Geotextiles para separación - Colegio de Ingenieros Civiles de

Suplemento de Ingenieros Civiles
Geotextiles para
separación
Ing. Alexis Vergara
Maccaferri de Centro América Ltda., Panamá
avergara@maccaferri.co.cr
Tel.: (507) 292-8608 / Cel.: (507) 6948-4196
Desde el punto de vista estructural, la
contaminación de las capas granulares, la
mezcla de los suelos de diferentes características y el comportamiento mecánico del
suelo de subrasante son factores de gran
influencia en el deterioro de las vías, lo que
se traduce en una reducción de la capacidad portante de todo el sistema.
La utilización de los geotextiles como una
capa de separación entre los suelos de
subrasantes y las capas granulares permite mantener la integridad de los materiales
y mejorar su funcionamiento, aumentando
la vida útil de las estructuras, su estabilidad y resistencia.
Sin embargo, para que un geotextil cumpla la función de separación, el CBR de
la subrasante debe estar entre 3 y 10%,
ya que en este rango la deformación bajo
carga no es tan importante como para
inducir grandes esfuerzos de tensión en
el geotextil. Si el CBR es menor de 3%,
el diseño debe ser por refuerzo y no por
separación.
Esto quiere decir que si el CBR del suelo
sobre el que se colocará el geotextil es mayor
de 3%, el geotextil funcionará como separación y no como refuerzo, aunque el proyectista lo haya especificado como refuerzo.
¿Cuál geotextil utilizar?
Recomendación inicial: no utilice el
geotextil más barato sin una evaluación
técnica previa.
Se debe tener cuidado, pues el geotextil
más barato suele tener menor resistencia.
Una forma rápida de descartar geotextiles
poco funcionales es seguir las recomendaciones AASHTO M288. Como referencia
preliminar: si el geotextil es no tejido, su
resistencia GRAB (ASTM D-4632) debe ser
mayor de 500 N; si el geotextil es tejido, su
resistencia GRAB debe ser mayor de 800
N. Si no cumple estos valores no tiene clasificación AASHTO y no debería usarse en
obras estatales. La selección del geotextil
no debe responder a precios, sino a un
diseño que considere las condiciones del
sitio y la instalación.
Según la norma AASHTO M288 el geotextil seleccionado en el diseño debe contemplar el tipo de suelo de subrasante, su
conformación y el equipo utilizado en la
instalación, además de la experiencia de
los instaladores.
Para suelos poco nivelados y equipos de
conformación pequeños, es decir condiciones no severas de instalación: no tejido
clase 3, como el MacTex N 40.1.
Para suelos con conformación moderada
y equipos medianos, es decir condiciones
moderadas de instalación: no tejido clase
2 (N 50.1 o N 60.1) o tejido clase 2 (W1
25S).
Para suelos nivelados con equipos de
conformación pesados y poco cuidado en
el manejo y colocación del geotextil, es
decir condiciones severas de instalación:
no tejido clase 1 (N 70.1 o superiores) o
tejido clase 1 (W1 30S).
Principales propiedades en
separación
Algunos diseñadores especifican geotextiles utilizando todas las propiedades que
incluyen las fichas técnicas y algunos inspectores exigen con rigurosidad casi militar
el cumplimiento de los valores mínimos,
muchas veces sin comprender a profundidad el significado de estos valores. Para
selección de geotextiles, lo correcto y apropiado es indicar las propiedades adecuadas para cada aplicación. En el caso de
la aplicación de separación, lo importante
es considerar las resistencias a punzonamiento-CBR, a tensión GRAB y al rasgado.
También pueden requerirse algunas propiedades hidráulicas: tamaño de abertura
aparente (TAA – AOS), permitividad y tasa
de flujo. (Nota: el gramaje no es un parámetro de diseño).
Punzonamiento del geotextil
Punzonamiento-CBR
Se evalúa mediante la norma ASTM
D-6241 (la norma ASTM D-4833 está en
desuso desde el 2010). Implica utilizar un
pistón para punzonar una muestra a tasa
constante de extensión, lo cual se asemeja
a lo que sucede en campo durante la compactación.
Punzonamiento dinámico
En este ensayo se simula la influencia
de material anguloso cuando se deja caer
sobre el geotextil, se realiza mediante un
cono que realiza una perforación en caída
sobre una muestra de geotextil. Mientras
menor sea el diámetro perforado en el
geotextil, mayor será su resistencia al punzonamiento dinámico.
