METODO PARA DESHIDRATAR UNA LECHADA DE CEMENTO.

Método para deshidratar una mezcla de lechada de cemento producida a partir de una operación de cementación por inyección,

que comprende la adición a la mezcla de una poliacrilamida aniónica, de tal manera que se distribuya uniformemente en la misma, teniendo la poliacrilamida aniónica un alto peso molecular y una densidad de carga que va desde baja a media

Método para deshidratar una lechada de cemento.

Esta invención se refiere a la cementación por inyección y a composiciones químicas de utilidad en la cementación por inyección.

La cementación por inyección es una técnica de consolidación del suelo, ampliamente empleada en muchas aplicaciones de ingeniería civil. Por ejemplo, se puede utilizar en cimentaciones para estructuras que han de ser erigidas, para apuntalar estructuras ya existentes, para crear barreras de baja permeabilidad, para crear estructuras de retención o soporte, para reforzar una masa de suelo y para complementar otras estructuras geotécnicas. El procedimiento de cementación por inyección consiste en la disgregación del suelo o roca poco compacta y su mezcla con, y sustitución parcial por, un agente de cementación, normalmente una lechada a base de cemento; la disgregación se consigue por medio de un chorro de alta energía de un fluido que puede ser agua o la lechada de cemento propiamente dicha, dependiendo del sistema utilizado.

En primer lugar, se perfora en el suelo un agujero habitualmente de 90-150 mm de diámetro hasta la profundidad a la cual ha de consolidarse el suelo. Cuando se alcanza la profundidad apropiada, se hace girar la barra de perforación en su sitio y se inyecta un fluido (agua o la propia lechada de cementación) a elevada presión a través de boquillas situadas en el extremo de la barra. Esto tiene el efecto de separar por corte el suelo ya existente y sustituirlo por una mezcla de suelo-lechada que endurecerá. La barra se extrae gradualmente mientras se continúa la inyección a través de la barra rotativa. El resultado es una columna cilíndrica de suelo consolidado que endurecerá y formará un elemento de suelo consolidado. Durante la operación, el movimiento de la barra puede ser manipulado para formar una masa de suelo de diferente geometría, tal como columnas y paneles.

Mientras se utiliza una gran parte del suelo en la consolidación, se separa una gran cantidad de agua en forma de lechada que es una mezcla de suelo, cemento y agua. La lechada se separa normalmente por bombeo desde el punto en donde está teniendo lugar la operación de cementación por inyección, por lo que en el caso de que la lechada no sea lo suficientemente fluida para su bombeo empleando una bomba hidráulica convencional, normalmente se añade más agua. El resultado es una lechada que contiene una proporción muy grande de agua, frecuentemente por encima del 80%. Los contenidos habituales de una lechada son (en peso) 50-85% de agua y 15-50% tanto de cemento como de tierra (siendo esta última generalmente tierra arcillosa o tierra enlodada). Sin embargo, es un hecho no desconocido que las lechadas tengan composiciones que se encuentren fuera de estos intervalos. Además, dichas lechadas pueden incluir otros ingredientes, tales como plastificantes, superplastificantes, aceleradores y retardadores, añadidos para modificar las propiedades de la cementación. Debido a la presencia de cemento, dichas lechadas suelen tener un pH alto, a veces por encima de 12.

La cantidad de lechada producida varía dependiendo del tipo de suelo tratado. En suelo arcilloso en donde la operación de cementación por inyección es habitualmente mucho más lenta, la cantidad de lechada producida puede ser considerable. Si bien dichas lechadas pueden ser utilizadas a veces, por ejemplo, en rellenos, normalmente han de distribuirse cantidades en terraplenes, lo cual resulta costoso para los contratantes de la cementación por inyección.

Se ha comprobado ahora que es posible deshidratar dicha mezcla de lechada por medio de un tratamiento simple y eficaz. La JPA-07300852 describe un tratamiento de esa naturaleza. Esta invención proporciona un método para deshidratar una mezcla de lechada de cemento producida en una operación de cementación por inyección, que comprende la adición, a la mezcla, de una poliacrilamida aniónica, de tal manera que se distribuya uniformemente en la misma, teniendo la poliacrilamida aniónica un alto peso molecular y una densidad de carga baja-media.

