manual de diseÑo con geosintÉticos

manual de diseño

con geosintét icos

Octava Edición

derechos reservados

® departamento de ingeniería - geosistemas

geosistemas Pavco s.a., una empresa mexichem

Bogotá d.c. - colombia

octava edición, junio de 2009

diseño y diagramación

norte gráfico

impresión

Zetta comunicadores s.a.

Prohibida la reproducción total o parcial de este libro,

por cualquier medio, sin autorización escrita del autor.

PRÓLOGO 1

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN A LOS GEOSINTÉTICOS 3

1.1 intRoducciÓn 5

1.2 geoteXtiles 5

1.3 geomallas coeXtRuÍdas 14

1.4 geomalla de FiBRa de vidRio 17

1.5 geocomPuestos de dRenaJe 18

1.6 geomemBRanas 20

1.7 mantos PaRa contRol de eRosiÓn 23

CAPÍTULO 2 NORMAS DE ENSAYO Y ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIÓN 25

noRmas de ensaYo 29

2.1 método PaRa la deteRminaciÓn de la caRga de RotuRa Y la elongaciÓn

de geoteXtiles (método gRaB) astm d-4632, inv e – 901 29

2.2 método PaRa la deteRminaciÓn del Índice de Resistencia al PunZonamiento

de geoteXtiles, geomemBRanas Y PRoductos Relacionados astm d-4833, inv e – 902 31

2.3 método PaRa la deteRminaciÓn de la Resistencia al Rasgado tRaPeZoidal

de geoteXtiles astm d-4533, inv e – 903 32

2.4 método PaRa la deteRminaciÓn de la Resistencia al estallido de geoteXtiles

(método del diaFRagma HidRÁulico – mullen BuRst) astm d-3786, inv e – 904 33

2.5 método PaRa la deteRminaciÓn de la PeRmeaBilidad al agua de los geoteXtiles

PoR medio de la PeRmitividad astm d-4491, inv e – 905 35

2.6 método de ensaYo estÁndaR PaRa deteRminaR el esPesoR nominal de geoteXtiles

Y geomemBRanas astm d-5199, inv e – 906 37

2.7 método estÁndaR PaRa la deteRminaciÓn del tamaño de aBeRtuRa aPaRente

(taa) de un geoteXtil astm d-4751, inv e – 907 38

2.8 método de muestReo de geosintéticos PaRa ensaYos astm d-4354 Y 4439, inv e – 908 40

2.9 PRÁctica PaRa estaBleceR la conFoRmidad de esPeciFicaciones de geosintéticos

astm d- 4759 Y 4439, inv e – 909 41

taBla de contenido

2.10 método de ensaYo PaRa mediR el deteRioRo de geoteXtiles a la eXPosiciÓn de luZ

ultRavioleta Y agua, (aPaRato del tiPo aRco Xenon) astm d-4355, inv e – 910 42

2.11 método estÁndaR PaRa deteRminaR la RetenciÓn de asFalto de geoteXtiles usados

en RePavimentaciones asFÁlticas astm d-6140, inv e – 911 44

2.12 método estÁndaR PaRa mediR la masa PoR unidad de ÁRea de geoteXtiles

astm d-5261, inv e – 912 45

2.13 método de ensaYo estÁndaR PaRa deteRminaR la Resistencia al PunZonamiento

estÁtica de geoteXtiles usando un PistÓn de PRueBa de 50mm de diÁmetRo astm d-6241,

inv e – 913 46

2.14 método de ensaYo estÁndaR PaRa deteRminaR el coeFiciente de FRicciÓn suelo -

geosintético Y geosintético - geosintético PoR el método de coRte diRecto

astm d 5321 – 02 47

2.15 método de ensaYo PaRa deteRminaR la tasa de FluJo Y la tRansmisividad

HidRÁulica de un geosintético utiliZando una caBeZa constante astm d 4716 – 03 49

2.16 medida del Potencial de colmataciÓn de un sistema suelo – geoteXtil PoR

la vaRiaciÓn del gRadiente HidRÁulico astm d 5101 – 90 51

esPeciFicaciones de constRucciÓn 55

sePaRaciÓn de suelos de suBRasante Y caPas gRanulaRes con geoteXtil 55

estaBiliZaciÓn de suelos de suBRasante Y caPas gRanulaRes con geoteXtil 61

PavimentaciÓn Y RePavimentaciÓn con geoteXtiles 67

suBdRenes con geoteXtil Y mateRial gRanulaR 75

PRoductos enRollados PaRa contRol de eRosiÓn 83

CAPÍTULO 3 METODOLOGÍAS DE DISEÑO 91

3.1 diseño PoR costos Y disPoniBilidad 93

3.2 diseño PoR eXPeRiencia o método emPÍRico 93

3.3 diseño PoR esPeciFicaciones 93

3.4 diseño PoR FunciÓn 95

CAPÍTULO 4 SEPARACIÓN Y ESTABILIZACIÓN DE SUBRASANTES EN VÍAS 101

4.1 geneRalidades 103

4.2 intRoducciÓn 103

4.3 metodologÍa de diseño 104

4.4 eJemPlo de diseño 114

4.5 eJemPlo de RelaciÓn BeneFicio – costo 119

CAPÍTULO 5 REFUERZO EN VÍAS CON GEOTEXTIL 125



5.3 Funciones del geoteXtil 128

5.4 consideRaciones PaRa el diseño 130


5.6 eJemPlo de diseño con RelaciÓn BeneFicio - costo 138

5.7 conclusiones 144

CAPÍTULO 6 REFUERZO EN VÍAS CON GEOMALLAS BIAXIALES COEXTRUÍDAS 147



6.3 mecanismos de ReFueRZo geneRados PoR las geomallas 150

6.4 método aasHto PaRa Pavimentos FleXiBles 151

6.5 ensaYo a escala Real de una estRuctuRa ReFoRZada con geomalla

BiaXial coeXtRuÍda 154

6.6 método aasHto PaRa diseño de Pavimentos FleXiBles ReFoRZados con

geomallas coeXtRuÍdas tenaX 157


CAPÍTULO 7 PAVIMENTACIÓN Y REPAVIMENTACIÓN CON GEOSINTÉTICOS 163

7.1 antecedentes 165

7.2 Funciones del geoteXtil 165

7.3 Funciones de la geomalla de FiBRa de vidRio 167

7.4 tiPo Y nivel de seveRidad de las Fallas del Pavimento 168

7.5 eFectos del agRietamiento 169

7.6 asFaltos 170

7.7 PRocedimiento de instalaciÓn 175

7.8 eJemPlo de diseño con RelaciÓn BeneFicio - costo 185

CAPÍTULO 8 SISTEMAS DE SUBDRENAJE PARA VÍAS CON GEOTEXTIL Y MATERIAL GRANULAR 189



8.3 metodologÍa de diseño de suBdRenaJes 192


8.5 eJemPlo de RelaciÓn BeneFicio - costo 205

aneXo 1 cÁlculo del caudal 211

CAPÍTULO 9 SISTEMAS DE SUBDRENAJE CON GEODRÉN 225



9.3 metodologÍa de diseño de sistemas de dRenaJe con geodRén 228

9.4 eJemPlos de diseño 244

9.5 eJemPlo de RelaciÓn BeneFicio – costo 264

aneXo 1 geodRén vs. secciÓn dRen FRancés en FunciÓn del caudal 266

aneXo 2 guÍa PaRa el cÁlculo de longitud de descaRga en geodRenes 269

aneXo 3 cuRvas de intensidad - duRaciÓn - FRecuencia 278

aneXo 4 cuRvas sinteticas RegionaliZadas de intensidad-duRaciÓn –FRecuencia

PaRa colomBia 282

CAPÍTULO 10 MUROS DE CONTENCIÓN REFORZADOS CON GEOSINTÉTICOS 289




10.4 eJemPlo RelaciÓn BeneFicio – costo 319

CAPÍTULO 11 REFUERZO DE TALUDES 323


11.2 oBJetivo 326


11.4 consideRaciones de diseño 327

11.5 PRocedimiento de diseño 328


CAPÍTULO 12 REFUERZO DE TERRAPLENES SOBRE SUELOS BLANDOS 341





CAPÍTULO 13 REFUERZO DE CIMENTACIONES CORRIDAS CON GEOSINTÉTICOS 355





13.5 PRocedimiento PaRa el diseño de cimentaciones ReFoRZadas 365


CAPÍTULO 14 PROTECCIÓN DE GEOMEMBRANAS 371





CAPÍTULO 15 GEOMEMBRANAS 381




CAPÍTULO 16 CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES, CANALES Y MÁRGENES DE RÍOS CON GEOSINTÉTICOS 393



16.3 soluciones PaRa contRol de eRosiÓn 397

16.4 metodologÍa de diseño PaRa mantos PeRmanentes 400

16.5 metodologÍa de diseño PaRa geoestRuctuRa 407

APÉNDICE A ESPECIFICACIONES TÉCNICAS 417

1

PRÓlogo

el uso de los geosintéticos en américa latina ha tenido en los últimos años un gran incremento respondiendo a una

necesidad que cada vez se hace más crítica en los proyectos de ingeniería, la cual consiste en la ejecución de obras

civiles con una alta calidad técnica, buscando un equilibrio económico y disminuyendo el impacto ambiental con

productos o sistemas que promuevan la protección del medio ambiente.

la tecnología de los geosintéticos se ha convertido en una alternativa para solucionar los problemas tanto técnicos

como económicos de los proyectos de ingeniería y su implementación se ha hecho en la mayoría de los casos de forma

empírica, retomando resultados de experiencias en proyectos anteriores. Bajo este concepto, en muchas ocasiones los

geosintéticos han sido una solución exitosa pero en algunos casos la falta de conocimiento y de una metodología de

diseño que permita definir los requerimientos de estos materiales de acuerdo con las condiciones particulares de cada

proyecto, no ha permitido que los beneficios de esta tecnología sean aprovechados en su total magnitud.

geosistemas Pavco s.a. desde hace mas de veinte años, ha estudiado y analizado el comportamiento de los

geosintéticos en las diferentes aplicaciones, haciendo inversiones tecnológicas y liderando trabajos de investigación

que amplíen el conocimiento en el campo de los geosintéticos para ofrecer cada día productos que cumplan los más

elevados estándares de calidad a escala mundial.

el departamento técnico ofrece total asesoría en el estudio y diseño para una aplicación eficaz de geosintéticos,

promoviendo sus capacidades y formulando diseños preliminares que permitan definir requerimientos técnicos de

acuerdo con cada tipo de obra. como resultado de este proceso, geosistemas Pavco s.a. presenta a la ingeniería

latinoamericana metodologías de diseño para separación y estabilización de vías, refuerzo en vías con geotextiles y

geomallas, pavimentación y repavimentación, sistemas de subdrenaje, refuerzo en muros de contención, refuerzo

de taludes, refuerzo de terraplenes sobre suelos blandos, refuerzo de cimentaciones, protección de geomembranas

y aplicaciones de control de erosión enfocados en la utilización de geosintéticos que permitan de ésta forma adquirir

los conocimientos técnicos necesarios para el correcto uso de estos materiales.

a manera de presentación de ésta tecnología se hace una breve introducción a los geosintéticos, su composición, clasificación

y propiedades mecánicas. se muestran algunos principios constructivos y de instalación y se mencionan algunas normativas

vigentes que involucran aspectos técnicos, mecánicos, constructivos en obras principalmente de tipo vial.

Posteriormente se inicia la parte de diseño con un capítulo introductorio a todas las diferentes formas que existen para

realizar diseño con geosintéticos, ya que este concepto es de vital importancia para obtener un buen funcionamiento

de los mismos en sus diferentes aplicaciones.

se presentan las metodologías de diseño para cada una de las aplicaciones de geosintéticos, inicialmente con

separación y estabilización de vías cuyo objetivo es lograr determinar técnicamente las propiedades del geotextil

que logre incrementar la vida útil de la estructura y evitar el deterioro prematuro debido a la contaminación de los

materiales seleccionados.

el manual de refuerzo en vías propone mejorar las condiciones estructurales de los pavimentos mediante un método

de diseño racional que involucra la utilización de geotextiles mejorando las condiciones de servicio y operación al

mismo tiempo que lograr aumentar la vida útil de la vía. de esta misma forma el capítulo de refuerzo con geomallas

plantea mejorar el sn de la estructura bajo la metodología aasHto-93.

el manual de pavimentación y repavimentación define las funciones de impermeabilización y membrana

amortiguadora de esfuerzos del geotextil y la capacidad de prolongación de vida útil de la estructura asfáltica por

el uso de la geomalla de fibra de vidrio. adicionalmente se describe el proceso constructivo que permite la correcta

aplicación de los geotextiles y geomallas en obras de mantenimiento vial.

Resaltando la importancia del drenaje en las obras de infraestructura, la guía de diseño de sistemas de subdrenaje

(subdrén francés y geodrén) plantea la manera de dimensionar estos sistemas y determinar las especificaciones de

los geosintéticos a usar con el fin de obtener la solución técnica y económicamente más conveniente.

en la guía de diseño de muros de contención en suelo reforzado se presenta un método de diseño para el cálculo de

la estabilidad interna, en donde se establecen los espesores de cada capa y las cantidades de geosintético a utilizar

dependiendo de las características del suelo de relleno y de las condiciones particulares del sitio del proyecto.

la guía de refuerzo de taludes en terraplenes busca establecer los espesores de capa y longitudes de geotextil

necesarios para garantizar la estabilidad interna de taludes en terraplenes.

en el capítulo de terraplenes sobre suelos blandos se muestra como el geotextil puede contribuir con su característica

de resistencia a la tensión a la estabilidad de suelos con baja capacidad portante que se utilizan como fundación

para terraplenes o cualquier otra estructura.

la metodología de refuerzo de cimentaciones con geosintéticos permite incrementar las capacidades de los suelos

para trabajar con menores anchos de cimientos, contribuyendo también a que los asentamientos que se pueden

generar por las estructuras sean homogéneos en toda la extensión de cualquier proyecto.

debido a que las geomembranas, uno de los geosintéticos que se considera como impermeable, es poco resistente

al punzonamiento, el capítulo de protección de gomembranas esta enfocado a diseñar el geotextil no tejido

punzonado por agujas que sea más adecuado para proteger la geomembrana.

es importante diseñar la geomembrana más adecuada para los sistemas de impermeabilización, teniendo en cuenta

todos los datos del proyecto donde será instalada y por eso se elaboró el capítulo de geomembranas.

los geosintéticos entran a formar parte de soluciones para control de erosión con mantos temporales y permanentes

para taludes y canales, las geoestructuras como sistemas de protección de riberas permiten utilizar los materiales

disponibles de los rios, mares, etc.

en el mundo existen diversos métodos de diseño para cada una de las aplicaciones mencionadas anteriormente, sin

embargo después de un estudio profundo de cada una de ellas, las que aquí se presentan son las que consideramos

más se ajustan a las condiciones geomorfológicas y a los suelos tropicales de nuestros países donde además en la

historia de los materiales de construcción no se contaba con un material que haya mostrado un desarrollo tecnológico

tan avanzado y un volumen de utilización tan grande como los geosintéticos. día a día surgen mayores aplicaciones,

demostrando los beneficios técnicos y económicos por su utilización. sin lugar a duda, este libro será una buena

herramienta de trabajo que permita un mejor entendimiento y una optimización en el diseño con geosintéticos.