Rasgado del geotextil
Si no se tiene el cuidado necesario, es
posible que durante la instalación se induzcan cortes al geotextil. El ensayo ASTM
D-4533 mide la capacidad de propagación
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de estos cortes, conocido como rasgado
trapezoidal, por la forma en que se realiza
el ensayo.
Resistencia a la tensión
Un geotextil en separación no debería
estar sometido a esfuerzos de tensión
importantes, salvo en el proceso de instalación. La norma ASTM D-4595 es aplicable a geotextiles tejidos en pruebas para
refuerzo, para geotextiles en separación el
ensayo aplicable es la tensión por el método GRAB (ASTM D-4632).
Propiedades hidráulicas
Un geotextil de separación debe ser permeable. La propiedad recomendada por
AASHTO y ASTM es la permitividad, que
indica la capacidad de flujo transversal de
un geotextil. Para comparar no se utiliza la
permeabilidad, ya que dos geotextiles con
igual permeabilidad pueden tener diferentes capacidades de flujo por efectos de su
espesor.
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Por otro lado, la tasa de flujo permitida
por el geotextil es otro valor reportado
en las fichas técnicas. Para obtener esta
tasa de flujo, se multiplica la permitividad
por la carga hidráulica en el ensayo ASTM
D-4491, por lo general 0,05 m, y por el
área unitaria (1 m2).
• Para una adecuada selección del
geotextil deben conocerse las propiedades
de los suelos involucrados.
• La selección del geotextil debe basarse
solo en los valores MARV, no en los típicos.
Tamaño de abertura aparente
En aplicaciones de separación, el tamaño de abertura aparente (TAA-AOS) del
geotextil debe seleccionarse de acuerdo a
las características de los suelos involucrados y determinar un criterio de retención
adecuado para que el suelo fino no migre
hacia el suelo granular.
Conclusiones
• La selección de un geotextil para aplicaciones de separación no debe basarse
en todas las propiedades que aparecen
en las fichas técnicas de los fabricantes,
mucho menos en parámetros tales como
gramajes o espesores.
La utilización de los geotextiles como una capa de separación entre los suelos de
subrasantes y las capas granulares permite mantener la
integridad de los materiales
y mejorar su funcionamiento,
aumentando la vida útil de las
estructuras, su estabilidad y
resistencia.
Suplemento de Ingenieros Civiles
Tubos geotextiles
en la ingeniería civil
Ing. Roberto Sasso Steele, MSc.
Maccaferri de Centro América Ltda., Costa Rica
rsasso@maccaferri.co.cr
Cel.: (506) 8336-1242 / Tel.: (506) 2244-6090
Figura 1. Tubo geotextil aplicado en desecación de lodos.
La aplicación de tubos geotextiles en
diversas áreas de la ingeniería civil es algo
relativamente nuevo, lo cual ha tomado
una posición importante en los últimos
años y sigue actualmente desarrollándose
y tomando fuerza como una solución muy
atractiva. El gran atractivo de los tubos
geotextiles es su simplicidad; su aplicación se basa en conceptos muy simples
y fáciles de implementar y resulta ser
una solución de bajo costo y alto volumen, en comparación con sus alternativas.
Muchísimas veces se ha visto que la mejor
solución para problemas muy complejos
es la solución más simple y el uso de tubos
geotextiles es el perfecto ejemplo de dicho
fenómeno.
El uso de los tubos geotextiles se centra
en dos áreas principales: el saneamiento
ambiental y las obras marítimas y costeras. El presente artículo hará una breve
descripción del producto MacTube (tubo
geotextil de la empresa Maccaferri), así
como una rápida explicación de sus principales aplicaciones.
Generalidades del MacTube®
Los tubos geotextiles son contenedores de forma cilíndrica fabricados mediante geotextiles tejidos de alta resistencia.
Presentan una gran variedad de longitudes
y circunferencias y además se pueden
variar las características del geotextil que
conforma su cuerpo principal, de modo
que se ajuste a los requerimientos de un
proyecto en particular.
Generalmente, dichos tubos son fabricados con geotextiles tejidos producidos a
través del entrelazamiento de filamentos
de polipropileno de alta tenacidad, en
ángulos rectos, lo cual resulta en un producto inerte a la degradación biológica y
resistente a los ataques químicos (álcalis y
ácidos). Las bocas de entrada son radiales
y cosidas al tubo, facilitando el proceso de
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llenado (varía la cantidad de bocas de llenado dependiendo de la longitud del tubo y
de los requerimientos de la obra).
