Geotubos Sanitarios

Dragado y desecado de residuos peligrosos,
usando el método “Dry Dredge” y Geotubos
Dredging and Dewatering of Hazardous Impoundment sediment using the Dry Dredge  and Geotubos 
Michael L. Duque,
Jack Fowler,
Martin L. Schmidt,
Alvin C. Askew,
DRE, Technologies Inc.
Geotec Associates.
URS Greiner – Woodward Clyde Inc.
DRE, Technologies Inc.
RESUMEN: El propósito de este artículo es describir la aplicación de la tecnología “Dry Dredge ”
acoplada a Geotubos  en el dragado y desecado de sedimentos peligrosos. El artículo describe los
objetivos del proyecto, de las tecnologías de “Dry Dredge ” y de los Geotubos , así como los
resultados de aplicar estas técnicas. La tecnología de “Dry Dredge ” fue desarrollada y probada
por DRE y el Cuerpo de Ingenieros ejército de Estados Unidos, en la Estación Experimental de
Vicksburg, MS, dentro del Programa de Investigación para la Productividad (CPAR), de dicho Cuerpo.
ANTECEDENTES
Ashland Inc. operó un relleno para desechos de materiales
peligrosos como parte del funcionamiento de la refinería
de Catlettsburg, Kentucky desde 1976. El relleno se
localiza en el Condado de Boyd, Kentucky,
aproximadamente 4 kilómetros al sur de Catlettsburg,
Kentucky. En septiembre de 1998 se le notificó a la
División encargada del manejo de los residuos sólidos que
deberían de clausurar aproximadamente 8 Ha para
diciembre de 1999, aproximadamente un millón de metros
cúbicos de desechos de la refinería que se habían
acumulado en el sitio durante los últimos 22 años.
Como parte del funcionamiento del relleno, se construyó
una unidad de tratamiento de aguas residuales, para
colectar y tratar las descargas de agua superficial, así
como los lixiviados que se generaban durante la operación
de la refinería. La Unidad de Tratamiento de las Aguas
Residuales consistía en una cuenca o laguna de
sedimentación, de concreto y el tratamiento de las aguas,
que comprende: precipitación química, ozonización y
procesos de carbón activado. El efluente de la planta de
tratamiento descargaba a un río cercano, bajo permiso,
supervisión y monitoreo del Departamento de Seguridad
Ambiental de Kentucky.
Como parte de la clausura del relleno, el Departamento de
Protección Ambiental de Kentucky (KYDEP) pidió que
fueran removidos todos los sedimentos del tanque de
concreto. En Abril de 1999 se calculó que había
aproximadamente 3,500 metros cúbicos de sedimentos
contaminados en dicho tanque. Puesto que los
sedimentos se habían traído de un relleno de desechos
peligrosos, se consideraba que el material era un material
controlado. Los análisis indicaron que los principales
constituyentes químicos eran compuestos orgánicos semivolátiles, es decir, fenacina, fenolftalina, feantrina,
phenanthrene, keroseno chrysene, crisena y naftalinas.
En Abril de 1999, el KYDEP indicó que sería factible
disponer los sedimentos del tanque en un relleno sanitario
local, durante la clausura y antes de recubrimiento final,
con geomembranas. Esta opción proporcionó una
alternativa económica a la disposición del material fuera
del sitio, transportado. Los únicos requisitos que KYDEP
señaló para la disposición eran que el material necesitaría
pasar la prueba del “paint filter” y que deberían de estar
secos los sólidos, esto es, que no debería contener ningún
líquido libre.
Desde que el KYDEP aceptó la disposición de los
sedimentos, del tanque al relleno sanitario local, fue
necesario evaluar distintas alternativas para su remoción.
El manejo de las aguas contaminadas y el control de las
descargas de una cuenca de 4 Ha durante la remoción,
fueron algunos de los principales factores al evaluar las
tecnologías de remoción de sedimentos. Esto fue
significativo ya que no podían desviarse los escurrimientos
alrededor de la cuenca durante la remoción, y el acceso
se limitó, por considerarse un espacio confinado.
Como resultado del proceso de evaluación, se seleccionó
la tecnología de “Dry DREdge” combinada con un
Geotubo , in situ, para el desecado de los lodos.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Se obtuvieron tres muestras de lodos del tanque para la
clasificación geotécnica. Se hicieron granulometrías con
ayuda de un hidrómetro para caracterizar a los materiales
del dragado. Se les realizaron además los límites de
Atterberg (límite líquido y límite plástico), contenido
natural de agua, densidad,
peso volumétrico, y la
clasificación del SUCS (Sistema Unificado de Suelos). Se
calcularon la relación de vacíos, y los pesos saturados.

La excavación es precisa. La dirección, inclinación, y
extensión de la almeja se controlan de manera
electrónica desde la cabina del operador y también se
puede conectar a un controlador programable. Por
consiguiente, la magnitud de la excavación (longitud,
ancho, y profundidad) se controla fácilmente por el
operador. El controlador programable puede
configurarse para excavar el área completamente,
dentro del rango de la draga, para hacer una
excavación sistemática: hacer un surco de arrastre y
depositar los sedimentos en el depósito de
alimentación de la bomba, volviendo para hacer otro
surco de arrastre adyacente al anterior, o bien dejando
un traslape entre surcos, y así sucesivamente.