1intRoducciÓn a

los geosintét icos

c a P Í t u l o

D E D I S E Ñ OMANUAL Y SOFTWARE

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1.1 INTRODUCCIÓN

geosintético es un producto en el que, por lo menos, uno de sus componentes es a base de polímero sintético o

natural, y se presenta en forma de filtro, manto, lámina o estructura tridimensional, usada en contacto con el suelo

o con otros materiales dentro del campo de la geotecnia o de la ingeniería civil.

existen varios campos de aplicación de los geosintéticos en el mundo de la construcción y la edificación como

son: obras viales, obras hidráulicas, sistemas de control de erosión, aplicaciones medioambientales, entre otras. la

fabricación de los geosintéticos comprende procedimientos principalmente de extrusión, tecnología textil y/o ambas

tecnologías: textil y plástica.

los geosintéticos se derivan de fibras artificiales, compuestos básicamente de polímetros como polipropileno,

poliéster, poliamida y polietileno, siendo los 2 primeros los de mayor utilización en la actualidad.

los tipos de geosintéticos más comunes utilizados en el campo de la ingeniería son los geotextiles, las geomallas,

las geomembranas, las georedes, geocompuestos y mantos para control de erosión derivados de la unión de las

características y cualidades de cada uno de los anteriores.

1.2 GEOTEXTILES

dentro del grupo de los geosintéticos tenemos los geotextiles que se definen como “un material textil plano,

permeable polimérico (sintético o natural) que puede ser no tejido, tejido o tricotado y que se utiliza en contacto

con el suelo (tierra, piedras, etc.) u otros materiales en ingeniería civil para aplicaciones geotécnicas”.

1.2.1 Clasificación

1.2.1.1 Clasificación según su método de fabricación

a. Geotextiles Tejidos

son aquellos formados por cintas entrecruzadas en una máquina de tejer. Pueden ser tejidos de calada o tricotados.

los tejidos de calada son los formados por cintas de urdimbre (sentido longitudinal) y de trama (sentido transversal).

su resistencia a la tracción es de tipo biaxial (en los dos sentidos de su fabricación) y puede ser muy elevada (según

las características de las cintas empleadas). su estructura es plana.

los tricotados están fabricados con hilo entrecruzado en máquinas de tejido de punto. su resistencia a la tracción

puede ser multiaxial o biaxial según estén fabricados en máquinas tricotosas y circulares, o Ketten y Raschel. su

estructura es tridimensional.

b. Geotextiles No Tejidos

están formados por fibras o filamentos superpuestos en forma laminar, consolidándose esta estructura por distintos

sistemas según cual sea el sistema empleado para unir los filamentos o fibras. los geotextiles no tejidos se clasifican

a su vez en:

• GeotextilesNoTejidosligadosmecánicamenteopunzonadosporagujas

• GeotextilesNoTejidosligadostérmicamenteotermosoldados

• GeotextilesNoTejidosligadosquímicamenteoresinados

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1.2.1.2 Clasificación de los geotextiles según su composición

las fibras que más se emplean son las sintéticas, siendo por ello que siempre tendemos a asociar al geotextil con

fibras o filamentos sintéticos. sin embargo al existir gran diversidad de aplicaciones, también se fabrican con fibras

naturales y artificiales.

a. Fibras naturales

Pueden ser de origen animal (lana, seda, pelos...) vegetal (algodón, yute, coco, lino...) que se utilizan para la fabricación

de geotextiles biodegradables utilizados en la revegetación de taludes, por ejemplo, en márgenes de ríos etc.

b. Fibras artificiales

son las derivadas de la celulosa. son el rayón, la viscosa y el acetato.

c. Fibras sintéticas

cuando al geotextil se le exige durabilidad, se fabrica con fibras o filamentos obtenidos de polímeros sintéticos.

los geotextiles fabricados con estos polímeros son de gran durabilidad y resistentes a los ataques de microorganismos

y bacterias.

los más empleados son el polipropileno, poliéster, polietileno, poliamida y poliacrílico.

1.2.2 Procesos de fabricación

el papel de los fabricantes en el conocimiento y crecimiento del mercado de los geotextiles ha sido grande y positivo. se

han desarrollado muchos tipos de fibras y estilos de tejidos, tanto para uso general como para aplicaciones específicas.

Hay tres factores que son importantes para los fabricantes: clase de polímero, tipo de filamentos y el tipo de proceso

productivo.

a. Clase de polímero

el polímero usado en la fabricación de un geotextil puede ser de los siguientes tipos de resina, listados en orden de

uso decreciente, según Robert m. Koerner en su libro “designing With geosynthetics” Quinta edición.

Polipropileno 92%

Poliéster 5%

Polietileno 2%

Poliamida (nylon) 1%

b. Tipo de filamentos

el polímero seleccionado se transforma en un fundido por calor y presión, luego se obliga a pasar a través de un

molde. del molde salen fibras o una cinta plana en estado semilíquido e inmediatamente se produce un enfriamiento

por aire o agua transformando el producto del molde en un elemento sólido pero elongable, simultáneamente el

material sufre un estirado el cual reduce sus dimensiones en cuanto a ancho o espesor y ocasiona un ordenamiento

de las moléculas. de esta forma se incrementa la resistencia de los filamentos en sentido longitudinal, su elongación

a la ruptura disminuye y su módulo se incrementa. modificando estas variables se pueden alcanzar una gran

variedad de posibilidades de la característica esfuerzo vs. deformación. (esos monofilamentos cuando están en

forma de fibras se pueden trenzar juntos para formar una hebra multifilamento).

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el calibre de la fibra o de la cinta se define por su denier. el denier es el peso en gramos de 9000 m de filamentos.

las fibras pueden producirse cortadas o en filamento continuo, ambos tipos de fibra salen como un mazo de hebras

del molde, en el caso de las cortadas en un paso posterior se cortan en longitudes entre 25 a 100 mm para luego

ser procesadas en equipos de mezclado, cardado y punzonado, en el caso del filamento continuo simplemente se

extienden y se alimentan inmediatamente al siguiente proceso que es el punzonado.

también con esas fibras se pueden producir unos hilos entrelazados o entrelazar filamentos continuos obteniendo

otras propiedades que luego serán tejidos.

el último tipo de filamentos a mencionarse son las llamadas películas ó cintas “ranuradas” en el molde, las cuales

se fabrican de una lámina continua de polímero que se corta en cintas mediante cuchillas y luego se enconan en

carretes que seguirán los procesos de urdido y tejeduría.

Figura 1.1 tipos de fibras utilizadas en la construcción de geotextiles.

en resumen, los principales filamentos usados en la construcción de geotextiles son monofilamentos cortados

(fibra cortada), multifilamento (filamento continuo), hilos de fibras (fibra cortada), hilos de filamento continuo

entrelazados, hilos de multifilamentos entrelazados y cinta plana ranurada. (ver Figura 1.1).

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a. monofilamento tejido b. monofilamento tejido calandrado

c. multifilamento tejido d. tejido Plano

e. no tejido punzonado por agujas f. no tejido unido por calor

Figura 1.2 vista microscópica de algunos tipos de geotextiles tejidos y no tejidos.

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c. Tipo de proceso productivo

una vez se han fabricado los filamentos, estos se convierten en telas no tejidas o tejidas dependiendo del proceso

posterior.

Geotextiles Tejidos

Para los geotextiles tejidos se trabajan cintas o hilos en un telar, la clase particular del tejido se determina por la

secuencia en la cual los filamentos de la urdimbre y de la trama son entrecruzados (tejidos) en el telar.

un tejido se compone de dos cintas, la urdimbre que va en sentido longitudinal (la dirección en que se fabrica el

tejido, la “larga“) y la trama que va en sentido transversal (la dirección “corta“), la urdimbre ingresa al telar por

su parte posterior a través de unos elementos separadores y organizadores llamados laminillas y cruzan los lizos,

los peines e ingresan a la mesa del telar en donde se entretejen con las tramas, las cuales son aportadas desde un

lado del telar, las urdimbres se cruzan en dos grupos unas suben y otras bajan dejando un espacio por donde pasa

la trama (el “relleno“) transportada por un elemento llamado proyectil, luego las urdimbres vuelven y se cruzan

“aprisionando” la trama y se repite el ciclo formado el tejido.

el orillo (borde de la tela donde la trama regresa un pequeño tramo) garantiza que el tejido conserve su estructura

planeada.

dentro de los geotextiles tejidos se pueden especificar diferentes modalidades:

• GeotextilTejidoplano:

Fabricado mediante el tejido de cintas por un procedimiento textil de una película cortada polimérica extruída. es el

tejido más simple y común, conocido también como “uno arriba y uno abajo”.

• GeotextilTejidocanasta:

este tejido usa dos o más urdimbres y/o tramas de relleno como si fuera una sola cinta. Por ejemplo, un tejido canasta

pueden ser dos por dos urdimbres y tramas o dos tramas y un urdimbre, actuando como unidades individuales.

Geotextiles No Tejidos

la fabricación de telas no tejidas es muy diferente de las telas tejidas. cada sistema de fabricación no tejido

generalmente incluye cuatro pasos básicos: preparación de la fibra, formación del velo, consolidación del velo y

tratamiento posterior.

los geotextiles no tejidos pueden ser de fibra cortada ó filamento continuo, los de fibra cortada se obtienen a partir

de fibras de longitud comprendida entre 50 y 150 mm y los de filamento continuo se obtienen por extruído directo

de un polímero y formación de la napa o velo.

existen básicamente tres clases de procesos de fabricación:

• GeotextilesNoTejidospunzonadosporagujas:

se forman a partir de un entrelazado de fibras o filamentos mezclados aleatoriamente, conformando lo que se

denomina como velo o napa, el cual se consolida al pasar por un tablero de agujas en la máquina punzonadora,

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dichas agujas se mueven en sentido alternativo, subiendo y bajando a altas velocidades penetrando en la napa y

entrelazando las fibras, esto se obtiene por que el perfil de las agujas no es regular, si no que están provistas de

unas espigas o salientes en dirección a su sentido de penetración, lo cual hace penetrar a las fibras sin ilevárselas en

su movimiento de retroceso. la frecuencia de golpes o penetraciones de las agujas va consolidando el geotextil no

tejido. los geotextiles fabricados por este proceso tienen buenas características mecánicas manteniendo en parte el

espesor de la napa el cual les confiere mayor estructura tridimensional, gran elongación (pueden estirarse desde un

40% hasta un 120% o más, antes de entrar en carga de rotura) lo que les proporciona muy buena adaptabilidad

a las desuniformidades de los terrenos, unas excelentes propiedades para protección, (suele denominarse efecto

colchón) y muy buenas funciones de filtración y separación.

• GeotextilesNoTejidostermosoldados:

se forman a partir de una napa o velo en la que la unión de fibras y consolidación del geotextil se logra por fusión

de las fibras y soldadura en los puntos de intersección mediante un calandrado a temperatura elevada. su espesor

y su elongación son sensiblemente inferiores a la de los agujados, por lo cual su transmisividad y permeabilidad son

menores, tienen buenas propiedades mecánicas y poca flexibilidad (son algo rígidos).

• GeotextilesNoTejidosligadosquímicamente:

la unión entre sus filamentos se consigue incorporando ligantes químicos o resinas. este sistema no se utiliza para

la fabricación de geotextiles de protección y separación, puesto que en su composición (de los de protección)

deben de evitarse elementos químicos distintos a los polímeros que pudiesen alterar sus propiedades y provoquen

incompatibilidades químicas con otros materiales con los que pudiese estar en contacto. su empleo esta muy poco

extendido debido a su elevado costo.

1.2.3 Funciones y campos de aplicación

el uso de los geotextiles tejidos y no tejidos en los diferentes campos de aplicación pueden definirse mediante las

funciones que va a desempeñar. en la mayoría de las aplicaciones el geotextil puede cumplir simultáneamente varias

funciones, aunque siempre existirá una principal que determine la elección del tipo de geotextil que se debe utilizar.

a continuación se describen las distintas funciones y aplicaciones que pueden desempeñar los geotextiles, así como

las exigencias mecánicas e hidráulicas necesarias para su desarrollo.

1.2.3.1 Función de separación

esta función, desempeñada por los geotextiles consiste en la separación de dos capas de suelo de diferentes propiedades

geomecánicas (granulometría, densidad, capacidad, etc.) evitando permanentemente la mezcla de material.

a continuación se referencian las aplicaciones de Robert m. Koerner en su libro “designing With geosynthetics”-

Quinta edición.

• Entrelasubrasanteylabasedepiedraencaminosypistasdeaterrizajenopavimentados.

• Entrelasubrasanteylabasedepiedraencaminosypistasdeaterrizajepavimentados.

• Entrelasubrasanteyelbalastoenvíasférreas

• Entrerellenosycapasdebasedepiedra.

• Entregeomembranasycapasdedrenajedepiedra

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• Entrelacimentaciónyterraplenesdesueloscomosobrecargas

• Entrelacimentaciónyterraplenesdesuelospararellenosdecaminos

• Entrelacimentaciónyterraplenesdesuelosparapresasdetierrayroca

• Entrelacimentaciónycapasdesueloencapsuladas

• Entrelossuelosdecimentaciónymurosderetenciónrígidos

• Entrelossuelosdecimentaciónymurosderetenciónflexibles

• Entrelossuelosdecimentaciónypilasdealmacenamiento

• Entretaludesybermasdeestabilidadaguasabajo

• Debajodeáreasdesardineles

• Debajodeáreasdeestacionamiento

• Debajodecamposdeportivosydeatletismo

• Debajodebloquesprefabricadosypanelesparapavimentosestéticos

• Entrecapasdedrenajeenmasasdefiltropobrementegradado

• Entrediversaszonasdepresasentierra

• Entrecapasantiguasynuevasdeasfalto

1.2.3.2 Función refuerzo

en esta función se aprovecha el comportamiento a tracción del geotextil para trabajar como complemento de las

propiedades mecánicas del suelo, con el fin de controlar los esfuerzos transmitidos tanto en la fase de construcción

como en la de servicio de las estructuras.

el geotextil actúa como un elemento estructural y de confinamiento de los granos del suelo, permitiendo difundir y

repartir las tensiones locales. estas acciones aumentan la capacidad portante y la estabilidad de la construcción.