La figura 1 muestra una imagen de un
tubo geotextil (Maccaferri do Brasil, 2010)
en proceso de llenado aplicado en desecación de lodos. Dicha imagen muestra el
principio básico del funcionamiento de un
tubo geotextil, el cual es el filtrado. Por esto
se entiende que el material entrante al
tubo geotextil tiene un cierto porcentaje de
líquido y otro de sólidos, y al ser el geotextil
un material poroso, se retienen los sólidos
y se filtra el contenido líquido hacia el exterior del tubo.
Dado que el buen funcionamiento de un
sistema de tubos geotextiles (tanto para
desecación de lodos como para protección
costera) depende del buen filtrado del
material, será indispensable verificar que
el geotextil a utilizar tenga una abertura
aparente suficientemente pequeña para
retener los sólidos, además de ser lo permeable para permitir el drenaje del efluente. Aparte de cumplir con las propiedades
hidráulicas requeridas, el geotextil deberá
tener la resistencia mecánica suficiente
que garantice la integridad del tubo, resistiendo cualquier rasgado posible por las
altas tensiones generadas a la hora de
llenado (o inclusive esfuerzos extremos
generados al apilar múltiples tubos uno
encima del otro). El último factor importante a tomar en cuenta respecto al geotextil
es su resistencia a los rayos ultravioleta y
se deberá asegurar que en caso de que el
tubo quede expuesto al sol durante su vida
útil, este mantenga su resistencia y no se
degrade de forma tal que modifique considerablemente sus propiedades mecánicas.
MacTubes® para desecación de
lodos
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Una de las dos principales aplicaciones del MacTubes® es en el área de
saneamiento ambiental, específicamente
la desecación de lodos. Los sistemas de
tratamiento de aguas o de efluentes funcionan como cualquiera proceso industrial
que transforma la materia prima (agua
bruta o efluente) en productos finales
(agua o efluente tratado), y generan, consecuentemente, los residuos resultantes
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de dicho proceso. Por lo general, estos
residuos serán llamados lodos (dependiendo de la cantidad de partículas sólidas) y
dadas sus características (gran porcentaje
de agua) resultan muy difíciles de manejar
y disponer adecuadamente.
El MacTube® propone una solución a
este problema, el cual consta de la desecación de los lodos generados, lo cual facilita
su disposición (o reutilización) final. La idea
general es que se bombean lodos hacia el
MacTube®, se filtra el agua y mediante
este proceso se los deseca (reduciendo
considerablemente el porcentaje de agua
presente). Además, el uso de químicos
(floculantes, coagulantes, clarificadores,
según sea el caso) aumenta la eficiencia del sistema exponencialmente y logra
llegar a incrementos considerables en la
calidad del agua filtrada.
La figura 2 muestra una imagen esquemática de dicho proceso de desecación de
lodos, desde su bombeo, hasta el mezclado de químicos y la inyección de lodos y
químicos a los MacTubes® para su consecuente desecación.
tera son llenados mediante el bombeo de
arena y agua, el agua se filtra y queda un
macizo de arena confinado por un geotextil
de muy alta resistencia.
Una de las posibles aplicaciones de los
MacTubes en protección costera es conformar el núcleo de una duna artificial.
Además, se pueden utilizar para conformar
el núcleo de estructuras de protección costera como rompeolas, espigones, diques
costeros, etc., o inclusive aplicarse sin
recubrimiento alguno en casos como rompeolas sumergidos o arrecifes artificiales.
MacTubes® para protección costera
Los problemas asociados a la erosión
costera son cada día más críticos y es
indispensable el desarrollo de nuevas técnicas para solucionar y mitigar los efectos
asociados. Los procesos de dinámica costera hoy en día son mucho más predecibles
y han sido sometidos a rigurosos estudios
y métodos de modelación numérica, lo
cual nos permite diseñar una variedad de
soluciones con mucha más exactitud que
en el pasado.
El uso de tubos geotextiles como estructuras de protección costera tiene grandes
beneficios sobre métodos tradicionales y
logra maximizar la eficiencia constructiva
y, en muchos casos, reducir costos considerablemente.
El uso de tubos geotextiles tiene una muy
clara y simple ventaja sobre cualquier otra
solución equivalente en aplicaciones marítimas y costeras, y es el hecho de que se
llenan con arena (la cual abunda en estas
zonas), de esa manera se evita la importación de materiales diversos al sitio. Los
MacTubes® aplicados a la protección cos-
Figura 2. Descripción general del sistema de
desecación de lodos mediante MacTubes®.