23 l

/ min ocurriendo durante la primavera. Consolidada-no drenada (CU) ensayos

triaxiales se realizaron en muestras de tomado de las trincheras de prueba. Los

resultados mostraron que el ángulo de fricción residual del limo aumentó de 27-

32 a 35 ° después del tratamiento.

2,3. Electro-osmosis aplicado a un terraplén inestable (Chappell y Burton,

1975)

Un muelle con una capacidad de manejo de un buque de 400.000 toneladas de

peso muerto, fue construido en Singapur. El muelle se encuentra en parte en

alta mar detrás de una ataguía celular de gran tamaño. Un terraplén de 8 m de

alto y 60m de largo fue construido en la zona de la costa, que fue llenado por

limo vertiendo dragado del fondo marino en el agua. La inestabilidad desarrolló

en el terraplén durante la deshidratación de la ataguía, incluyendo grandes

grietas longitudinales apareció en el

pendiente. Las propiedades del suelo del subsuelo se muestran en la Tabla 5.

La inestabilidad fue causada principalmente por la suspensión de sedimentos

de baja permeabilidad ( cm/s). Para estabilizar el talud, las

tablaestacas se han instalado a través de la cresta para reducir las filtraciones

y la punta para reducir la movimiento del terraplén, como se muestra en la

Figura 9. Sin embargo, ambos enfoques no podía detener el movimiento. Por lo

tanto, se decidió aplicar electro-osmótico estabilización.

El consumo de energía es una cuestión principal en el análisis de viabilidad del

tratamiento electroosmótico. Se tenía la impresión de que los consumos de

energía para el tratamiento electro-osmótico eran relativamente elevados. Sin

embargo, hay que reconocer que el poderconsumo está relacionada con la

conductividad eléctrica del suelo. En el sudeste de Asia, el contenido de sal en

limos y arcillas está típicamente en el rango de 3-5%, en comparación con no

más de 1% como informó que en algunos casos en Europa y América del

Norte. Por lo tanto, el consumo de energía para el suelo en esta región podría

ser mucho menor debido a la mayor conductividad eléctrica del suelo.

Antes de tratar el terraplén, una prueba de campo ensayo fue realizado con el

propósito de estudio preliminar. Se estima que una tasa mínima deshidratación

de 140 l / día era suficiente para secar el limo y retirar el agua se filtre en el

suelo. Los electrodos fueron espaciados 3 m aparte. La profundidad de

estabilización fue de 5 m (16,5 pies) para incluir el terraplén y parte de la

cimentacion. El voltaje aplicado fue de 90 V. La permeabilidad de electro-

osmótico, Ke, se midió como 0,5x10-4 cm/sV. Un flujo aproximado de 180 l/día

fue obtenido. En la prueba de campo, se perforó agujeros de 10 cm de

diámetro a una profundidad de 5 m para ánodos y cátodos de diámetro de 2,5

cm

hechos de barras de refuerzo. El espaciamiento entre los electrodos fue

3 m. Un generador de soldadura portátil se utiliza como una fuente de

alimentación para suministrar un voltaje de 40 V y una corriente de 25-30 A. El

tratamiento se hizo funcionar durante 24 h, y la tasa de extracción de agua fue

de 550 l / día. Debido a que la tasa de flujo fue de aproximadamente cuatro

veces mayor que el valor de diseño,

la distancia entre el ánodo y el cátodo se incrementó.