La combinación almeja - bomba le permite a la draga
trabajar alrededor de rocas y bloques. No se limita a
excavaciones rectangulares, como las dragas
convencionales o a conos invertidos de las dragas de
arrastre. Las características de esta excavadora son
ideales para la biorremediación de sitios problema, o
“hot spots”.

La excavación se realiza con un remoldeo mínimo de
los sedimentos. La cabeza de la draga hidráulica corta
los sedimentos en la vecindad del área de succión de
la bomba. Se permiten dragas de almeja de caída libre
convencionales para impactar el fondo con bastante
fuerza al penetrar. Las líneas de succión se colocan al
azar a través de los sedimentos. Todas estas
operaciones remoldean los sedimentos circundantes,
poniendo nuevamente en suspensión a las partículas
y contaminantes. Este remoldeo es la principal
preocupación cuando el dragado se realiza en cuerpos
de agua muy fluida como estuarios. La draga se
dedica especialmente a recuperar los detritos. A
diferencia de las dragas hidráulicas, la succión de la
bomba es en la superficie, lo que permite una
inspección visual de los detritos por el operador; estos
detritos pueden removerse o triturarse y bombearse.
La decisión es, con toda seguridad, crítica para ciertos
tipos de detritos.
Los materiales dragados se clasificaron como arcillas gris
obscuras (CH a CL) con algo de arena. Las
granulometrías mostraron que la muestra 1 tenía 90 % de
partículas que pasaban la malla 200 y las prueba 2 y 3
mostraron que 99 y 100 % pasaban la malla 200.
Los límites de Atterberg mostraron que el material dragado
tenía límites líquidos que variaban entre 45 y 60 y límites
plásticos variables entre 22 y 25, con el índice de
plasticidad que varía de 23 a 35. La densidad del material
varió de 2.75 a 2.78. El contenido de agua natural fue de
64 a 104 % con una relación de vacíos entre 1.76 a 2.89.
Los pesos saturados de las muestras 1, 2 y 3 fueron: 1.28.
1.5 y 1.46 g/cm3 respectivamente.
El material dragado presentó contenidos de agua mayores
que el límite líquido lo cual indica que el material actuaría
como un fluido. El material dragado era de consistencia
muy blanda, con muy baja resistencia. Cuando el material
fue dragado y depositado en el contenedor, los sólidos se
fueron al fondo.
DESCRIPCIÓN DEL DRAGADO
Los métodos de excavación convencionales, como, el
dragando hidráulico y el dragado mecánico con almejas o
dragas de succión tienen serias limitaciones. Estas
limitaciones incluyen el remoldeo excesivo de los lodos, de
los sedimentos, al momento de la excavación, una
excavación imprecisa en los “puntos difíciles” y el bombeo
y remoción de agua junto con el bombeo de los sólidos,
así como su consecuente eliminación y desecación.
El método Dry DREdge incorpora un diseño especial:
una almeja sellada, montada en una barra rígida,
extensible. La almeja, abierta, se sumerge dentro de los
lodos o sedimentos, a baja velocidad, minimizando su
remoldeo. La almeja se cierra, hidráulicamente y se sella,
excavando, de esta manera los sedimentos con su
contenido de humedad in-situ, sin agua libre adicional.
Los sedimentos se depositan en el contenedor de una
bomba de lodos. Dependiendo de la aplicación, el
depósito de alimentación puede equiparse para remover o
tamizar partículas gruesas, reducción de tamaño, control
de emisión de vapor, homogeneización de los sedimentos,
y el mezclado de aditivos para modificar las propiedades
de flujo o la estabilización de contaminantes. Los
sedimentos se bombean en un régimen de flujo plástico a
través de una tubería a su destino apropiado. La descarga
tiene la consistencia de una pasta de dientes.
Dependiendo de la humedad in situ y el grado de
peligrosidad de los sedimentos, la disposición puede
hacerse directa a un proceso de secado, a un proceso de
tratamiento térmico, a un proceso de estabilización, a un
vehículo de transporte o de manera directa a tierra (relleno
sanitario).
La mayor ventaja de este tipo de dragado es su habilidad
para extraer sedimentos con una gran concentración de
sólidos con alto contenido de humedad in-situ, pero sin
agua adicional. El alto contenido de sólidos que este
sistema presenta ofrece mayores ventajas económicas al
momento del transporte y del secado; se han conseguido
concentraciones de sólidos de hasta 70% en peso
(Parchure et al., 1997). Otras ventajas se muestran a
continuación.