Quinta edición.

Refuerzo de suelos débiles y otros materiales

• Sobresuelosblandosparacaminosnopavimentados

• Sobresuelosblandosparacamposdeaterrizaje

• Sobresuelosblandosparavíasférreas

• Sobresuelosblandospararellenos

• Sobresuelosblandosencamposdeportivosydeatletismo

• Sobresuelosheterogéneos

• Sobrerellenosinestablescomosistemasdecerramiento

• Paraconfinamientolateraldebalastoenvíasférreas

• Paraenvolversuelosensistemasdetelasencapsuladas

• Paraconstruirmurosensueloreforzado

• Parareforzarterraplenes

• Paraayudarenlaconstruccióndetaludespronunciados

• Parareforzarpresasdetierrayroca

• Paraestabilizacióntemporaldetaludes

• Paradetenerodisminuirlareptaciónentaludesdesuelo

• Parareforzarpavimentosflexiblesconjuntas

• Comorefuerzobasalenáreascársticas

• Comorefuerzobasalentrecabezotesdepilotesdecimentación

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• Parahacerunefectode“puente”entrerocasagrietadasydiaclasas

• Paramantenercolchonesdefiltrodepiedragradada

• Comosubestratodebloquesarticuladosdeconcreto

• Paraestabilizarpatiosdealmacenamientonopavimentadosyáreasdedescanso

• Paraanclarpanelesfrontalesenmurosdetierrareforzada

• Paraanclarbloquesdeconcretoenmurosderetenciónpequeños

• Paraprevenirelpunzonamientodegeomembranasporsuelos

• Paraprevenirelpunzonamientodegeomembranaspormaterialesderellenoobasedepiedra

• Paracreartaludeslateralesmásestablesdebidoalaaltaresistenciafriccionante

• Pararetenersuelosblandosenlaconstruccióndepresasdetierra

• Comomembranasensuelosencapsulados

• Paralacompactaciónyconsolidaciónin-situdesuelosmarginales

• Parahacerunefectode“puente”sobrerellenosirregularesduranteelcerramientodelsitio

• Paraayudarenlacapacidadportantedecimentacionessuperficiales

1.2.3.3 Función de drenaje

consiste en la captación y conducción de fluidos y gases en el plano del geotextil.

la efectividad del drenaje de un suelo dependerá de la capacidad de drenaje del geotextil empleado y del gradiente

de presiones a lo largo del camino de evacuación del fluido.

Para realizar el drenaje satisfactoriamente el espesor debe ser suficiente al aumentar la tensión normal al plano

de conducción. adicionalmente el geotextil debe impedir el lavado ó transporte de partículas finas, las cuales al

depositarse en él, reducen su permeabilidad horizontal. además debe garantizar el transporte de agua en su plano

sin ocasionar grandes pérdidas de presión.


Quinta edición.

• Comoundrenchimeneaenunapresadetierra

• Comounagaleríadedrenajeenunapresadetierra

• Comouninterceptordedrenajeparaflujohorizontal

• Comounacubiertadedrenajedebajodeunrellenodesobrecarga

• Comoundrendetrásdeunmuroderetención

• Comoundrendetrásdelbalastodevíasférreas

• Comoundrendeaguadebajodegeomembranas

• Comoundrendegasdebajodegeomembranas

• Comoundrendebajodecamposdeportivos

• Comoundrenparajardinesdetecho

• Comoundisipadordepresióndeporosenrellenosdetierra

• Enreemplazodedrenesdearena

• Comounabarreracapilarenáreassensiblesalcongelamiento

• Comounabarreracapilarparalamigracióndesalesenáreasáridas

• Paradisiparelaguadefiltracióndelassuperficiesdesueloórocaexpuestas

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1.2.3.4 Función filtro

esta función impide el paso a través del geotextil de determinadas partículas del terreno (según sea el tamaño de

dichas partículas y el del poro del geotextil) sin impedir el paso de fluidos o gases. en la práctica se utiliza el geotextil

como filtro en muchos sistemas de drenaje. en los embalses con sistema de drenaje en la base, a fin de localizar

posibles fugas, se utiliza como filtro en los tubos de drenaje a fin de evitar el taponamiento de los orificios de drenaje

de dichos tubos.


Quinta edición.

• Enlugardefiltrodesuelogranular

• Debajodebasedepiedrasparacaminosypistasdeaterrizajenopavimentados

• Debajodebasedepiedraparacaminosypistasdeaterrizajepavimentados

• Debajodebalastoenvíasférreas

• Alrededordepiedrapicadaquerodealossubdrenes

• Alrededordepiedrapicadasinsubdrenes(Drenesfranceses)

• Alrededordepiedraytuberíaperforadaenpisosdeadoquines

• Debajoderellenossanitariosparaloslixiviados

• Parafiltrarrellenoshidráulicos

• Comoproteccióncontralossedimentos

• Comocortinaalossedimentos

• Comobarreracontralanieve

• Comounencofradoflexibleparacontenerarena,inyecciónoconcretoensistemasdecontroldeerosión

• Comounencofradoflexibleparareconstruirpilotesdeteriorados

• Comounencofradoflexiblepararestaurarlaintegradenlamineríasubterránea

• Comounencofradoflexiblepararestaurarlacapacidadportantedepilaressocavadosdepuentes

• Paraprotegerelmaterialdedrenajeenchimeneas

• Paraprotegerelmaterialdedrenajeengalerías

• Entreelsueloderellenoyvacíosenmurosderetención

• Entreelsueloderellenoymurosdegaviones

• Alrededordenúcleosmoldeadosengeodrenes

• Alrededordenúcleosmoldeadosendrenesdezanja

• Contrageoredesparaprevenirlaintrusióndelsuelo

1.2.3.5 Función protección

Previene o limita un posible deterioro en un sistema geotécnico. en los embalses impermeabilizados este sistema

geotécnico se denomina pantalla impermeabilizante y está formado por el geotextil y la geomembrana. el geotextil

protege a la geomembrana de posibles perforaciones o roturas, al formar una barrera antipunzonante bajo la acción

de la presión de la columna de agua durante la explotación del embalse, del paso de personal y maquinaria durante

la construcción, mantenimiento, posibles reparaciones, etc. también evita las perforaciones que podría ocasionar el

crecimiento de plantas debajo de la pantalla impermeabilizante.

de igual forma, protege a la geomembrana del rozamiento con el soporte que se produce durante las sucesivas

dilataciones y contracciones que experimenta por efecto de las variaciones térmicas. la lámina impermeabilizante se

adapta a las irregularidades del terreno. las irregularidades pronunciadas implican una tensión en la lámina la cual

a su vez causa una pérdida de espesor en la misma dando origen a puntos débiles en los que se podrían producir

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posibles perforaciones o roturas causadas por objetos punzantes del terreno. la interposición del geotextil evitará la

pérdida de estanqueidad que se produciría por todas estas causas.

1.2.3.6 Función de impermeabilización

esta función se consigue desarrollar mediante la impregnación del geotextil con asfalto u otro material

impermeabilizante sintético.

el geotextil debe tener la resistencia y rigidez necesaria para la colocación del mismo, así como la capacidad de

deformación suficiente para compensar las tensiones térmicas.

1.2.4 Uso de geotextiles en Norteamérica por aplicación

la tabla 1.1 registra el crecimiento que ha tenido la utilización de geotextiles en norteamérica hasta el año 2.000.

actualmente se estima que el mercado de los geotextiles al año se debe acercar a los 500 millones de metros

cuadrados; similar a las cifras que se deben manejar en europa. en el resto del mundo se calcula que se tiene un

consumo aproximado del 50% del mercado de norteamérica.

Tabla 1.1 Utilización de los geotextiles en Norte América por área de aplicación

* en millones de metros cuadrados

Fuente: design With geosynthetics, Quinta edición.

1.3 GEOMALLAS COEXTRUÍDAS

existen diversos métodos para aumentar la capacidad de carga de suelos blandos. uno de estos, antiguo y todavía

efectivo, consiste en reforzar el suelo mediante confinamiento lateral de las partículas de material y aumentar su

resistencia a la tensión. tradicionalmente estos efectos se obtenían usando ramas trenzadas o colocando troncos de

forma perpendicular.

la tecnología actual, permite el uso de productos sintéticos diseñados específicamente para obtener el mismo efecto

de confinamiento lateral y resistencia a la tensión, como pueden ser las geomallas bi-orientadas coextruídas.

las geomallas coextruídas son estructuras bidimensionales elaboradas a base de polímeros, que están conformadas

por una red regular de costillas conectadas de forma integrada por extrusión, con aberturas de suficiente tamaño

para permitir la trabazón del suelo, piedra u otro material geotécnico circundante.

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la principal función de las geomallas coextruídas es indiscutiblemente el refuerzo; el uso del tipo de geomalla esta

ligado a la dirección en que los esfuerzos se transmiten en la estructura, por ejemplo, en aplicaciones tales como

muros en suelo reforzado o en terraplenes, se utilizan las geomallas mono-orientadas que son geomallas con una

resistencia y rigidez mayor en el sentido longitudinal que en el transversal. mientras, que en estructuras en que la

disipación de los esfuerzos se realiza de forma aleatoria y en todas las direcciones, como por ejemplo estructuras de

pavimento o cimentaciones superficiales, se utilizan geomallas bi-orientadas o bi-direccionales las cuales no tienen

una diferencia considerable frente a sus propiedades en los dos sentidos de la grilla.

las geomallas coextruídas generan un incremento en la resistencia al corte del suelo. durante la aplicación de una

carga normal al suelo, este es compactado de manera que se produzca una interacción entre las capas de suelo

que rodean la geomalla. con estas condiciones, se requerirá una carga considerablemente mayor para producir

un movimiento en el suelo. el compuesto suelo-geomalla reduce la resistencia al movimiento, por lo tanto, el uso

de las geomallas produce una condición de cohesión, inclusive en materiales granulares. el compuesto combina

la resistencia a la compresión del suelo con la tensión de la geomalla, para crear un sistema que presenta una

mayor rigidez y estabilidad que un suelo sin ningún elemento que soporte estos esfuerzos. la capacidad que tiene

la geomalla para distribuir las fuerzas sobre su superficie incrementan las características de resistencia contra los

desplazamientos de la estructura durante el sometimiento de esta a cargas tanto estáticas como dinámicas.


como se mencionó anteriormente se dividen en dos tipos, los cuales se enuncian a continuación.

a. Geomallas Coextruídas Mono-Orientadas

Figura 1.3 geomalla coextruída mono-orientada.

las geomallas mono-orientadas, son estructuras bi-dimensionales producidas de polietileno de alta densidad (HdPe)

utilizando un proceso de extrusión seguido de un estiramiento mono-direccional.

este proceso permite obtener una estructura monolítica con una distribución uniforme de largas aberturas elípticas,

desarrollando así gran fuerza a la tensión y gran módulo de tensión en la dirección longitudinal. la estructura de este

tipo de geomallas provee un sistema de trabazón óptimo con el suelo especialmente de tipo granular. (ver Figura 1.3).

este tipo de geomallas coextruídas de HdPe, son totalmente inertes a las condiciones químicas o biológicas que se

presentan normalmente en el suelo, poseen gran resistencia a los esfuerzos de tensión, soportando hasta 160Kn/m

aproximadamente. esto, con la capacidad del suelo de absorber los esfuerzos de compresión, da como resultado el

concepto de estructura en suelo reforzado, similar al concepto del concreto y el acero de refuerzo.

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b. Geomallas Coextruídas Bi-Orientadas

Figura 1.4 geomalla coextruída Bi-orientada.

este tipo de geomallas son estructuras bi-dimensionales fabricadas de polipropileno, químicamente inertes y con

características uniformes y homogéneas, producidas mediante un proceso de extrusión y luego estiradas de forma

longitudinal y transversal.

este proceso genera una estructura de distribución uniforme de espacios rectangulares de alta resistencia a la

tensión en ambas direcciones y un alto módulo de elasticidad. así mismo, la estructura de la geomalla permite una

óptima trabazón con el suelo.

este tipo de geomallas coextruídas se componen de elementos y nudos rígidos que proveen un gran confinamiento.

son particularmente efectivas para reforzar estructuras de pavimentos rígidos y flexibles. (ver Figura 1.4).

1.3.2 Proceso de fabricación

Para el caso de las geomallas en polietileno y polipropileno, el proceso de fabricación es el mismo. inicialmente se

tienen láminas del material en el que se realizan unas perforaciones, cuadradas o elípticas, de forma uniforme y

controlada sobre toda la lámina, según el caso la lámina perforada recibe un estiramiento en una o dos direcciones,

el cual se realiza a temperaturas y esfuerzos controlados para evitar la fractura del material mientras que se orientan

las moléculas en el sentido de la elongación.

Figura 1.5 esquema del proceso de fabricación de las geomallas coextruídas.

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en el proceso intervienen variables como el peso molecular, la distribución de este, entre otras, pero el más importante

es la tasa a la que se produce el proceso de elongación.

el desarrollo que se ha tenido en la técnica de fabricación de este material, ha dado como resultado no solo el

incremento en los módulos y la resistencia del material sino que a su vez ha desarrollado una relación del 100%

entre el esfuerzo en los nodos y la resistencia a la tensión de las costillas, garantizando un excelente comportamiento

del sistema en el tiempo.

1.3.3 Funciones y aplicaciones

el uso de las geomallas coextruídas bi-orientadas y mono-orientadas, en diferentes campos de aplicación se define

básicamente por su función de refuerzo. esta función se realiza cuando la geomalla inicia un trabajo de resistencia a

la tensión complementado con un trabazón de agregados en presencia de diferentes tipos de materiales.

las principales aplicaciones de las geomallas coextruídas mono-orientadas se enuncian a continuación:

• Refuerzodemurosytaludes.

• Refuerzodeterraplenescontaludespronunciadosydiques.

• Estabilizacióndesuelosblandos.

• Reparacióndedeslizamientos.

• Ampliacióndecrestadetaludes.

• Reparacióndecortesentaludes.

• Estribos,murosyaletasdepuentes.

• Murosvegetadosorecubiertosconconcreto.

las principales aplicaciones de las geomallas coextruídas bi–direccionales se enuncian a continuación:

• Terraplenesparacaminosyvíasférreas.

• Refuerzoenbasesdecaminospavimentadosynopavimentados.

• Refuerzoenestructurasdepavimentodepistasdeaterrizajeenaeropuertos.

• Refuerzodebajodelbalastodelasvíasdeferrocarril.

