Dispositivo para simulación del comportamiento termo-hidromecánico de barreras de materiales finos,

para la impermeabilización y sellado de vertederos.La presente invención consiste en un recinto de confinamiento (1), materializado en un bastidor de hormigón armado abierto superiormente, que apoya la solera sobre pilares (2) de acero. Sobre la base materializada en placas enrejilladas (3) de acero, se dispone y compacta el material (4) a analizar. Bajo esta placa (3) se sitúa una bandeja (5) que recoge lixiviados. Sobre su embocadura superior se sitúa un sistema de riego de boquillas nebulizadoras (7) controlado por un autómata programable (8), que simula condiciones termo-hidro-pluviométricas naturales. Durante el proceso de compactación se reparten en el seno del material sensores electrónicos (11-12) que recogen lecturas periódicas sobre el contenido de humedad, temperatura y otros parámetros relevantes. El dispositivo permite conocer comportamientos de materiales de granulometría fina dispuestos en capas según su capacidad para retrasar la migración de agua, muestrear y caracterizar la calidad del fluido percolante, evaluar su longevidad y mecanismos de deterioro

Dispositivo para simulación del comportamiento termo-hidro-mecánico de barreras de materiales finos, para la impermeabilización y sellado de vertederos.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo experimental destinado al estudio del comportamiento de materiales finos, ya sean de origen natural, artificial o residuos, susceptibles de ser empleados en la construcción de capas de sellado y/o impermeabilización de vertederos.

Dicho comportamiento se refiere, en particular, a la determinación de las propiedades del material frente a la infiltración de agua y/o lixiviados, así como a su longevidad y estabilidad, sometido a un régimen termo-hidro-metereológico análogo al natural de una región dada y emplazado bajo condiciones equivalentes a las de obra.

El dispositivo resulta aplicable al ámbito industrial de las empresas constructoras y responsables de la gestión de vertederos, en particular cuando tales empresas emplean residuos finos de procesos industriales en la confección de las capas de sellado y/o impermeabilización de tales vertederos. Tiene interés, asimismo, para la Administración, en particular cuando ésta requiera la demostración del rendimiento y/o características de materiales finos no convencionales, para su uso como capas de sellado y/o impermeabilización de vertederos.

Antecedentes de la invención

La clausura y sellado de vertederos constituye un problema acuciante en muchos municipios y tiene una clara componente transnacional. Asimismo, donde los vertederos constituyen una solución al problema de la gestión de residuos, es importante que su construcción se verifique a través de los más estrictos controles.

El uso de materiales finos en la constitución de capas de sellado y/o impermeabilización de vertederos no es nuevo, pudiendo citarse entre otros los residuos de distintos procesos industriales tales como cenizas volantes, fangos de depuradora, fabricación de áridos, etc.

Tales materiales finos tienen a menudo propiedades distintas de otros materiales tecnológicos tales como geo-textiles, geo-membranas, etc., que resultan mucho más caros. Sin embargo, existe una limitada experiencia en relación al comportamiento y longevidad de muchos de estos materiales alternativos, en relación con la preservación del medio ambiente a medio y largo plazo, de manera que la construcción de barreras con dichos materiales finos suele hacerse sin experimentación previa y sin la identificación y alcance de los procesos de deterioro que puedan afectarles.

Descripción de la invención

El dispositivo simulador que propone la invención resuelve la problemática anteriormente expuesta, permitiendo analizar de forma sencilla y versátil el comportamiento termo-hidro-mecánico de barreras realizadas con estos materiales.

Para ello y de forma mas concreta el dispositivo consiste en un recinto de confinamiento, de dimensiones apropiadas, abierto superiormente y con su base inferior enrejillada y cubierta con una lámina geo-textil porosa que permite el paso de los fluidos a una bandeja colectora inferior, con su correspondiente vertedero, estando las paredes laterales del recinto debidamente impermeabilizadas, y quedando dicho recinto destinado a recibir por capas los materiales finos a ensayar.

Encima del citado recinto de confinamiento se establece un sistema de hidratación automatizado, a base de boquillas nebulizadoras de agua, asistidas por un sistema de prefiltro y filtro adecuado para impedir la oclusión de los orificios nebulizadores, como consecuencia de las partículas arrastradas por el agua.

El caudal de agua suministrado por el sistema de hidratación está controlado por un autómata programable que actúa sobre una electroválvula de regulación de caudal, asistida a su vez por un caudalímetro electromagnético que se encuentra conectado también al autómata.

En el seno del recinto de confinamiento se establecen una serie de sensores electrónicos que recogen lecturas periódicas sobre el contenido de humedad, temperatura o cualquier otro parámetro relevante para el análisis a realizar.

Como complemento de la estructura descrita y con carácter opcional, el dispositivo puede incorporar además un sistema de calefacción/iluminación cenital, un sistema de ventilación lateral y un sistema de calefacción bajo el material de barrera, en orden a, ensayar el material bajo distintas condiciones, análogas a las que se darían en un vertedero real.

La compactación por capas prevista para el material puede llevarse a cabo empleando cualquier equipo comercial de vibro-compactación, aplicando a cada tongada de material el número de pasadas necesario para alcanzar el objetivo de compactación prescrito, tomándose muestras tras cada fase de compactación para determinación de su volumen y contenido de humedad.