DISEñO DE LOS GEOTUBOS
Para almacenar los sólidos del dragado se necesitaba un
geotubo que tuviera una circunferencia de 30 m, una
altura de 1.50 m y una longitud de 50 m. Se consideró un
peso volumétrico máximo saturado de 1.6 g/cm 3 en el
análisis y un factor de seguridad de 5.0, el cual incluía
factores de seguridad de 2.0 para las costuras, 1.5 por
creep y 1.5 por degradación biológica.
El diseño se realizó con el auxilio de un programa de
computadora
denominado
GAP:
"Geosynthetics
Aplicaciones Program" (Palmerton, 1998). Este programa
supone que el geotubo se llena con un fluido. La
resistencia última del geotubo depende directamente de la
resistencia de las costuras y, como la resistencia de la
costura es de 53 kilos por centímetro (kg/cm) y la fuerza
requerida es de 46kg/cm, entonces, el geotextil
seleccionado es satisfactorio.
CONSTRUCCIÓN DEL GEOTUBO
Este proyecto consiste de tres geotubos de 30 m de
circunferencia y 50 m de longitud, construidos de páneles
de 4.5 m de ancho, de un geotextil de fibras de
polipropileno, tejido. El geotextil tejido tenía una fuerza
última a la ruptura de 71 kg/cm en dirección máquina y 98
kg/cm en dirección cruzada. La resistencia de la costura
fue de 53 kg/cm al 10 % de su elongación, en ambos
sentidos, de acuerdo al ASTM D 1999. El tamaño de
abertura aparente (AOS) para el geotextil del geotubo era
aproximadamente la malla 50.
AGRADECIMIENTOS
Los Geotubos fueron fabricados por TC Mirafi Corporation,
en Pendergrass, GA y fueron enviados al sitio del proyecto
dentro de una protección adecuada.
Annual book of Standards, Partes 31 y 32. Textiles: Yarns,
Fabrics and General Test Methods, "Test Method for
Determining Apparent Opening Size of a Geotextile," 1987,
D 4551 ASTM, 1916 Race Street, Philadelphia, PA 19103.
Se le colocaron dos filas de puertos o bocas de entrada,
con aberturas de 0.45 cm de diámetro, con mangas de
1.50 m a cada 7.5 m a lo largo de la cima del geotubo.
Se le colocaron correas de nylon cosidas al perímetro del
geotubo, a cada 3 m, para poderlo manejar y colocar, así
como para afianzarlo durante el llenado. Se le colocó,
además un “tapete” a base de geotextil no tejido, pesado,
de 545 g/cm 2, para facilitar el desagüe vertical y lateral
durante la consolidación del material dragado en el
geotubo.
Una pequeña cantidad de finos, menos de 5 a 1 0 mg/l,
atravesaron el geotubo durante el llenado inicial pero esta
agua se volvió muy clara conforme el geotubo se iba
llenando hasta la altura de diseño, de 1.50 m. El agua
decantada tenía una ligera coloración y despedía un olor
insignificante, del material de dragado.
Los páneles de 4.50 m se cosieron de manera
perpendicular al eje longitudinal del geotubo. Todas la
costuras se cosieron en la fábrica, con costura del tipo
“doble mariposa”. Todas las costuras fueron del tipo 401,
con doble puntada, cosidas con una máquina de coser
marca Union Special, modelo # 80200. La máquina es
capaz de coser dos filas paralelas separadas
aproximadamente a 0.5 cm entre sí. El hilo fue de
poliéster, de 1 000 deniers.
CONCLUSIONES
El proyecto se empezó en abril de 1999 y se completó en
junio de ese año. Se dragaron aproximadamente 3,500 m 3
de material de la cuenca de sedimentos y se bombearon
directamente en cinco geotubos localizados al lado de una
montaña. El filtrado se condujo desde cada geotubo hasta
un canal colector ya existente y se devolvió a la cuenca o
laguna. Se tomaron muestras aleatorias que indican que la
gran mayoría pasaron las pruebas a 7 días. Las medidas
indican una pérdida de agua libre de aproximadamente 20
por ciento. La observación indica que el volumen de este
agua es intersticial. Así, el uso del sistema Dry DREdge geotubo, para disposición “in situ” permitió un ahorro de
cerca de un millón de dólares.
Se agradece a Bill Obsin, Ashland Inc., Roy Ambrose,
URS Greiner, Woodward Clyde, así como al personal de
operaciones de DRE, y a Ed Trainer. Igualmente se
agradece la asistencia de TC Mirafl en el exitoso diseño y
ejecución de este proyecto.
REFERENCIAS
Annual book of Standards, Partes 31 and 32. Textiles:
Yarns, Fabrics and General Test Methods, "Test Method
for Specific Heat of Rock and Soil," 1986, D 4595, ASTM,
1916 Race Street, Philadelphia, PA 19103.
Palmerton, J.B., (1998). "Geosynthetics Applications
Program “,
Geosynthetics Applications Simulations,
Vicksburg, MS.
Parchure, T.M., and Sturdivant, C.N., (1 997).
"Development of a Portable Innovative Contaminated
Sediment Dredge," U. S. Army Corps of Engineers,
Waterways Experiment Station, Final Report CPAR-CHL97-2.