• Comosistemadecontenciónsobrerocasfisuradas.

el principal criterio de escogencia del tipo de geomalla es básicamente estudiando como se generan y trasmiten

los esfuerzos a lo largo de la estructura a reforzar, por ejemplo en muros en suelo reforzado, sabemos que los

esfuerzos principales están en una sola dirección debido a la presión lateral de tierras que el suelo retenido ejerce

sobre la estructura. mientras que para refuerzo en estructuras de pavimento, los esfuerzos verticales generados por

el tráfico, son disipadas en varias direcciones, por lo que el diseño de la geomalla para realizar el refuerzo debe tener

las mismas propiedades mecánicas tanto en el sentido longitudinal como en el transversal.

1.4 GEOMALLA DE FIBRA DE VIDRIO

las geomallas de Fibra de vidrio, son geomallas flexibles que se utilizan entre capas de concreto asfáltico con el fin de

controlar agrietamientos por reflexión, agrietamientos por fatiga y deformaciones plásticas, en los revestimientos de

concreto asfáltico que se emplean en vías de alto y bajo tráfico, autopistas, aeropuertos, plataformas y parqueaderos

entre otros.

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su principal función consiste en aumentar la resistencia a la tracción de la capa asfáltica y de garantizar bajo una

carga vertical, la distribución uniforme de los esfuerzos horizontales en una mayor superficie, lo cual se traduce a

una vía sin grietas por varios años.

la geomalla de fibra de vidrio presenta un alto módulo de elasticidad, el cual es mayor al módulo de elasticidad

del asfalto. la geomalla de fibra de vidrio es más eficiente que otros materiales como refuerzo porque el material

de módulo mas alto es quien toma sobre sí las cargas. es un material fácil de reciclar debido a que la fibra es de

origen mineral compuesto por arenas de cuarzo y su punto de fusión esta entre 800 y 850 grados centígrados lo

cual permite trabajar en conjunto con cualquier tipo de asfalto.


las geomallas de Fibra de vidrio Pavco son fabricadas por un proceso de tejido de punto usando una serie de

filamentos de fibra de vidrio que forman una estructura de rejilla. estos filamentos están recubiertos con un polímero

que permite que la geomalla posea una buena adherencia a las capas asfálticas. cada filamento posee alta resistencia

a la tensión y alto módulo de elasticidad para elongaciones bajas. esta combinación hace a la geomalla de Fibra de

vidrio más fuerte que el acero libra por libra.


las geomallas de Fibra de vidrio Pavco son usadas para la rehabilitación de pavimentos asfálticos e hidráulicos. a

continuación se relacionan los principales campos de aplicación para la geomalla de Fibra de vidrio.

• Controldefisurasdereflexión.

• ControldeAhuellamientos.

• Refuerzocontinuoenvíasdealtotrafico.

• Pistasdeaeropuerto.

• Reparacioneslocalizadas.

• Refuerzodecarpetassobrelosasdehormigón.

• Incrementar la vida útil de los pavimentos asfálticos al aumentar la resistencia a la fatiga de los materiales

bituminosos.

• Comoestrategiaparadisminuirlosmantenimientos.

1.5 GEOCOMPUESTOS DE DRENAJE

un geocompuesto de drenaje consiste en la combinación de geotextil y geored, combinando las cualidades más

sobresalientes de cada material, de tal manera que se resuelva en forma óptima la captación y conducción de fluidos.

la geored es un geosintético especialmente diseñado para la conducción de fluidos, el cual es fabricado con un

material resistente a los factores térmicos, químicos y biológicos presentes en el suelo y que podrían llegar a afectar

la integridad y desempeño de la estructura. la geored es un sistema romboidal formado por tendones sobrepuestos

conectados entre sí, que forman canales de elevada capacidad drenante, útiles en aplicaciones de ingeniería

geotécnica, ambiental, hidráulica y de transporte.

el geotextil empleado para la fabricación de geocompuestos de drenaje es el no tejido punzonado por agujas; ya

que dentro del sistema cumple la función de filtro para retener el suelo y dejar pasar el agua que posteriormente

será conducido por la geored.

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Geodrén PAVCO

este tipo de geocompuesto surgió básicamente como una alternativa a los sistemas tradicionales de drenaje y para

brindar un producto que tuviera la capacidad de conducir flujos en mayores cantidades que las que un geotextil puede

manejar, debido a la magnitud de algunos proyectos. a continuación se mencionan los tipos de geocompuestos

especiales para el control de agua en estructuras geotécnicas o de pavimento.

a. Geodrén Planar

el geodrén planar es el sistema más adecuado para captar y conducir los fluidos en su plano hacia un sistema de

evacuación. este geocompuesto se utiliza principalmente para los sistemas de drenaje en muros de contención,

drenaje de terraplenes, drenaje de campos deportivos, captación de lixiviados dentro de rellenos sanitarios y sistemas

de drenaje en vías.

b. Geodrén Circular

Figura 1.6 geodrén circular.

el geodrén circular es un geocompuesto que combina las excelentes propiedades hidráulicas de tres elementos que

conforman al sistema: geotextil no tejido punzonado por agujas, geored y tubería circular perforada de drenaje.

este geocompuesto integra estos elementos para obtener un sistema prefabricado de drenaje que, instalado en

zanjas o trincheras, permite captar y evacuar con alta eficiencia los fluidos.

al igual que el geodrén planar, este sistema de drenaje con tubería se utiliza para muros de contención, rellenos

sanitarios, campos deportivos, terraplenes y para los subdrenes en vías, con la función adicional de evacuación de

fluidos por medio de la tubería.

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el proceso de fabricación del geocompuesto está elaborado principalmente por un proceso de laminación de dos

capas de geotextil no tejido punzonado por agujas y una capa de geored.

la fabricación de la geored consiste en producir mallas de polietileno de mediana o alta densidad de entramado

romboidal, su proceso de fabricación es denominado extrusión integral, consiste en la extrusión del polímero hacia

una matriz consistente en un rodillo contrarotatorio provisto de ranuras longitudinales en su cara exterior montado

concéntricamente al interior de un cilindro hueco con ranuras idénticas en su cara interior. el plástico extruído fluye

longitudinalmente a través de las estrías mientras el rodillo y el cilindro giran en sentidos opuestos. así, cada una

de las caras ranuradas forma un plano compuesto por una serie de filetes paralelos de polímero fundido que se

unen por contacto formando de este modo un tubo compuesto por el entramado de celdas romboidales. este tubo

es finalmente estirado dando el tamaño deseado de las celdas y luego cortado longitudinalmente dándole de este

modo la forma de una lámina.

el proceso de laminación del geocompuesto garantiza que se genere un ángulo de fricción entre las 3 capas de

materiales, indispensable cuando se trabaja en taludes con altas pendientes y asegura que el geocompuesto

mantenga su estructura de pantalla drenante durante los severos procesos de instalación.

es posible fabricar el geocompuesto de drenaje con un número mayor de redes si el caudal de diseño a transportar

es mayor a la capacidad de transmisividad de la red con la finalidad de conducir por medio de la pantalla drenante,

los líquidos o gases hacia el sistema de evacuación.


a continuación se enuncian algunas de las principales funciones realizadas por los geocompuestos de drenaje, los

cuales funcionan como sistemas de drenaje en estructuras de contención, en vías, entre otras.

• Comodrenajeenlosespaldonesdelosmurosdecontención.

• Comodrenajedebajodelasgeomembranasenpresasycanales.

• Comosistemadesubdrenajedecamposdeportivos.

• Comosistemadesubdrenajedebajodelafundacióndeedificaciones.

• Comosistemadesubdrenajeencarreterasypistasdeaterrizaje.

• Comosistemadesubdrenajedebajodeterraplenes.

• Enrellenossanitarioscomosistemadeevacuacióndegasesylixiviados.

• Sistemasdesubdrenajeensótanos.

• Sistemadedrenajedeaguasdeinfiltraciónenmurosdecontención.

• Sistemadesubdrenajeencimentaciones.

1.6 GEOMEMBRANAS

la necesidad de reducir el flujo de agua a través de un medio permeable ha sido resuelta en forma tradicional

empleando materiales de menor permeabilidad como concreto o suelos finos compactados.

es conveniente hacer énfasis en que todos los materiales tienen permeabilidad, y que se distinguen dos tipos: la

primaria, que corresponde a la del flujo a través de un medio homogéneo y la secundaria que ocurre a través de

discontinuidades.

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en años recientes, han surgido productos a base de asfaltos o plásticos, de muy baja permeabilidad que se usan

como recubrimientos y barreras para el control del flujo de agua.

el término recubrimiento es aplicado cuando se utilizan membranas como interfase entre dos suelos o como

revestimiento superficial; el término barrera se emplea cuando las membranas se usan en el interior de una masa

de tierra. Para esta función se ha venido instalando membranas hechas de polietileno de alta densidad, este es

un material que por su resistencia a la acción química, se puede calificar como el más indicado en aplicaciones

de impermeabilización, alcanzando mayor durabilidad que otros polímeros cuando se encuentran expuestos a

condiciones ambientales y al ataque químico. la principal característica es su baja permeabilidad con valores de

10-11 a 10-12 cm/s.

las geomembranas se definen como un recubrimiento o barrera de muy baja permeabilidad usada con cualquier

tipo de material relacionado y aplicado a la ingeniería geotécnica para controlar la migración de fluidos. las

geomembranas son fabricadas a partir de hojas relativamente delgadas de polímeros como el HdPe y el Pvc los

cuales permiten efectuar uniones entre láminas por medio de fusión térmica o química sin alterar las propiedades

del material.

las geomembranas de polietileno de alta densidad tienen las siguientes características:

• Altadurabilidad

• Resistentesalamayoríadeloslíquidospeligrosos–Altaresistenciaquímica

• Resistentesalaradiaciónultravioleta

• Económicas


igualmente existen membranas con características técnicas especiales; por ejemplo geomembranas de polietileno

de alta flexibilidad para el recubrimiento de túneles; de geomembranas texturizadas para desarrollar más fricción

con el suelo cuando los taludes a impermeabilizar tienen pendientes importantes; de geomembranas con aditivos

especiales para retardar la combustión en aplicaciones donde se requieran materiales de construcción con

flamabilidad controlada.


el proceso de fabricación consiste en la producción de rollos de láminas de espesores que usualmente fluctúan entre

0.50 mm (20 mil) y 3.00 mm (120 mil) y cuyas dimensiones están comprendidas alrededor de los siete metros de

ancho y una longitud tal que el peso del rollo, por motivos prácticos, no exceda de dos toneladas.

la fabricación de las láminas es llevada a cabo por la extrusión conjunta del polímetro puro más una dosis controlada

de polímetro con contenido de negro de humo y aditivos, compuestos por antioxidantes y lubricantes que garantizan

una larga duración; incluso en condiciones de exposición a la intemperie.

Posteriormente, la mezcla pasa por el proceso de laminación, a continuación se mencionan los más comunes:

a. Fabricación por extrusión plana

el proceso de fabricación por extrusión plana, consiste básicamente en el paso forzado de la resina extruída entre

dos barras de bordes paralelos, cuya separación da el espesor de la lámina.

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b. Fabricación por soplado

este proceso consiste en la obtención de la lámina por medio de la extrusión de la resina entre las paredes de dos

anillos concéntricos. de este modo resulta un manto cilíndrico de polietileno en el cual, el espesor de la lámina

es controlado indirectamente, a través del caudal extruído y de la velocidad de enrollado. esta manga es cortada

longitudinalmente, obteniéndose así una lámina plana de ancho igual al perímetro del manto cilíndrico.

la lámina básica descrita anteriormente puede ser sometida a procesos posteriores o simultáneos a su fabricación

para otorgar características especiales a una o ambas superficies de la lámina. algunos ejemplos son el proceso de

texturización de las superficies, con el fin de obtener láminas con un mayor coeficiente de fricción.


los principales campos de aplicación, están relacionados con obras para la protección del medio ambiente, rellenos

sanitarios, piscinas para tratamiento de lodos, lagunas de oxidación, recubrimiento de canales, minería, acuicultura

y recubrimiento de tanques, sin dejar a un lado aplicaciones en el campo de la geotecnia y la hidráulica.

• Recubrimientosparaaguapotable.

• Recubrimientosparareservadeagua.

• Recubrimientosparadesperdicioslíquidos.

• Recubrimientoparamaterialradioactivoodesperdicioslíquidospeligrosos.

• Recubrimientoparatanquesdealmacenamientobajotierra.

• Recubrimientoparaespejossolares.

• Recubrimientoparacanalesdeconduccióndeaguas.

• Recubrimientoparacanalesdeconduccióndedesechoslíquidos.

• Recubrimientoparamaterialsólido,materialderellenoyapilamientodebasuras.

• Recubrimientoparaevacuacióndelixiviados.

• Capasycubiertaparamaterialesderellenoydesperdiciossólidos.

• Recubrimientoparamurosverticales:Sencillosodoblescondeteccióndefugas.

• Controldefiltraciónenpresasdetierra.

• Recubrimientosimpermeablesdentrodetúneles.

• Paraimpermeabilizarlacaradetierraenpresasderoca.

• Paraimpermeabilizarfachadasenmamposteríaenpresas.

• Comocontroldefiltraciónenreservoriosflotantes.

• Comocubiertaenreservoriosflotantesparacontroldefiltración.

• Comobarreraparalosoloresenrellenos.

• Comobarreraparavaporesdebajodeedificios.

• Paracontroldesuelosexpansivos.

• Paracontroldesuelossusceptiblesacongelamiento.

• Paraprevenirinfiltracióndeaguaenáreassensitivas.

• Paraconduccióndeaguaporsenderoselegidos.

• Bajoautopistasparaprevenirpoluciónypararecogerderramamientodelíquidospeligrosos.

• Paraactuarcomoestructuradeconfinamiento.

• Paraayudaraestableceruniformidadenlacompresibilidadsubsuperficial.

• Comorecubrimientoimpermeablebajoelasfalto.

• Paracorregirperdidasporfiltraciónentanquesyaexistentes

• Comoformasflexiblesdondenosepuedepermitirperdidadematerial.

• Comoencapsulamientodearcillasexpansivas.