Ha resultado sorprendente comprobar que una poliacrilamida aniónica de densidad de carga baja-media tiene ese buen efecto de deshidratación en una lechada con un pH elevado, ya que la práctica aceptada consiste en utilizar poliacrilamidas de alta densidad de carga.

La poliacrilamida aniónica de utilidad en la invención tiene un alto peso molecular, es decir, un peso molecular medio en peso de por lo menos 4.000.000. El peso molecular se encuentra preferentemente entre 5.000.000 y 20.000.000. Además, la poliacrilamida tiene una densidad de carga baja-media. La densidad de carga, que es una indicación del número de especies cargadas para un determinado peso molecular, es un parámetro bien conocido en la técnica y sobre el cual se encuentran frecuentes referencias en la bibliografía comercial. Viene representado como el porcentaje del contenido en acrilato sódico del polímero. Para los fines de esta invención, la densidad de carga baja-media es aquella que se encuentra dentro del intervalo de 5-70%. Aquellas poliacrilamidas aniónicas de alto peso molecular que tienen una densidad de carga de 10%-50%, son las más efectivas y constituyen los materiales preferidos para los fines de esta invención.

Entre los materiales comercialmente disponibles que cumplen con los requisitos antes mencionados se encuentran los materiales de la denominación "Sedipur" (marca registrada) de BASF. Ejemplos típicos de los mismos incluyen "Sedipur" AF 203, TF2-TR y AF 404.

La dosificación utilizada es de 150-500, preferentemente de 200-350, ppm de la lechada de cemento.

En el procedimiento de acuerdo con la invención, primero se disuelve la poliacrilamida en agua, para proporcionar una solución habitualmente al 0,5-1% y esta solución se añade a la lechada con agitación. Esto tiene el efecto de separar agua de la lechada de tierra-cemento y cambiar la consistencia de la lechada desde un estado fluido a un estado similar a mortero. La separación requiere normalmente menos de 5 minutos cuando se emplea cierta agitación y el agua separada puede ser evacuada simplemente o se puede emplear cierta presión para que se separe por prensado. El agua que sale es normalmente transparente y después de la neutralización adecuada se puede descargar simplemente al sistema de alcantarillado o, cuando se permita, al medio entorno ambiente. Como resultado, el coste de la distribución, tal como en un vertedero, para la lechada antes mencionada se reduciría drásticamente, debido al menor volumen de lechada como consecuencia de la deshidratación y también debido al menor coste que supone la distribución de material seco, caso opuesto al de un material fluido.

Para una puesta en práctica óptima del procedimiento de acuerdo con la invención, el contenido en sólidos en peso de una lechada a tratar deberá ser generalmente de 50% como máximo, con preferencia de 45% como máximo, medido mediante el secado de una muestra en un horno a 105ºC. Estas cifras del contenido están basadas en una distribución relativamente uniforme de los tamaños de partícula de arcilla, lodo, cemento, etc en la lechada. Sin embargo, cuando dicha lechada contiene una proporción menor de materiales de tamaño de partícula más grandes, tales como arena y terrones de arcilla (como puede suceder en la práctica), el contenido medido en sólidos de una muestra determinada puede ser considerablemente mayor. En dicho caso, el rendimiento del procedimiento de la invención no se ve afectado y, para los fines de esta invención, dicha lechada se considera que se encuentra dentro de los límites de contenido en sólidos antes mencionados.

La invención se describe adicionalmente con respecto a los siguientes ejemplos no limitativos.

Se ensaya una serie de poliacrilamidas aniónicas respecto a la actividad deshidratante. Los materiales ensayados son como sigue:

Los materiales se ensayan de la siguiente manera. Se prepara una lechada conteniendo 25% de tierra fina (lodo y arcilla), 15% de cemento y 60% de agua. Cada una de las poliacrilamidas mencionadas anteriormente se añaden con agitación suave a una muestra de esta lechada en una proporción de 280 ppm. La efectividad de cada poliacrilamida se evalúa mediante el grado de rapidez con el que se separa el agua, mediante la cantidad de agua que se separa y mediante el grado de rapidez con el que el sólido que permanece forma una masa rígida como resultado de esta deshidratación.

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1. Método para deshidratar una mezcla de lechada de cemento producida a partir de una operación de cementación por inyección, que comprende la adición a la mezcla de una poliacrilamida aniónica, de tal manera que se distribuya uniformemente en la misma, teniendo la poliacrilamida aniónica un alto peso molecular y una densidad de carga que va desde baja a media.