Después de la eficiencia del tratamiento de electro-osmótico fue demostrado

por la prueba de campo , la disposición de electrodos adoptado con un patrón

de 4-6 ánodos en un semicírculo que rodea un centro cátodo en un radio de 12

m. El diseño de la disposición de electrodos se muestra en la Figura 10. Cuatro

grupos de electrodos fueron instalados. Debido a la limitación de la fuente de

alimentación, sólo

dos grupos podría ser operado al mismo tiempo. Estos pares fueron operados

alternativamente en intervalos de 1 día en las primeras etapas. Cuando el

movimiento de terraplen era más lento, el intervalo se cambió a 3 días. Se

encontró que se emitia gas hidrógeno en el cátodo cuando se extrae agua a la

superficie, a pesar de que no había dren de arena o tubería de plástico

Después de 9 días del tratamiento electro-osmótico, el movimiento del terraplén

reducido de hasta 1 m /día a menos de 1 cm/día. Como tabulan en la Tabla 5,

la resistencia al corte de suelo tratado es más del doble y el contenido de agua

disminuye de manera significativa. Se encontró que el suelo que rodea el

ánodo se endureció irreversible debido al proceso electroquímica. El consumo

de energía fue solamente de 0,5 kWh/m3 del suelo, que fue relativamente baja.

2,4. Prueba de campo de la electro-osmótico fortalecimiento de la arcilla

blanda sensible (Lo et al, 1991.; Lo y Ho, 1991)

Una prueba de campo se llevó a cabo en julio-agosto de 1989 para evaluar la

eficacia de la estabilización electroosmótico en una arcilla blanda sensible en

Valle de Ottawa, Canadá. El arcilla del mar de Champlain en esta región es

bien conocido por su alta sensibilidad (Quigley, 1980). muchos deslizamientos

de tierra han ocurrido en esta área. El sitio se encuentra a 21 km al sureste de

Ottawa, Gloucester es un relleno de pruebas situado en Canadá Fuerzas

Estación (SFC) en el que un terraplén de prueba fue

construido en 1967. Las propiedades del suelo se presentan en la Tabla 7. Las

pruebas de corte de veleta in situ las y las pruebas de contenido de humedad

se realizaron antes del tratamiento. El contenido promedio de humedad fue del

80%. El índice de liquidez fue, obviamente, sobre la unidad. La resistencia al

corte remoldeados fue prácticamente cero, pronunciandose una sensibilidad

muy alta. El suelo blando se trató de las profundidades de 1,5 a 5,5 m, donde la

resistencia al corte de veleta fue inferior a 20 kPa.

El detalle de los electrodos se muestra en la Figura 15. Un tubo de cobre de

60,3 mm de diámetro y fue utilizado como el electrodo. El electrodo fue

diseñado en la forma en que el agua podía fluir a través el propio electrodo. Por

lo tanto, el tubo fue perforado con el zapato de acero en forma de cono para

facilitar penetración. La parte superior 1,22 m de la corteza se considera de

conductividad relativa. Para evitar cortocircuitos, el electrodo estaba aislado en

la parte superior, y para evitar cortocircuitos debido a

las lluvias y las inundaciones, la parte superior de 0,3 m estaba aislado

también. No fue perforado en el agujero en la porción de aislamiento . El

electrodo se introduce en el suelo por una plataforma de perforación. Durante

la instalación de los electrodos,

de arcilla se convirtió en lodo y lleno los electrodos. Los electrodos fueron

limpiadas por lavado con agua. Los instrumentos fueron instalados para medir

el asentamiento, resistencia al corte de veleta, distribución de la tensión

durante el tratamiento

.

El diseño de la instalación del electrodo se muestra en la Figura 16. Nueve

electrodos fueron instalados. En un principio, la fila A y la fila C fueron anódica

(positiva), mientras que la línea B era catódica (negativo). La polaridad se

invirtió a mitad del período de tratamiento. La instalación se completó en 2

semanas. El tratamiento se inició el 24 de julio de 1989, y completado el 25 de

agosto de 1989, que duró 32 días. La polaridad inicial se prolongó durante 17

días, y luego

la polaridad invertida se mantuvo durante 15 días. Inicialmente, un voltaje de 25

V se aplica. Debido a un aumento de la resistencia eléctrica del suelo, la

corriente disminuyó posteriormente. El voltaje se ajusta periódicamente para

mantener la corriente de 40 A. Aproximadamente 50 minutos después el

tratamiento, el agua comenzó a fluir de los cátodos. También fueron observado

burbujas de gas hidrógeno. Antes del tratamiento, el ánodo se llenó con agua,

pero el agua no se encontró durante

el tratamiento.