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1.7 MANTOS PARA CONTROL DE EROSIÓN

son esterillas flexibles, compuestas por fibras o por una matriz tridimensional, que garantizan la protección del

suelo, el refuerzo y el buen establecimiento de la vegetación.

el tipo de manto a utilizar en cada proyecto dependerá de: clima, precipitación, geometría del talud (longitud,

pendiente), tipo de suelo (caracterización geotécnica, contenido químico, biológico, acidez del suelo).


estos mantos se dividen en dos grandes grupos:

a. Temporales

este tipo de mantos se utilizan para aplicaciones donde la vegetación natural (por si sola) provee suficiente protección

contra la erosión. su durabilidad o longevidad funcional comprende entre 1 a 48 meses, la cual se refleja en la

biodegradación o fotodegradación del manto.

al final de la vida útil del manto se espera que la vegetación se encuentre totalmente establecida y pueda resistir por

sí sola los eventos hidrológicos y climáticos que generan erosión en el suelo.

dentro de esta clasificación se encuentran el agromanto y el ecomatrix.

el agromanto es un no tejido de fibras de fique y/o fique-coco, dispuestas entre una o dos mallas del mismo

material natural o de polipropileno. se destaca por su excelente capacidad de resistir los agentes erosivos mientras se

biodegrada, integrándose finalmente al suelo. se recomienda su uso y aplicación en taludes máximo de 45 grados.

el ecomatrix es una malla de polipropileno de apariencia natural, color verde, cuya función es proteger la superficie

del suelo de la erosión producida por eventos naturales como lluvias y vientos. al mismo tiempo, ofrece sombra

parcial y una temperatura adecuada para favorecer el desarrollo de la vegetación. se recomienda su uso y aplicación

en taludes máximo de 45 grados.

b. Permanentes

son mantos conformados por fibras sintéticas no degradables, filamentos o mallas procesadas a través de una matriz

tridimensional, con estabilización uv y resistentes a los químicos que habitan en el ambiente natural del suelo. este

tipo de mantos se instalan donde la vegetación natural, por sí sola, no es suficiente para resistir las condiciones de

flujo y no provee la protección suficiente para la erosión a largo plazo. los mantos que se emplean para estos casos

tienen las propiedades necesarias para proteger la vegetación y reforzar el suelo, bajo las condiciones naturales del

sitio. su durabilidad o longevidad funcional va desde los 48 meses hasta los 50 años, aproximadamente. su forma

3d y su fibra única X3 crea una matriz gruesa de vacíos que atrapan la semilla, el suelo y el agua para un crecimiento

más rápido y más denso de la vegetación, proporcionando un esfuerzo adicional que dobla la capacidad natural.

dentro de esta clasificación se encuentran el landlok y el Pyramat.

landlok es un manto compuesto por fibras sintéticas, no degradables, filamentos, mallas, procesados en una matriz

permanente, tridimensional, estabilizados con uv e inertes a los químicos.

Pyramat, es un manto compuesto por fibras estabilizadas con uv, inerte a los químicos, tejido de alta resistencia.

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las principales aplicaciones para los diferentes tipos de mantos son:

• ProteccióndeTaludes.Elusodemantosentaludesgeneraunaprotecciónyunrefuerzoadecuadodelsuelo,

dependiendo de las características geométricas de los taludes a proteger, generando un buen establecimiento

de la vegetación.

• RevestimientodeCanales.Enlugaresdondeseesperanaltasvelocidadesdeaguayesfuerzoscortantes,eluso

de mantos permanentes genera un sistema de revestimiento hidráulico funcional, ambientalmente superior,

debido a que retiene sedimientos, permite la recarga de acuíferos y disminuye la escorrentía.

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Para justificar el uso de un geotextil en determinada función, deben realizarse una serie de ensayos de laboratorio,

que ayuden a predecir el comportamiento de las estructuras reales en las que se va a utilizar.

existen diferentes normativas dependiendo del país donde estas se apliquen, en este capítulo se hace referencia a

las normas colombianas del invias basadas en las normas dadas por la astm, organización fundada en 1898, sin

fines de lucro que ofrece un foro mundial para el desarrollo y publicación de estándares de consenso voluntarios

para materiales, productos, sistemas y servicios.

en cada norma se explicará el concepto fundamental del ensayo, equipo utilizado y el procedimiento, con el fin de

entender la importancia que tienen en las diferentes aplicaciones de los geotextiles.

como complemento a los ensayos de laboratorio y en la búsqueda de una correcta utilización de los geosintéticos,

en latinoamérica se han desarrollado algunas especificaciones para la instalación de los mismos, dentro de las que

podemos citar:

Perú:

ministerio de transportes y comunicaciones: especificaciones técnicas generales para construcción de carreteras

(eg-2000), en sus secciones:

1.1 sección 650: geotextiles (tablas de especificaciones mínimas para cada aplicación).

1.2 sección 651: separación de suelos de subrasante y capas granulares con geotextil (guía de construcción e

instalación, valores de resistencias referidas a la sección 650).

1.3 sección 652: subdrenes con geotextil y material granular (guía de construcción e instalación, valores de

resistencias referidas a la sección 650).

1.4 sección 653: geotextil para pavimentación (guía de construcción e instalación, valores de resistencias

referidas a la sección 650).

Costa Rica:

“especificaciones generales para la construcción de carreteras, caminos y puentes de costa Rica” cR - 2002.

ministerio de obras Públicas y transportes (moPt). consejo nacional de vialidad (conavi)

• Sección703Subdrenajes

• Sección704Geosintéticos

• Sección708MurosdecontencióndesueloreforzadoconGeosintéticos

Guatemala:

ministerio de comunicaciones, infraestructura y vivienda: especificaciones generales para construcción de

carreteras y puentes, en sus secciones:

• Geosintéticosutilizadosenmovimientosdetierrasparaterraplenes.Sección211.

• Zampeado(Rip-Rap).Sección251.

• GavionesyColchonesparaRevestimiento.Sección253.

• MurosderetencióndesueloestabilizadomecánicamenteconGeosintéticos.Sección255.

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• Geosintéticosparapavimentación.Sección409.

• Subdrenajes.Sección605.

• ControldeErosión.Sección801.

• Esterasparaelcontroldelaerosión,tejidodeprimeratorsiónysistemascelularesdeconfinamiento.

sección 807.

Ecuador:

ministerio de transportes: especificaciones técnicas generales para construcción de carreteras, en sus secciones:

• GeotextilparaEstabilizacióndeSubrasante(Tablasdeespecificacionesmínimas).Artículo402-6.

• GeomallabiaxialparaEstabilizacióndeSubrasante(Tablasdeespecificacionesmínimas).Artículo402-7.

• Membranassintéticasparaestabilizacióneimpermeabilización(encapsulado)delasubrasante.Artículo402-8.

• DrenesySubdrenes.Artículo822.

Colombia:

así mismo en colombia se han desarrollado las especificaciones del invias basadas en la aasHto m288-05 para

la construcción de:

• Separacióndesuelosdesubrasanteycapasgranularescongeotextil(Artículo231)

• Estabilizacióndesuelosdesubrasanteycapasgranularescongeotextil(Artículo232)

• Pavimentaciónyrepavimentacióncongeotextiles(Artículo464)

• Subdrenescongeotextilymaterialgranular(Artículo673)

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2.1 MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CARGA DE ROTURA Y LA ELONGACIÓN DE GEOTEXTILES (MÉTODO GRAB) ASTM D-4632, INV E – 901

esta norma consiste en aplicar a muestras de geotextiles tejidos y no tejidos una carga que se incrementa

continuamente en sentido longitudinal, hasta alcanzar la rotura. los valores para la carga de rotura (tensión

grab) y la elongación (elongación grab) del espécimen de ensayo se obtienen de las escalas o diales de las

máquinas, de diagramas de registro autográficos o de computadores interconectados. esta norma determina

una propiedad índice.

la norma incluye los procedimientos para medir la carga de rotura y la elongación mediante el método grab, tanto

en estado seco como en estado húmedo; sin embargo, el ensayo normalmente se realiza en seco a menos que se

especifique de otra manera.

el equipo requerido para realizar el ensayo es el siguiente:

1. máquina para el ensayo de tracción: la máquina de ensayo debe estar dotada de un dispositivo para medir

longitudes de alargamiento de las probetas, debe garantizar que la velocidad de separación se mantenga constante

con el tiempo y consta de un par de mordazas entre las cuales se coloca el geotextil que va a ser ensayado.

2. mordazas: las mordazas deben tener superficies de ajuste planas, paralelas y aptas para evitar el deslizamiento

del espécimen durante un ensayo. cada mordaza debe tener una superficie de 25.4 mm por 50.8 mm, con la

dimensión más larga paralela a la dirección de aplicación de la carga. las superficies de las mordazas deben ser

iguales y estar alineadas, una respecto de la otra.

el número de muestras necesario para realizar el ensayo es de 10.

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PROCEDIMIENTO

1. se ajusta la distancia entre las mordazas al comienzo del ensayo a 75 ± 1 mm. se selecciona la escala de carga

de la máquina de ensayo de manera que el valor máximo se presente entre 10% y 90% de la escala total de

carga. se ajusta la máquina para que opere a una velocidad de 300 ± 10 mm/min.

2. se asegura el espécimen en las mordazas de la máquina de ensayo, teniendo cuidado que la dimensión larga

esté lo más paralela posible a la dirección de aplicación de la carga. se debe asegurar que la tensión en el

espécimen sea uniforme a través del ancho sujetado por las mordazas. se inserta el espécimen en las mordazas

de tal manera que, aproximadamente, la longitud de la tela que se extienda por detrás de la mordaza sea la

misma en cada extremo. se ubican las mordazas en la mitad y en dirección del ancho.

3. si el espécimen se desliza de las mordazas, si se rompe en el borde de las mordazas o en éstas, o si por cualquier

razón atribuida a una falla de operación el resultado desciende notablemente por debajo del promedio del

grupo de especímenes, se descarta el resultado y se toma otro espécimen. se continúa este procedimiento hasta

obtener el número requerido de roturas aceptables.

4. se enciende la máquina de ensayo de tracción y el dispositivo de medición de área (si se utiliza) y se continúa

efectuando el ensayo hasta producir la rotura. se detiene la máquina y se reajusta en la posición de calibración

inicial. se registran e informan los resultados para cada dirección en forma separada.

5. Para evitar el deslizamiento del espécimen en las mordazas, se pueden hacer las siguientes modificaciones:

(1) las mordazas pueden ser forradas o recubiertas; (2) la tela puede ser protegida bajo el área de la mordaza

o (3) la superficie de la mordaza puede ser modificada. en ningún caso se pueden modificar las dimensiones

establecidas. si se realiza una de las modificaciones mencionadas, se debe registrar en el informe.

6. Para medir la elongación del espécimen, tanto la longitud inicial como la elongación medida dependen de

la tensión previa aplicada al colocar el espécimen en las mordazas de la máquina. en este caso se asegura el

espécimen con una mordaza de la máquina y se aplica una tensión previa aproximadamente de 0.5% de la

carga de rotura, o una carga inicial especificada para el material en cuestión, antes de sujetar el espécimen

con la otra mordaza.

7. a menos que se especifique de otra manera, se mide la elongación del geotextil con la carga establecida

mediante un dispositivo autograficador, y al mismo tiempo se determina la resistencia a la rotura. se mide la

elongación desde el punto donde la curva deja el eje de la carga cero, establecido después de aplicar la precarga,

hasta el punto de la fuerza correspondiente en milímetros.

REFERENCIAS

astm d 4632-91

icontec 1998 (c16.105/83)

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2.2 MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE RESISTENCIA AL PUNZONAMIENTO DE GEOTEXTILES, GEOMEMBRANAS Y PRODUCTOS RELACIONADOS ASTM D-4833, INV E – 902

esta norma establece el método para determinar el índice de resistencia al punzonamiento de geotextiles,

geomembranas y productos relacionados y consiste en colocar un espécimen sin tensión, entre las placas circulares

del dispositivo anular de sujeción de la máquina de ensayo. se aplica una fuerza en la parte central, mediante

una barra de acero sólido, conectada al indicador de carga, hasta que se rompa el espécimen. la máxima fuerza

registrada corresponde a la resistencia al punzonamiento.

el equipo requerido para realizar este ensayo es el siguiente:

1. máquina para el ensayo de tracción – compresión: la máquina de ensayo es del tipo de coeficiente constante de

extensión (cce), con registrador gráfico.

2. dispositivo anular de sujeción: el dispositivo consiste en dos placas concéntricas con un orificio de diámetro

interno de 45 ± 0.025 mm, que permite sujetar el espécimen sin que se deslice. se sugiere que el diámetro

externo sea 100 ± 0.025 mm y el diámetro de los seis agujeros usados para asegurar el ensamble sea de 8 mm

y que estén igualmente espaciados sobre una circunferencia de radio de 37 mm. las superficies de estas placas

pueden tener ranuras con anillos en “o” o papel de lija áspero pegado sobre ambas superficies.

3. aditamento punzante: barra de acero sólido de un diámetro de 8 ± 0.01 mm, con extremo plano con borde

biselado de 45° = 0.8 mm, que hace contacto con la superficie del espécimen de ensayo.

el número de especímenes necesarios para el ensayo es de 15, cortados en forma circular con un diámetro mínimo

por espécimen de 100 mm para facilitar la instalación en el dispositivo anular de sujeción. las muestras nunca

deberán tomarse cerca de los bordes, se deben tomar a una distancia mínima de 1/10 del ancho del rollo del

geotextil, geomembrana o producto relacionado

PROCEDIMIENTO

1. se selecciona el intervalo de carga de la máquina de ensayo de tensión, de tal forma que la rotura ocurra entre

el 10% y el 90% de la carga total de la máquina.

2. se centra y se asegura el espécimen entre el dispositivo anular de sujeción, de tal forma que el espécimen se

extienda más allá de los bordes exteriores de los anillos.

3. medida de la carga de rotura. se realiza el ensayo con la máquina a una velocidad de 300 ± 10 mm/min hasta que el

aditamento punzante rompa completamente el espécimen de ensayo. se toma la carga de rotura que corresponda

a la mayor carga registrada en el instrumento de lectura, durante el ensayo. esta carga de rotura corresponde a

la resistencia al punzonamiento. en el caso de obtener en el ensayo un doble pico de la carga máxima, el valor a

reportar debe ser el correspondiente al primer pico, descartando el valor del segundo aunque éste sea mayor.

4. si el espécimen no se rompe debido a su deslizamiento entre los anillos de agarre o si la barra se desliza entre

dos fibras adyacentes sin causar su rotura, estos resultados no serán tenidos en cuenta y deberá ensayarse

otro espécimen.

REFERENCIAS

astm d d4833

icontec 3299 (c16.168/91)

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2.3 MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL RASGADO TRAPEZOIDAL DE GEOTEXTILES ASTM D-4533, INV E – 903

este método de ensayo es un índice que permite determinar la fuerza requerida para continuar o propagar un

rasgado en geotextiles tejidos, no tejidos, tejidos de punto y telas estratificadas, por el método trapezoidal.

esta norma describe el procedimiento para la determinación de la resistencia al rasgado trapezoidal de geotextiles.

este método corresponde a una propiedad índice y no ofrece la información suficiente para considerarse un criterio

de diseño en todas las aplicaciones de geotextiles.

la resistencia al rasgado trapezoidal de geotextiles tejidos es determinada básicamente por las propiedades de las

cintas o elementos que los constituyen, los cuales están sujetos por las mordazas. en geotextiles no tejidos, debido a

que las fibras están dispuestas de una forma más o menos aleatoria y son capaces de reorientarse en dirección a la

carga aplicada, la máxima resistencia al rasgado trapezoidal de la nueva reorientación se logra cuando se desarrolla

una tensión mayor que la requerida para romper una o más fibras simultáneamente.

el equipo necesario para realizar este ensayo es el siguiente:

1. máquina de ensayo de tracción: la máquina de ensayo debe estar dotada de un dispositivo para medir longitudes

de alargamiento de las probetas, debe garantizar que la velocidad de separación se mantenga constante en el

tiempo y debe constar de un par de mordazas entre las cuales se coloca el geotextil que va a ser ensayado.

