Rehabilitación de sumideros en la N14 cerca de Carletonville según lo previsto
La colaboración Gautrans- SANRAL- Aurecon ha visto la progresión exitosa de la rehabilitación y reparación de la ruta N14 aproximadamente 20 km al norte de Merafong/ Carletonville en la frontera entre Gauteng y el noroeste.
El área es propensa a sumideros y, entre fines de diciembre de 2007 y principios de enero de 2008, se formaron tres sumideros en el arcén de la carretera, lo que provocó el cierre de un tramo de 14 km y el tráfico se desvió a lo largo de las rutas existentes. Dos de los sumideros tenían unos 10 m de diámetro y el tercero tenía 4 m de diámetro.
La formación de sumideros normalmente está determinada por el potencial de erosión del material sobre el lecho rocoso de dolomita y por la presencia de cavidades. Los mecanismos desencadenantes comunes de la erosión son el drenaje superficial deficiente, la disminución del nivel de las aguas subterráneas y la gravedad. Los factores desencadenantes se moderan cuando se produce un espesor significativo de material con bajo potencial de erosión por encima de las cavidades o cuando se producen cavidades por debajo del nivel del agua subterránea.
El alcance de los trabajos que se están realizando bajo la supervisión de Aurecon consistió en la rehabilitación de Sumideros mediante Compactación Dinámica (DC); compactación del área más amplia usando DC; relleno de cavidades mediante lechada de compactación; mejora del drenaje de aguas pluviales y la construcción de la carretera.
Rehabilitación: Compactación Dinámica (DC)
La rehabilitación de los sumideros se realizó mediante el método de filtro invertido mediante compactación dinámica (DC) y el método está diseñado para evitar futuras movilizaciones de material de relleno. El uso de relleno de CC asegura que las personas no estén expuestas a un mayor colapso del sumidero durante el relleno y la compactación.
Se dejó caer una trituradora de 12 toneladas desde una altura de 18 m sobre una rejilla de 5 m para la compactación primaria, y una rejilla de 5 m se desplazó 2.5 m en diagonal para la compactación secundaria seguida de golpes de planchado. La intención con DC en el área del sumidero era rehabilitar los sumideros y reducir la permeabilidad de los materiales cercanos a la superficie.
Compactación Grouting - relleno de cavidades
La perforación de los 116 pozos de percusión necesarios se inició a mediados de noviembre de 2012 en las proximidades de los sumideros formados en la reserva vial de la N14 y se prolongó durante tres meses y medio. Cada pozo nominal de 114 mm se rellenó con una mezcla de lechada con un valor de asentamiento específico, especificado por los ingenieros geotécnicos y probado por Geomecánica (Pty) Ltd de antemano.
Los volúmenes máximos propuestos versus las presiones de lechada a aplicar fueron determinados por el Ingeniero de antemano con base en los resultados de la perforación y los objetivos del tratamiento. El objetivo era llenar los vacíos más grandes en la dolomita y mejorar la estabilidad del área en términos de futuros daños por sumideros. En total, el proyecto implicó la perforación de 2666 m³ y el bombeo de 406 m³ de lechada especialmente diseñada y monitoreada.
El equipo de percusión Superock empleado por Geomechanics estaba equipado con un sistema de captura de datos electrónicos Jean Lutz que mantenía un registro continuo de los siguientes elementos principales de perforación: Tasa de penetración (m/h y min/m), par (Nm), rpm, energía de rotación (MJ/m³), flujo de aire (m³/s), presión de aire (N/m²), empuje y presión de retención, y un vibrálogo que ayuda al ingeniero a evaluar las propiedades físicas de los materiales encontrados con mayor precisión. Además, también se informó sobre el cronómetro de mano convencional y la grabación visual.
Cada pozo de percusión, una vez completado, se equipó con una carcasa de perforación BX (73, 2 mm de diámetro nominal y 64, 9 mm de diámetro interno) hasta 6 metros del fondo del pozo. Este revestimiento se utilizó como conducto para la lechada. En el momento de la entrega, se probó el valor de asentamiento de cada carga de la lechada prescrita antes de bombearla al pozo. Las bombas de lechada de pistón Schwing estaban equipadas con un sistema electrónico de registro automático de datos Red Lion que registraba la presión de la lechada, el caudal y el volumen por etapa de lechada.
Una vez que se alcanzaron los criterios predeterminados de volumen o presión para una lechada satisfactoria, la tubería de revestimiento BX se retrajo 1 metro y el proceso se repitió para la siguiente etapa de lechada. Se generaron registros que indican el volumen y la presión alcanzados en cada etapa del proceso de cementación para cada uno de los 116 pozos.
La mezcla de lechada prescrita por el equipo de ingeniería presentó desafíos para el equipo de Geomecánica. Según el administrador del sitio Dries de Beer, “La arena muy rugosa utilizada en la lechada se separaba del cemento cada vez que era necesario enjuagar la línea. Esta separación provocó un bloqueo cuando se reanudó el bombeo. Para evitar esto, tuvimos que desconectar cada línea individual y limpiarla antes de bombear la siguiente carga de lechada”.
Estas operaciones de perforación y lechada se llevaron a cabo en un patrón circular concéntrico aproximado comenzando en el exterior del patrón de cuadrícula y avanzando hacia el centro para asegurar una cobertura completa del relleno de lechada en toda el área. No se perforó ni se inyectó cemento antes de que los orificios anteriores hubieran sido completamente cementados dentro de un rango de menos de 6 metros para evitar cualquier explosión debido a las conexiones entre orificios. El área también fue monitoreada diariamente para ver si había algún levantamiento en el suelo desde abajo causado por la lechada. A fines de febrero de 2013, toda el área parcelada de 525 m2 había sido perforada y rellenada para mejorar la estabilidad.
La fecha de finalización del proyecto con un presupuesto estimado de R139 millones se ha ampliado hasta el último trimestre de 2013, debido al trabajo preventivo adicional que se ha asignado al equipo del proyecto. Una vez finalizado el tramo de 14.06 km de la vía, los automovilistas se beneficiarán de la vía construida de acuerdo con las especificaciones de SANRAL. El tiempo de viaje también se reducirá.
Colaboradores:
Lloyd Feshete, ingeniero jefe. Región de Krugersdorp, Gautrans.
Johan van der Merwe, Técnico Civil. aurecon
Braddley Prigge, KPMM Construcción
Dave Rossiter. Geomecánica