Los registros de asentamiento del terreno se muestran en la Figura 17. El

máximo asentamiento fue en el día 18 con 62 mm. En el cátodo, un red de

oleaje vertical antes de la inversión de polaridad era de 18 mm registrada en el

indicador S4 . El oleaje reducido a acuerdo después de la inversión de

polaridad, lo que hizo el asentamiento relativamente uniforme. Puesto que la

polaridad se invierte en el día 18, no significativo asentamientos aparecieron. Al

final del tratamiento, la solución fue 38-68 mm, con un promedio solución de 51

mm. Las variaciones de la resistencia al corte en diferentes lugares se

muestran en las Figuras 18 y 19. La resistencia al corte se incrementó

significativamente el plazo de 32 días. A mitad de camino entre un par de

electrodos de espaciamiento 3,05 m, la resistencia al esfuerzo cortante

promedio fue de 50% y que de 6,1 m de separación fue del 36%. Aunque las

aplicaciones anteriores se informó que el centro de la cuadrícula estuvo

inactivo por un tratamiento electro-osmótico, esta prueba de campo demostró

que con el electrodo de diseño mejorado la resistencia al corte en la zona

inactiva puede ser eficientemente mejorado. Se encontró que en los centros de

3,05 y 6,1 m rejillas cuadrados, la resistencia al corte promedio del suelo

después del tratamiento aumento a 24% y 23%, respectivamente. Un aumento

rápido en la resistencia al corte se produjo en el espaciamiento de 3,05 m

electrodo con 16% de aumento en el día 3. Bjerrum et al. (1967) informaron

que el tratamiento de una masa de suelo era no uniforme y que no se se

incrementa la resistencia al corte en las proximidades del cátodo. Sin embargo,

como se muestra en la Figura 18, el

inversión de la polaridad mejorar la uniformidad de aumento de resistencia al

corte. Cuando la polaridad era invertida, resistencia al corte aumentó de nuevo

como se muestra en la Figura 19.

Para investigar los efectos a largo plazo, las pruebas de corte de veleta se

llevaron a cabo 43 días y 10 meses después del tratamiento. No corte se

observó reducción de la resistencia al corte. La mejora de la resistencia al

corte tiende a ser permanente. Los perfiles de resistencia al corte en esta

prueba de campo fueron diferentes de los reportados por Bjerrum et al. (1967),

que embebido el electrodo hasta 9,6 m,

pero la resistencia al corte del suelo por debajo de una profundidad de 6 m no

se ha mejorado. El gas en la parte inferior parte no podría ser liberado a la

atmósfera. La acumulación de gas disminuye la eficiencia del tratamiento. Sin

embargo, con electrodos perforados, esta prueba de campo resultó en aumento

de la resistencia al corte a lo largo de las profundidades de electrodos.

De acuerdo con el registro de variación de voltaje, la caída de tensión en las

proximidades del ánodo fue alta, mientras que el voltaje gradualmente se

redujo a la mitad entre los electrodos. Este indica que el consumo de energía

en la vecindad de un ánodo es relativamente alto. El consumo de energía total

fue de 2136 kWh, aproximadamente el 1% del coste total del proyecto de

tratamiento.

Vale la pena señalar que no se requiere el bombeo de agua extraída. Esto es

ventajoso

en términos de ahorro de energía. Teniendo en cuenta el aumento de la

resistencia al corte y el consumo de energía, este proyecto fue eficiente y

económica.