2. mordazas: deben tener superficies de agarre paralelas, planas y capaces de prevenir el deslizamiento del

espécimen durante el ensayo. las dimensiones de cada mordaza deben ser 50.8 mm por 76.2 mm (como

mínimo), con la dimensión más larga perpendicular a la dirección de aplicación de la carga.

3. molde trapezoidal: este molde es opcional y se utiliza para marcar el espécimen.

el número de especímenes necesario es de 10, tomados a una distancia mínima de 1/20 del ancho a partir del borde

de la tela o a 150 mm, escogiendo el menor. de cada muestra se cortan especimenes rectangulares de 76.2 mm por

201.6 mm. se cortan sentido longitudinal y en sentido transversal.

PROCEDIMIENTO

1. en caso de realizar el ensayo en condición húmeda, éste deberá hacerse dentro de los siguientes dos (2) minutos

después de retirar el espécimen del agua.

2. se fija la distancia entre las mordazas al iniciar el ensayo en 25 ± 1 mm y se fija el intervalo de carga para la

máquina de ensayos de tal forma que la carga máxima ocurra entre el 15 y el 85% de la escala total. la velocidad

de operación de la máquina se debe mantener constante en 300 ± 10 mm/min.

3. asegurar el espécimen de ensayo en la máquina sujetándolo a lo largo de los lados no paralelos del trapecio de

tal manera que los bordes de las mordazas estén en línea con el lado del trapecio de 25 mm de longitud y el corte

esté en el centro de las mordazas. se debe dejar el lado más corto de tal forma que quede tirante y permita que

la tela sobrante quede en forma de pliegues.

4. Poner en movimiento la máquina y registrar la fuerza de rasgado en un gráfico. la fuerza de rasgado puede

alcanzar varios picos, en este caso se deben presentar los diferentes máximos y mínimos y registrar la máxima

fuerza obtenida en newtons.

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5. si el geotextil se desliza entre las mordazas o si 25% ó más del espécimen rompe en un punto entre los 5 mm

cercanos al borde de la mordaza, se puede escoger una de las siguientes alternativas: (1) forrar o recubrir las

mordazas, (2) proteger la tela bajo el área de las mordazas; (3) modificar la superficie de la mordaza. si una de las

modificaciones anteriores es escogida, ésta debe ser indicada en el informe. en ningún caso se pueden modificar

las dimensiones establecidas.

6. si el resultado de un ensayo individual se desvía 25% ó más del promedio de los resultados del ensayo de una

muestra, éste no debe ser tenido en cuenta, y un espécimen adicional debe ser ensayado. calcular el promedio

excluyendo los valores extremos.

REFERENCIAS

astm d 4533

icontec 2003 (c16.113/84)

2.4 MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL ESTALLIDO DE GEOTEXTILES (MÉTODO DEL DIAFRAGMA HIDRÁULICO – MULLEN BURST) ASTM D-3786, INV E – 904

esta norma tiene por objeto determinar la resistencia de los geotextiles tejidos y no tejidos al estallido, empleando el

método de ensayo de diafragma hidráulico (mullen Burst). esta norma determina una propiedad índice y consiste en

prensar un espécimen de geotextil sobre un diafragma expandible. el diafragma es expandido por presión de fluido

hasta el punto de rotura del espécimen. la diferencia entre la presión total requerida para romper el espécimen y la

presión requerida para inflar el diafragma se reporta como la resistencia al estallido.

Nota: Para los geotextiles tejidos se recomienda usar el ensayo de cBR modificado gRi gs1-86 para determinar la

resistencia al estallido.


1. máquina de ensayo de diafragma hidráulico Burst: la máquina de ensayo debe cumplir los requisitos de los

literales (a) al (d). en caso de desacuerdo, se debe utilizar una máquina de ensayo de motor, a menos que el

vendedor y el comprador acuerden otra cosa.

a) mordazas: las mordazas se utilizan para asegurar firme y uniformemente el espécimen de ensayo, ubicadas

entre dos superficies anulares, planas, paralelas y preferiblemente de acero inoxidable, evitando el deslizamiento

del espécimen durante el ensayo. se debe usar una presión suficiente para minimizar el deslizamiento.

b) las superficies de prensado superior e inferior deben tener un diámetro externo de mínimo 75 mm y

aberturas coaxiales de 31 ± 0.75 mm de diámetro. las superficies de las mordazas entre las cuales se coloca

el espécimen deben tener ranuras concéntricas espaciadas 0,8mm como mínimo y una profundidad mayor

a 0,015 mm desde el borde de la abertura. las superficies de las mordazas deben ser metálicas y cualquier

borde que pueda causar corte debe ser redondeado a un radio máximo de 0,4 mm. la mordaza inferior debe

estar integrada con la cámara de presión en la cual un tornillo opera para generar una presión en un medio

líquido a una tasa constante de 95 ± 5 ml/min contra el diafragma de caucho.

c) diafragma: el diafragma debe ser de caucho sintético moldeado de 1,80 ± 0,05 mm de espesor, con un

refuerzo central. el diafragma se coloca entre la mordaza de prensado inferior y el resto del aparato, de tal

forma que antes que el diafragma se extienda por presión inferior, el centro de su superficie superior esté

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por debajo del plano de la superficie de sujeción. la presión requerida para levantar la superficie libre del

plano del diafragma deberá ser de 30 ±5 kPa. esta presión deberá ser revisada por lo menos una vez al mes,

haciendo puente con un manómetro adecuado para medir esa presión. el diafragma se deberá inspeccionar

frecuentemente para ver si hay distorsión permanente y renovarlo si es necesario.

d) medidor de presión: se debe utilizar un medidor de máxima presión de tipo Bourdon, con una capacidad

adecuada, graduado en libras y con una precisión dentro del rango de su escala del 1% de su capacidad

máxima. la capacidad del medidor debe ser tal que las lecturas individuales se localicen entre el 25% y el

75% de la capacidad total.

e) sistema hidráulico de presión: consiste en un medio de aplicación de presión hidrostática con un incremento

controlado en la parte inferior del diafragma hasta que el espécimen de ensayo estalle. la presión se aplica

por medio de un fluido que se desplaza a una tasa de 95 ± 5 ml/min. el fluido es desplazado en la cámara

de presión del aparato por medio de un pistón. el fluido recomendado es un usP químicamente puro con

96% de glicerina. el sistema hidráulico, incluyendo los medidores (manómetros), debe ser montado de tal

forma que quede libre de vibraciones externas inducidas. debe existir un medio para que en el instante del

estallido del espécimen se interrumpa cualquier aplicación posterior de presión y para mantener inalterable

el contenido del recipiente de presión hasta que la presión total de estallido y la requerida para expandir el

diafragma indicadas en el manómetro, sean registradas.

Nota: se puede usar etilenglicol para sustituir la glicerina.

f) láminas de aluminio para calibración del equipo: láminas de aluminio ensayadas previamente, con una

resistencia al estallido entre 70 y 790 kPa, se emplean para verificar el correcto funcionamiento del equipo.

el número de especimenes para este ensayo es de 10, tomados a una distancia mínima de 1/10 del ancho a partir

del borde de la tela. de cada muestra se cortan especímenes cuadrados de 125 mm de lado o circulares de 125 mm

de diámetro.

PROCEDIMIENTO

1. aparato de impulsión manual

a) se inserta el espécimen acondicionado bajo el trípode, tirando el geotextil a través de la base, se prensa

ajustándolo hasta el nivel de prensado, girándolo a la derecha tanto como sea posible.

b) se gira el volante manual en el sentido de las agujas del reloj, a una tasa uniforme de 120 rpm hasta que la

muestra rompa.

c) se para de girar el volante en el instante de rotura del espécimen.

d) inmediatamente después de la rotura y en rápida sucesión, se alivia el nivel de prensado sobre el espécimen.

luego se disminuye el esfuerzo sobre el diafragma por movimiento del volante en sentido contrario a las

agujas del reloj hasta su posición inicial y se registra la presión requerida para inflar el diafragma (presión de

tara). se registra la presión total requerida para la rotura del espécimen.

Nota: si la presión deja de incrementarse por limitaciones de la escala y el espécimen no se ha roto, se presiona la palanca

de maniobra para retirar la presión; además se indica que la resistencia del geotextil excede las limitaciones dimensionales

del aparato. si se nota deslizamiento del espécimen se descarta el resultado y se utiliza un nuevo espécimen.

2. aparato de impulsión por motor

a) se inserta el espécimen acondicionado bajo el trípode.

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b) se infla el diafragma. mientras que el diafragma se esté inflando, se debe asegurar que no haya pérdidas de

presión en el momento de rotura del espécimen. se registra la presión obtenida.

c) inmediatamente después de la rotura y en rápida sucesión, se retira la palanca de prensado sobre el espécimen,

luego se alivia la tensión sobre el diafragma y se registra la presión requerida para inflar el diafragma (presión

de tara).

REFERENCIAS

astm d 3786-87

icontec 2 678 (c31.051/87)

2.5 MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA PERMEABILIDAD AL AGUA DE LOS GEOTEXTILES POR MEDIO DE LA PERMITIVIDAD ASTM D-4491, INV E – 905

este método de ensayo proporciona procedimientos para determinar la conductividad hidráulica (permeabilidad

al agua) de los geotextiles en términos de permitividad bajo condiciones de ensayo estandarizadas, sin someter el

espécimen a carga normal. esta norma incluye dos procedimientos:

el ensayo de cabeza constante y el ensayo de cabeza variable.

1. ensayo de cabeza constante: se mantiene una cabeza de 50 mm de agua sobre el espécimen de geotextil

durante el ensayo. se determina el caudal por método volumétrico. el ensayo de cabeza constante es usado

cuando el caudal de agua que pasa a través del geotextil es tan grande que se dificulta tomar lecturas en el

cambio de la cabeza con respecto al tiempo.

2. ensayo de cabeza variable: se establece una columna de agua que pasa a través del espécimen de geotextil y

se toman las lecturas de los cambios de cabeza con respecto al tiempo. el caudal de agua a través del geotextil

debe ser lo suficientemente lento para obtener medidas exactas.

Nota: se ha demostrado que los datos obtenidos utilizando cualquiera de los dos ensayos arrojan resultados

concordantes. la selección del método de ensayo se deja a criterio del responsable del ensayo.

el equipo requerido para realizar este ensayo deberá conforme a uno de los siguientes arreglos:

a. los aparatos deben ser capaces de mantener una cabeza constante de agua en el geotextil que está siendo

probado.

b. los aparatos deben ser capaces de ser usados como el aparato del ensayo de cabeza variable.

1. el aparato en sí no debe intervenir en el establecimiento de los parámetros del ensayo (caudal, cabeza, sección

transversal, tiempo). se debe establecer una curva de calibración (caudal vs cabeza) para el aparato sólo con el

propósito de establecer las correlaciones correspondientes

2. el dispositivo consiste en una unidad alta y una baja, las cuales están sujetas la una de la otra. el espécimen

geotextil es colocado en la parte inferior de la unidad alta. el dispositivo tiene además un tubo para la medición

del valor de la cabeza constante. la válvula colocada en el tubo de descarga permite ajustes de la cabeza de agua

en la parte inferior del espécimen.

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3. Para obtener resultados confiables, se debe usar agua limpia y deaireada usando una bomba de vacío de 710

mm de mercurio (Hg) por un periodo de tiempo que lleve el contenido de oxígeno disuelto del nivel más bajo

hasta un máximo de seis (6) partes por millón. el contenido de oxígeno disuelto podrá ser determinado por

un aparato químico comercial disponible o por un medidor de oxígeno disuelto. el agua deaireada se debe

almacenar en un tanque cerrado hasta alcanzar la temperatura de laboratorio.

Nota: el sistema de eliminación de aire podrá ser un sistema comercial disponible o podrá consistir en una bomba de

vacío capaz de remover un mínimo de 150 l/min de aire conectado con un tanque de almacenamiento no colapsable,

con capacidad suficiente para almacenar una serie de pruebas o por lo menos una prueba al mismo tiempo.

con el propósito de obtener un valor representativo de la permitividad se deben tomar especímenes de cada

metro cuadrado a ensayar y seleccionar cuatro (4) especímenes cortados de acuerdo con las dimensiones y las

recomendaciones del aparato disponible. el diámetro de los especímenes deber ser mínimo de 25 mm.

Para acondicionar los especímenes, estos deben saturarse en la muestra de agua deaireada dentro de un recipiente

cerrado, manteniéndolo por un periodo de dos (2) horas bajo las condiciones de laboratorio.

PROCEDIMIENTO ENSAYO DE CABEZA CONSTANTE

1. ensamblar el aparato con la muestra en su lugar.

2. abrir la válvula de purga, empiece a llenar el sistema a través de la tubería de medición con agua desaireada, si

se llena de esta forma se obliga a que el aire atrapado salga del sistema y/o del geotextil.

Nota: el agua debe estar en el nivel inferior del espécimen de ensayo en el momento la colocación del espécimen.

3. cerrar la válvula de purga una vez que el agua salga a través de ésta. continuar con el llenado del aparato con

agua deaireada, hasta que el nivel de agua alcance el reboce.

4. con el agua fluyendo en el sistema a través de la entrada de agua, ajustar la tubería de descarga con una tasa

de flujo de agua dentro del aparato hasta obtener 50 mm de cabeza de agua sobre el geotextil. esta es la cabeza

(h) bajo la cual la prueba puede ser llevada a cabo inicialmente.

5. sumergir un tubo acoplado a la fuente de vacío hasta la superficie del geotextil, luego se debe mover el tubo

suavemente sobre la superficie mientras que se aplica una ligera aspiración con el propósito de remover cualquier

partícula de aire atrapada que pueda estar dentro o sobre el espécimen. si es necesario, ajuste la cabeza a 50

mm después de remover la aspiradora.

6. Registrar los valores de tiempo (t), caudal (Q) recogidos del tubo de descarga y temperatura del agua (t),

sosteniendo la cabeza a 50 mm. Hacer al menos 5 lecturas por espécimen y determinar el valor promedio de la

permitividad por espécimen.

Nota: el caudal debe ser medido en mililitros (ml) y luego convertido a milímetros cúbicos (mm3) para el cálculo de

permitividad. (1 ml = 1000 mm3).