En esta fase de emplazamiento de material, es posible instrumentarlo a fin de adjuntar a lo largo del tiempo la evolución de ciertos parámetros de control que sean de interés, pudiendo emplazarse en el mismo psicrómetros conectados a un SAD (Sistema de Adquisición de Datos), o tubos para inserción de sonda de medida de la constante dieléctrica del complejo suelo-agua también conocida como sonda TDR (Time Domain Reflectometry) de Tubo, así como cualquier otro sensor de interés potencial, por ejemplo con el fin de detectar movimientos, asientos, etc. para la medida directa o automatizada de otros parámetros.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra, según una vista en perspectiva, un dispositivo para simulación del comportamiento termo-hidro-mecánico de barreras de materiales finos realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención, el cual aparece parcialmente seccionado, al igual que el material alojado en el mismo, para una mejor visualización de su estructura.

La figura 2.- Muestra, según una perspectiva similar a la figura anterior, el mismo dispositivo sin seccionar con el fin de mostrar una visión conjunta del mismo.

Realización preferente de la invención

A la vista de las figuras reseñadas puede observarse como el dispositivo que la invención propone se materializa en un recinto de confinamiento 1, materializado en un bastidor de hormigón armado, de configuración prismático-rectangular, hueco y abierto tanto superior como inferiormente, el cual descansa sobre pilares 2 de acero que lo sobreelevan convenientemente con respecto a la solera o superficie de apoyo. Para minimizar las eventuales pérdidas por filtración a través de las paredes de este bastidor de hormigón, a su superficie interna se aplican capas de imprimación selladora de poros.

A nivel de la embocadura inferior del citado bastidor se establece una placa enrejillada 3, preferentemente de acero inoxidable, y en cualquier caso de resistencia adecuada para soportar, sin colapsar ni flechar mas allá de una cierta tolerancia, tanto las cargas instantáneas como las diferidas del material 4 ensayado.

Para evitar que en el momento del vertido del material 4 en el interior del recinto de confinamiento 1 se produzca una pérdida de material 4 a través de la placa enrejillada 3 inferior, se ha previsto que sobre dicha placa enrejillada 3 se sitúe una lámina geotextil porosa, que permite la compactación de la primera tongada de material 4, impidiendo la caída de dicho material 4 a una bandeja 5 inferior, inclinada, también de acero inoxidable, capaz de recoger y canalizar los fluidos resultantes de la precolación vertical a través del material 4 que simula la barrera o sello, hacia un vertedero tubular 6. Dichos fluidos pueden ser aforados y muestreados a fin de determinar sus características químicas y su evolución temporal.

Volviendo nuevamente a los pilares 2 de sustentación del recinto de confinamiento 1, cabe señalar que estarán dimensionados de acuerdo con los requerimientos de carga, debidos al peso propio del bastidor y de los elementos auxiliares, al peso de los materiales 4 finos objeto de estudio, al peso equivalente del agua en relación a la porosidad del material...

1. Dispositivo para simulación del comportamiento termo-hidro-mecánico de barreras de materiales finos para la impermeabilización y sellado de vertederos, caracterizado porque está constituido mediante un recinto de confinamiento (1), de dimensiones apropiadas a la volumetría de la muestra de material (4) a analizar, materializado en un bastidor de hormigón armado, abierto superiormente, que descansa sobre la solera a través de pilares (2) inferiores de acero, y cuya base inferior queda conformada por una placa enrejillada (3), también de acero, bajo la que se sitúa una bandeja (5), colectora de los fluidos resultantes de la precolación vertical a través del material (4), de fondo inclinado y con un vertedero tubular (6), quedando establecidas sobre la embocadura de dicho bastidor (1), una pluralidad de boquillas nebulizadoras (7) de agua, cuyo caudal está controlado por un autómata programable (8) que actúa sobre una electroválvula de regulación (9), asistida por un caudalímetro electromagnético (10), quedando dispuesto en el seno del recinto de confinamiento (1) una pluralidad de sensores, formada por psicrómetros (11) y sondas TDR (Time Domain Reflectometry) de tubo (12) para control de parámetros de interés, en orden a controlar el grado de hidratación del material (4) de barrera.

2. Dispositivo para simulación del comportamiento termo-hidro-mecánico de barreras de materiales finos para la impermeabilización y sellado de vertederos, según la reivindicación 1, caracterizado porque el bastidor de hormigón determinante del recinto de confinamiento (1), presenta su superficie interior revestida por una o varias capas de imprimación selladora de poros.

3. Dispositivo para simulación del comportamiento termo-hidro-mecánico de barreras de materiales finos para la impermeabilización y sellado de vertederos, según la reivindicación 1, caracterizado porque la placa o placas enrejilladas (3) que constituyen el fondo o base del recinto de confinamiento (1), está revestida por una lámina geo-textil porosa que permite la compactación de la primera capa o tongada de material (4) impidiendo su caída a la bandeja (5) inferior pero facilitando simultáneamente el paso de los fluidos de precolación.

4. Dispositivo para simulación del comportamiento termo-hidro-mecánico de barreras de materiales finos para la impermeabilización y sellado de vertederos, según la reivindicación 1, caracterizado porque las boquillas nebulizadoras (7) están dotadas de un sistema de prefiltro y filtro adecuados para impedir la oclusión de los orificios nebulizadores como consecuencia del arrastre de partículas por el agua.

5. Dispositivo para simulación del comportamiento termo-hidro-mecánico de barreras de materiales finos para la impermeabilización y sellado de vertederos, según la reivindicación 1, caracterizado porque el autómata programable (8) es susceptible de controlar elementos accesorios de regulación de parámetros ambientales, concretamente un sistema de calefacción/iluminación cenital, un sistema de ventilación: lateral y/o un sistema de calefacción bajo el material (4) de barrera.