Para investigar el cambio en las propiedades geotécnicas, dos pozos fueron

perforados y 127 mm de diámetro de tubo Osterberg, muestras fueron

recuperados después del tratamiento hasta una profundidad de 6 m. Los pozos

de sondeo (EOS1 y EOS2) estaban en la mitad de camino entre los electrodos

de 3,05 y 6,1 m

espaciamiento. El tratamiento se interrumpió el 25 de agosto de 1989. Las

muestras fueron recuperados a mediados de Octubre o alrededor de 11.2

meses de suspender el tratamiento. La disminución en el contenido de agua es

bastante uniforme con la profundidad. El contenido de agua disminuye

aproximadamente 10%. El cambio en la sensibilidad fue encuentra entre las

profundidades de 3,5 y 5 m. Se redujo de 100 a alrededor de 60. El cambio en

el comportamiento al corte de la arcilla se ilustra en la Figura 20. Ensayos

triaxiales CU con medición de presión de poro se realizaron sobre muestras de

suelo entre 3 y 4 m de profundidad. Las envolventes de falla en esfuerzos

efectivos para el esfuerzo medio menor se expande significativamente debido a

un aumento de la presión de preconsolidación. En el esfuerzo medio mayor, las

envolventes de falla de pre- y post-tratamiento de muestras son fusionado en

una línea recta. Pruebas de consolidación Unidimensionales se llevaron a cabo

sobre las muestras

a profundidades de entre 2,5 y 4,5 m. Los resultados de las pruebas de

consolidación unidimensionales se muestran en la Figura 21. Después del

tratamiento, relación de vacios se redujo sustancialmente con un aumento de la

presiónde preconsolidación. En 2,5 m de profundidad, la presión pre aumentó

hasta 50% y 30% para EOS1 y EOS2, respectivamente. A 4,5 m de

profundidad, la presión de preconsolidación

aumentó hasta 85-70%, respectivamente. Se concluyó que la resistencia al

corte mejorada por proceso electro-osmótico es permanente debido al aumento

de presión de preconsolidacion.

Algunos efectos sobre las propiedades físicas y químicas se investigaron

también. Se encontró que los límites líquidos aumentó a un promedio de 50%,

mientras que el aumento del límite plástico fue insignificante. En consecuencia,

el aumento del indice plástico alrededor del 8%. La salinidad del suelo después

de

tratamiento aumentó desde un valor inicial de 1.3-2.18 g / l, o aproximadamente

70% de aumento. El pH de agua expulsada desde el cátodo se ensayó

inmediatamente en el campo. El pH rápidamente aumentado en 1 día después

de iniciar el tratamiento. El valor aumenta con el incremento del potencial

aplicado . Después de la inversión de polaridad, el pH se redujo a 7,5 y luego

aumenta gradualmente a 10.5 antes de la interrupción del tratamiento.

3. CONCLUSIONES

Los casos historicos demuestran que el tratamiento de electro-osmótico es una

técnica de estabilización de vital importancia, con costo efectivo para arcilla

limosa blanda y de limo arcilloso blando. Esta se pueden adoptar para muchas

aplicaciones de ingeniería geotécnica en la estabilización y el reforzamiento de

una presa, terraplen, cimentacion y taludes. El proceso electro-osmótico induce

cambios en las propiedades físicas y químicas del suelo. El tratamiento se

extrae agua del suelo e induce la presión de poro negativa, lo que resulta en

asentamiento por consolidación y disminución del contenido de agua. La

reacción electroquímica aumenta el límite líquido, produce

cementación y la sensibilidad disminuye. La eficacia del tratamiento puede ser

mejorar el diseño adecuado de los electrodos y por el esquema de polaridad

eléctrica. Con un adecuado diseño de los electrodos, el suelo se refuerza en

toda la profundidad de los electrodos.

El aumento más significativo en la resistencia al corte se produce en la

vecindad de los ánodos. Con inversión de polaridad, un aumento de la

resistencia al corte es más uniforme a través de los electrodos. La mejora de la

resistencia al corte es permanente debido a un aumento significativo de

preconsolidación presión y el cambio en las propiedades del suelo inherentes.

Con un mayor desarrollo,

la estabilización de electro-osmótico debe dar contribución significativa a la

ingeniería geotécnica.

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