7. después de que la primera muestra ha sido probada bajo una cabeza de 50 mm, usando la misma muestra,

empezar con 10 mm de cabeza y repetir el procedimiento. incrementar la cabeza en 5 mm después de cada

cinco lecturas, hasta alcanzar 75 mm. usar esta información para determinar la región de flujo laminar. trazar

la tasa de flujo volumétrico v contra la cabeza. la cantidad de flujo Q debe ser corregida para 20ºc. la porción

inicial de la línea recta de la gráfica define la región del flujo laminar. si los 50 mm de cabeza están fuera de la

región de flujo laminar, repetir el ensayo usando una cabeza de agua en la mitad de la región del flujo laminar.

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8. Repetir los pasos 8.1 a 8.6 en los tres especímenes adicionales acondicionados previamente.

PROCEDIMIENTO ENSAYO DE CABEZA VARIABLE

1. Realizar el mismo procedimiento descrito en los pasos 1 al 5 del ensayo de cabeza constante

2. ajustar el tubo de descarga de manera que la salida se encuentre por debajo del nivel del espécimen de ensayo.

3. ajustar el nivel de agua a 150 mm. una vez que el agua alcance este nivel, cortar el abastecimiento de agua y

permitir que el nivel de agua descienda a 80 mm. en este punto, comenzar a cronometrar y determinar el tiempo

para el cual el nivel de agua desciende hasta 20 mm (t).

4. Registrar el diámetro interno (d) de la unidad superior, el diámetro (d) de la porción expuesta del espécimen y la

temperatura del agua (t). Hacer al menos cinco lecturas por espécimen ensayado.

5. Repetir el procedimiento de los tres especímenes restantes acondicionados previamente.

REFERENCIAS

astm d4491 - 92

icontec 2002

2.6 MÉTODO DE ENSAYO ESTÁNDAR PARA DETERMINAR EL ESPESOR NOMINAL DE GEOTEXTILES Y GEOMEMBRANAS ASTM D-5199, INV E – 906

el espesor es una de las propiedades físicas básicas usadas en el control de la calidad de muchos geotextiles y

geomembranas. Para el cálculo de algunos parámetros de geotextiles y geomembranas se requiere calcular el valor

del espesor, como en el caso de los coeficientes de permeabilidad, esfuerzo a tensión (índice), ya que el espesor no

es un indicador del desempeño en campo y por lo tanto no se recomienda para especificación.

el espesor de geotextiles y geomembranas puede variar considerablemente dependiendo de la presión aplicada al

espécimen durante su medida. los cambios observados en la disminución del espesor ocurren cuando se aplican

incrementos en la presión. Para minimizar la variación se usara un tamaño de muestra y presión aplicada para

asegurar que todos los resultados son comparables como se indicara en este método específico.

este método de ensayo no ofrece los valores de espesor para geotextiles y geomembranas bajo esfuerzos normales

variables. este método de ensayo determina espesor nominal que no es necesariamente el espesor mínimo.


1. instrumento para la medición del espesor: el elemento para medir el espesor tendrá una base y un pie que

presiona una de las caras planas y paralelas una a otra a menos de 0.01 mm, calibrada con un diámetro de

56.4 mm, la base deberá extenderse como mínimo 10 mm en todas las direcciones con respecto al borde

del pie que presiona, que a su vez deberá tener un área de 2500 mm2 de sección circular que se usara para

analizar geotextiles. un calibrador de 6.35 mm se usará para analizar geomembranas. el instrumento deberá

estar en capacidad de medir un espesor máximo de por lo menos 10 mm a una exactitud de ± 0.002 mm. los

calibradores se construirán para permitir aplicación gradual de presión a una fuerza especifica de 2 ± 0,02 kPa

(0.29 ± 0.003 psi) para los geotextiles y 20 ± 0,2 kPa (2.9 ± 0.03 psi) para las geomembranas. se puede usar

una carga con peso muerto.

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2. la fuerza especificada de 20 kPa puede ser inadecuada para algunas geomembranas HdPe. se recomienda una

presión en el rango de 50 a 200 kPa para este tipo de geomembranas; hay una gran cantidad de lecturas ficticias

usando 20 kPa de presión.

3. moldes de corte: los moldes para cortar especímenes deben tener como dimensiones mínimas, un círculo de 75 mm.

el número de especímenes para el ensayo es de 10, para los ensayos en la dirección de la máquina y 10 para los

ensayos en la dirección transversal de la misma.

PROCEDIMIENTO

1. se ensayan los especímenes acondicionados en atmósfera estándar.

2. maneje los especímenes de prueba cuidadosamente para evitar alterar el estado natural del material.

3. con una fuerza aplicada al pie de presión sobre la base (no se debe colocar el espécimen de prueba), ponga

la balanza en cero o grabe la lectura base. levante el pie de presión, centre el espécimen de prueba sobre la

base, bajo el pie de presión, y lleve el pie de presión a tener contacto con el material. gradualmente incremente

la presión a 2 kPa (0.29 psi) para geotextiles y 20 kPa (2.9 psi) para geomembranas. después de que la fuerza

completa ha sido aplicada al pie de presión por 5 s contra el espécimen, grabe el valor del espesor mas cercano

a 0.002 mm y remueva el espécimen del aparato de prueba.

4. Repita el método anterior sobre cada uno de los especímenes que esta usted ensayando.

REFERENCIAS

astm d 5199-91

2.7 MÉTODO ESTÁNDAR PARA LA DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE ABERTURA APARENTE (TAA) DE UN GEOTEXTIL ASTM D-4751, INV E – 907

este método de ensayo consiste en colocar un espécimen de geotextil en un marco de tamiz y sobre él se colocan

unas partículas de cristal graduadas. el conjunto se agita enérgicamente para inducir el paso de las partículas a

través del geotextil. el procedimiento se repite para el mismo espécimen con varios tamaños de partículas de cristal

hasta determinar el tamaño de abertura aparente (taa). esta propiedad también se conoce como aos (apparent

opening size).

al usar un geotextil como un medio para retener partículas de suelo, se necesita una compatibilidad entre el

geotextil y el suelo adyacente. este método de ensayo es usado para indicar el taa en un geotextil, donde se refleja

la dimensión de la abertura más grande disponible para que un suelo pueda atravesarlo.


1. tamizador: se usa un tamizador mecánico que imparta movimientos laterales y verticales al tamiz, causando

que las partículas salten y giren al mismo tiempo, presentando así diferentes orientaciones sobre la superficie

del geotextil. el tamizador deberá ser un mecanismo de frecuencia constante que utiliza un brazo recubierto de

corcho o caucho que propicia impactos.

2. Fondo, tapa y tamiz de 200 mm de abertura, designación u.s. estándar.

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3. material para el tamizado: consiste en unas partículas esféricas de cristal en fracciones de tamaños variables,

se deben preparar por lo menos 50 gramos de cada fracción de tamaño para ser usados antes de empezar

el ensayo.

4. Balanza de la capacidad adecuada para la masa que se anticipa usar y una precisión de ± 0.05 g.

5. eliminación de la estática: para prevenir la acumulación de electricidad estática, cuando las partículas son

tamizadas sobre la superficie del geotextil. dispositivos comerciales disponibles o compuestos anti-estáticos se

pueden usar para este fin.

6. Horno de secado.

7. Fondo para la recolección de partículas tamizadas.

PROCEDIMIENTO

1. Pese los especímenes de ensayo y sumérjalos en agua destilada por 1 hora a la atmósfera estándar de ensayo.

2. Realizar la prueba a la temperatura atmosférica para ensayos de geotextiles de tal manera que se prevenga que

la electricidad estática afecte los resultados.

3. asegurar el geotextil de tal manera que quede templado y sin arrugas. el geotextil no debe ser estirado o

deformado de tal manera que éste cambie o distorsione sus aberturas.

4. antes de usar las partículas de cristal, tamizarlas en el laboratorio para verificar el tamaño de las mismas.

5. comenzar el ensayo con las partículas de menor. colocar 50 gramos de un solo tamaño de partículas en el

centro del espécimen de ensayo.

6. colocar la tapa y el fondo en el marco del tamiz y tamizar durante 10 minutos.

7. colocar las partículas que quedan en la superficie del espécimen en un fondo aparte y pesarlas. incluir las

partículas que se quedan adheridas en el espécimen y en el borde y la tapa del tamiz.

8. Pesar las partículas de cristal que pasan a través del espécimen y registrar la información.

9. Repetir los pasos 3 a 7 usando partículas de la siguiente fracción de mayor tamaño. Repetir el experimento

usando sucesivamente fracciones de tamaño más grande hasta que el peso de las partículas que pasan a través

del espécimen sea 5% o menos del peso inicial. llevar a cabo el ensayo de tal manera que el porcentaje que pasa

sea menor o igual al 5% del peso inicial.

10. Repetir los pasos para los cinco especímenes de ensayo que corresponden a una misma muestra de laboratorio.

REFERENCIAS

astm d4751 - 95

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2.8 MÉTODO DE MUESTREO DE GEOSINTÉTICOS PARA ENSAYOS ASTM D-4354 Y 4439, INV E – 908

en esta práctica se dan las instrucciones correspondientes para dividir un despacho en lotes y la determinación

del número de unidades de producción en un lote muestra. el número o método para determinar el número de

especímenes para ser ensayados de la muestra de laboratorio están establecidos por el método de ensayo específico,

que evalúa la propiedad del geosintético.

esta práctica cubre dos procedimientos para el muestreo de geosintéticos para ser ensayados. se requiere que las

instrucciones de toma de muestras de laboratorio y especímenes de ensayo sean parte de cada método de ensayo

para geosintéticos.

1. el primer procedimiento describe la división del embarque de geosintéticos en lotes y define el tamaño de la

muestra tomada del lote mencionado para establecer la conformidad de las especificaciones.

2. el segundo procedimiento describe el muestreo de las unidades de producción con el propósito de asegurar

la calidad durante el proceso de fabricación. esto requiere que se conserve el soporte de los valores que se

involucran en el proceso estadístico, durante el proceso de fabricación.

PROCEDIMIENTO A: Muestreo para ensayos de conformidad de especificaciones.

1. división en lotes. considere como un lote separado cualquier porción de despacho que el usuario esté ensayando,

o que el productor esté ensayando como cantidad de producción planeada, que difiera de otras porciones

en especificaciones, referencias o características físicas. si las porciones que han sido designadas como lote

separado son enviadas de diferentes plantas de producción, trate cada porción despachada por separado como

un lote separado. cuando se requiere el muestreo durante la manufactura, considere un lote como si fuera una

cantidad de producción planeada.

2. determinación del tamaño del lote muestra

a) tome para el lote muestra, unidades de producción o empaque, como se menciona en una especificación

de material aplicable, o como se acuerde entre el vendedor y el comprador. considere las unidades de

producción aplicables como las unidades primarias de muestreo.

b) en ausencia de especificaciones del material u otros acuerdos, seleccione aleatoriamente un número de

unidades de producción de cada lote equivalente a la raíz cúbica del número total de unidades incluidas

en el lote. en lote de dos unidades o menos, tome una unidad. si la raíz cúbica calculada es un número

fraccionario, tome el siguiente número entero de unidades. la tabla1 muestra el número de unidades a

seleccionar, de lotes de varios tamaños.

c) si la especificación requiere muestreo durante la manufactura, seleccione las unidades del lote muestra

uniformemente espaciadas en intervalos de tiempo a lo largo del periodo de producción.

d) Para propiedades que sean evaluadas como atributos, las unidades en el lote muestra sirven tanto como

muestras de laboratorio o especímenes de ensayo.

PROCEDIMIENTO B: Muestreo para ensayos de aseguramiento de calidad en la producción

1. división en lotes. considere como un lote separado cualquier porción de despacho que el usuario esté ensayando

o que el productor esté ensayando como cantidad de producción planeada, que difiera de otras porciones

en especificaciones, referencias o características físicas. si las porciones que han sido designadas como lote

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separado han sido enviadas de diferentes plantas de producción, trate cada porción despachada por separado,

como un lote separado. cuando se requiere muestreo durante la manufactura, considere un lote como si fuera

una cantidad de producción planeada.

2. determinación del tamaño del lote muestra. utilice la tabla 2 para determinar el tamaño del lote muestra para

ensayos de aseguramiento de la calidad.

a) cuando un ensayo de aseguramiento de la calidad es en un tiempo determinado, como la degradación por

los rayos ultravioleta, no se utilizan más ensayos que dos unidades por un lote único. mantenga la información

sobre el número de dicho ensayo por lote y suministre la información si es requerida por el comprador.

Tabla 1 Número de unidades a ser seleccionadas como lote muestra

Tabla 2 Número de unidades a ser seleccionadas como lote muestraAseguramiento de la calidad

REFERENCIAS

astm d 4354 - 89

astm d 4439

2.9 PRÁCTICA PARA ESTABLECER LA CONFORMIDAD DE ESPECIFICACIONES DE GEOSINTÉTICOS ASTM D- 4759 Y 4439, INV E – 909

esta práctica establece el procedimiento para determinar la conformidad de las propiedades de los geosintéticos

frente a unas especificaciones establecidas por parte del diseñador.

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esta práctica ofrece una manera con la que un comprador puede determinar la conformidad de las propiedades de

un geosintético, obteniendo la aprobación o rechazo de un producto según la especificación de los materiales.

esta práctica ha sido desarrollada con un énfasis especial para la puesta en marcha y realización de un estricto

programa de control de calidad, del que todo geosintético es sometido antes de ser despachado, situación que debe

ser verificada por parte del interventor responsable de la obra.

PROCEDIMIENTO

1. dividir en lotes, seleccionar las muestras de lote y obtener las muestras de laboratorio tal como lo exige la norma

inv e - 908.

2. ensayar el número de especímenes, tal como lo establece el método de ensayo que se está aplicando.

3. si el promedio de los resultados de los ensayos practicados a las unidades individuales de muestreo por cada lote

satisface todos los valores establecidos por las especificaciones, el lote es aceptado.

4. si el promedio obtenido de una o algunas de las especificaciones establecidas de las unidades individuales

de muestreo del lote no cumple uno o más valores establecidos por las especificaciones, el lote deberá ser

muestreado nuevamente y se deberán realizar los ensayos, excepto lo anotado en el numeral c.

a) si cualquier unidad individual de muestreo del lote no alcanza los valores especificados, ésta no deberá ser

incluida en el lote para nuevos muestreos.

b) la utilización de las unidades de muestreo que no alcancen los valores especificados, será establecida entre

el interventor y el contratista.

c) si todas las unidades de muestreo no alcanzan los valores establecidos, se rechazará el lote completamente,

sin posibilidad de re-muestreos y ensayos.

d) el tamaño del re-muestreo deberá ser determinado al menos por lo indicado en el numeral 4.1.

5. el lote es aprobado, si el promedio de los valores de los ensayos de las unidades del remuestreo satisface los

valores establecidos por las especificaciones.

6. el lote se rechazará si el promedio de los valores de los ensayos de las unidades del remuestreo, no satisface uno

o más de los valores especificados.

7. se rechazará cualquier lote que no alcance las especificaciones.

REFERENCIAS

astm d 4759 – 88 (Reaprobada 1992)

astm d 4439

2.10 MÉTODO DE ENSAYO PARA MEDIR EL DETERIORO DE GEOTEXTILES A LA EXPOSICIÓN DE LUZ ULTRAVIOLETA Y AGUA, (APARATO DEL TIPO ARCO XENON) ASTM D-4355, INV E – 910

este método cubre la evaluación de la disminución de la resistencia a la tensión de geotextiles expuestos a luz

ultravioleta y al agua.

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el aparato para la exposición a la luz y al agua, emplea como fuente de luz un arco de xenón.

los geotextiles son elaborados con diferentes procesos y formulaciones de polímeros, haciendo que posean diferentes

sensibilidades a la radiación ultravioleta. esta radiación proveniente del sol, cambia según el tiempo de exposición,

el ángulo de inclinación sobre el horizonte; condiciones topográficas, atmosféricas y la geografía del lugar. el ensayo

que usa el arco de Xenón no puede simular todas estas variables, por lo que se debe relacionar directamente este

ensayo a la luz artificial, con resultados de ensayos de exposición directa al sol para cada geotextil específico, al igual

que para cada lugar.

este procedimiento evalúa geotextiles bajo condiciones normalizadas de humedad y temperatura para tres diferentes

periodos de tiempo junto con probetas sin exposición a la luz ultravioleta. este método de ensayo permite al usuario

desarrollar curvas de degradación de los geotextiles que se estén ensayando.

la curva de deterioro obtenida de este ensayo permite al usuario determinar la forma de como se deteriora un

geotextil cuando está expuesto simultáneamente a la luz ultravioleta y al agua.


1. aparato de arco Xenón, bien de tipo BH o c: el aparato debe estar en capacidad de exponer a los especímenes a ciclos

de luz solamente, seguido de un rocío de agua junto con exposición a la luz bajo condiciones controladas de atmósfera

de ensayo y deberá estar equipado con un filtro de vidrio de borosilicato tanto interna como externamente.

2. aparato para ensayo de resistencia: conforme al o descrito para el ensayo gRaB, (astm d-4632, o inv e-901).

PREPARACIÓN DE LOS ESPECÍMENES

tomar de cada muestra de laboratorio, dos pedazos que posean un metro cuadrado, (1m2) cada uno. se debe

desechar una franja en cada borde de la muestra de laboratorio correspondiente a 1/10 del ancho de ésta para

tomar cada una de las áreas de 1 m2, de donde se tomarán los especímenes de ensayo. uno de estos será usado

para realizar las evaluaciones en el sentido de la producción o urdimbre y el otro en el sentido transversal o trama.

se seleccionarán aleatoriamente 20 especímenes con una dimensión de 150 mm de largo, por 20 mm de ancho.

PROCEDIMIENTO

usar el aparato de ensayo Xenón - argón tal como lo establece la practica g 26, usando al método a y aparato

tipo BH o c. se usará un ciclo de cámara de 120 minutos, como se define a continuación. 90 minutos de luz a una

temperatura de 65 +/- 5 °c, de panel negro, y 30 +/- 5% de humedad relativa, seguido de 30 minutos de luz y rocío

de agua.

cuando estén disponibles radiómetros capaces de medir porciones discretas de espectro continuo, se establecerá un

nivel de radiación mínimo de 0.35 W/m2 con una pasabanda de 1nm a 340 nm.

cuando no se cuente con radiómetros, se determinará el nivel de wattios según la practica g 26.

aleatoriamente seleccione 5 especímenes por cada dirección principal de la muestra de laboratorio y a los que se les

asignará a cada uno los siguientes tiempos de exposición: 0 (sin exposición),150, 300 y 500 horas. coloque en el

aparato 15 especímenes de cada dirección principal tomados de la muestra de laboratorio, se colocara con la cara

que estará más expuesta en el campo, de tal forma que quede más expuesto ése lado dentro del aparato.

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Rote la posición de los especímenes como se establece en la práctica g-26. al final de cada tiempo de exposición,

extraiga del aparato 5 especímenes de cada dirección para ser sometidos al ensayo de tensión grab, inv e - 901,

(astm d 4632).

REFERENCIAS

astm d 4355-92

2.11 MÉTODO ESTÁNDAR PARA DETERMINAR LA RETENCIÓN DE ASFALTO DE GEOTEXTILES USADOS EN REPAVIMENTACIONES ASFÁLTICAS ASTM D-6140, INV E – 911

esta norma consiste en medir la capacidad de retención asfáltica de los geotextiles de repavimentación la cual se

define como el volumen de cemento asfáltico retenido por geotextiles de repavimentación por unidad de área del

espécimen después de ser sumergido en cemento asfáltico. el uso de este método esta dado para establecer un

valor índice para proveer criterios estándar y una base para reportes uniformes.

los especímenes de ensayo son pesados individualmente antes de ser sumergidos en cemento asfáltico que será

usado para la capa superior. el cemento asfáltico se mantiene a una temperatura específica.

después de ser sumergidos, los especímenes son colgados para ser secados en horno por un periodo de tiempo

especificado en el horno a la misma temperatura. después de haber sido completado el proceso de ser los

especímenes sumergidos y secados, cada espécimen es pesado y la retención asfáltica es determinada.

este método de ensayo se refiere al procedimiento para determinar la retención de asfalto para geotextiles.

geotextiles de repavimentación son usados en un sistema de membrana textil como intercapa en pavimentos previa

a la colocación de una capa asfáltica superior.


1. escala o balanza: la balanza debe tener una capacidad y una sensibilidad suficiente para pesar los especímenes

con una precisión de ± 0.1 gramos. la precisión de la escala deberá ser certificada por una autoridad

reconocida.

2. troquel de corte: el troquel debe medir 100 mm por 200 mm (4 por 8 pulg) con una tolerancia de 1mm (1/16

pulg) en cada dimensión.

3. Horno convencional mecánico: deberá tener la capacidad de mantener la temperatura requerida de ensayo con

una tolerancia de ± 2°c (4°F).

4. cemento asfáltico: debe cumplir con unas condiciones de penetración 60 – 70 décimas de milímetros, o

equivalente, o recomendado por la agencia especifica. el cemento asfáltico no deberá ser usado por más de

tres series de ensayos. calentar y enfriar repetidamente pueden variar los resultados del ensayo debido al

manejo del asfalto.

Nota: calentar y enfriar el asfalto repetidamente puede cambiar la viscosidad de este y conducir a valores más altos

de retención de asfalto. si se observa una tendencia de incremento en los valores de retención asfáltica, el cemento

asfáltico debería ser cambiado.

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el número de especímenes necesarios para la prueba es de cuatro, cortados en la dirección transversal de la maquina

y cuatro especímenes en la dirección de la maquina para cada muestra con una dimensión de 100 por 200 mm.

PROCEDIMIENTO

1. seleccione en forma aleatoria cuatro especímenes en la dirección transversal y longitudinal de la maquina con

una medida de 100 por 200 mm (4 por 8 pulgadas) de la muestra individual de ensayo.

2. acondicione los especímenes de ensayo individualmente y luego péselos de manera individual con aproximándolos

al 0.1 gr.

3. Precaliente el cemento asfáltico a 135 ± 2°c (275 ± 4°F).

4. sumerja de los especímenes de ensayo en el cemento asfáltico especificado mantenido a una temperatura de 135

± 2°c (275 ± 4°F) en un horno convencional mecánico. mantenga los especímenes sumergidos por 30 min. dos

mordazas pueden ser colocadas en el geotextil, una en cada extremo para facilitar la manipulación del espécimen.

5. después de la sumersión requerida, remueva el cemento asfáltico adicional de los especimenes saturados y

cuélguelos para que se sequen (longitud mayor vertical) en el horno a 135 ± 2°c (275 ± 4°F). cuelgue los

especímenes de ensayo por 30 minutos de un extremo y luego 30 minutos del otro extremo para obtener

una saturación uniforme del geotextil. antes de cambiar la dirección del colgado de la muestra, coloque dos

mordazas en la parte inferior, lo cual hará más fácil colgar el espécimen. después de que el espécimen es

asegurado remueva la primera mordaza.

6. Permita que el cemento asfáltico se enfríe por 30 minutos y luego deseche cualquier exceso de cemento asfáltico

tales como los goteos en los bordes, después de remover las mordazas que sostenían el espécimen.

7. Pese los especímenes saturados con una precisión de 0.1 gramos.

Nota: se ha encontrado que este procedimiento puede no resultar en una completa saturación para geotextiles

con una masa por unidad de área mayor a 170 g/m2. Para estos geotextiles, el interior de los especímenes debe ser

inspeccionado visualmente buscando fibras que no han sido bañadas con asfalto. si esta condición es encontrada,

debe ser reportada con los resultados del ensayo.

REFERENCIAS

astm d 6140-00

2.12 MÉTODO ESTÁNDAR PARA MEDIR LA MASA POR UNIDAD DE ÁREA DE GEOTEXTILES ASTM D-5261, INV E – 912

en esta norma se dan las instrucciones para determinar la masa por unidad de área mediante la medida del peso

de los especímenes de ensayo de dimensiones conocidas, obtenidos de lugares variados sobre el ancho total de la

muestra de laboratorio. los valores obtenidos se promedian para obtener la masa promedio por unidad de área de

la muestra de laboratorio, la que a su vez se usará para determinar el valor mínimo promedio por rollo del lote, como

resultado de la evaluación comparativa con los otros valores correspondientes de las muestras del lote.

este método de ensayo es utilizado para determinar si un geotextil cumple con la masa por unidad de área establecida por

las especificaciones técnicas de un proyecto. este método también puede ser utilizado para establecer la conformidad

de un material dentro de las actividades de control de calidad durante el proceso industrial de producción.

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el equipo requerido para realizar este ensayo es una balanza, calibrada y con capacidad de hasta 5000 g con una

precisión de 0.01 g.

el mínimo número de especímenes de ensayo será de 5, obtenidos de manera que representen el ancho del rollo y

en combinación con un área mínima de 100000 mm2. cada espécimen de ensayo deberá poseer un área mínima de

10000 mm2. el corte entre especímenes de ensayo tendrá una precisión de ± 0.5% de su área.

no se tomarán especímenes para ensayo dentro de los decimos de ancho de rollo a cada lado medido desde los bordes.

se acondicionan los especímenes hasta que alcancen la atmósfera para ensayos de geotextiles. se considera que

se ha alcanzado el equilibrio cuando el incremento en masa del espécimen en pesajes sucesivos, a intervalos no

menores de 2 horas, no exceda el 0.1% de la masa del espécimen.

PROCEDIMIENTO

1. evaluar el peso de los especímenes acondicionados a la atmósfera para ensayos para geotextiles.

2. Pese cada uno de los especímenes en forma separada, usando una balanza con precisión de 0.01g.

REFERENCIAS

astm d 5261-92

2.13 MÉTODO DE ENSAYO ESTÁNDAR PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA AL PUNZONAMIENTO ESTÁTICA DE GEOTEXTILES USANDO UN PISTÓN DE PRUEBA DE 50 MM DE DIÁMETRO ASTM D-6241, INV E – 913

esta norma establece el procedimiento para determinar la resistencia al punzonamiento estático de los geotextiles

tomando una muestra que es sujetada por medio de abrazaderas sin ser tensionada entre placas circulares y es

asegurada en una máquina de tensión o compresión, o ambas. una fuerza es ejercida en el centro de la parte que

esta sin apoyar por un pistón de acero fijo al indicador de carga hasta que ocurre la ruptura. la fuerza máxima

registrada es el valor de la resistencia al punzonamiento.

esta metodología de ensayo es un índice usado para medir la fuerza requerida para punzonar un geotextil y/o productos

relacionados. el tamaño relativamente grande del pistón provee una fuerza multidireccional en el geotextil.


1. máquina de ensayo. debe ser del tipo tasa - constante de extensión (cRe), con registrador gráfico que se ajuste

a la especificación d 76.

2. el pistón. con un diámetro plano de 50 milímetros ± 1 mm con un borde radial de 2.5 mm ± 0.5 mm.

3. aparatos de fijación. constan de platos concéntricos con un diámetro interno de 150 mm, capaz de sujetar el

espécimen sin que este se deslice (él limite del deslizamiento de la muestra durante la prueba es de 5 mm). el

diámetro externo se sugiere sea de 250 mm. el diámetro de los agujeros usados para asegurar la abrazadera en

anillo se sugiere sea de 11 mm y estén igualmente espaciados en un diámetro de 220 mm.

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4. las superficies de estas placas pueden ser de estrías de caucho en forma de o, o papel lija áspero pegadas en

ambas superficies. se recomienda que los pernos de 9.5 mm estén soldados al plato inferior de modo que la

placa superior pueda montar sobre los pernos y las tuercas se puedan apretar con facilidad. un bloque guía

puede facilitar la puesta de la muestra que se quiere fijar. otros métodos de fijación que eviten el deslizamiento

de la muestra son aceptables.

PROCEDIMIENTO

1. lleve las muestras al equilibrio de humedad en las condiciones ambientales para evaluar geotextiles. se considera

haber llegado al equilibrio cuando el aumento en la masa de la muestra en pesajes sucesivos hechos a intervalos

no menores de 2 h no sobrepasa en 0.1 % la masa de la muestra. en la práctica se conoce que en los geotextiles

frecuentemente no es fácil controlar los incrementos de peso y por ende determinar cuando se ha alcanzado el

equilibrio. en estos casos puede ser suficiente en las pruebas de rutina exponer la tela a la atmósfera especificada

por un período de tiempo razonable antes de que los especímenes sean evaluados. en la mayoría de los casos se

ha encontrado que un tiempo de al menos 24 horas es aceptable.

2. escoja el rango de carga en la máquina de ensayos de tensión de forma que la ruptura ocurra entre 10 y 90 %

de dicho rango.

3. centre y asegure la muestra entre las placas asegurándose que la muestra se extienda más allá de los bordes

exteriores de las placas luego se sujetar con abrazaderas.

4. marque en la muestra el círculo interior del anillo. esto permite controlar el deslizamiento de la muestra.

5. si se observa un desplazamiento mayor a 5 mm, la prueba debe ser descartada y repetida.

6. Realice el ensayo a una velocidad de 50 mm/min hasta que el pistón de punzonamiento rompa completamente

la muestra. lea el valor de resistencia máxima y el desplazamiento registrada por el instrumento de medición

durante el ensayo. Para evaluar geotextiles compuestos, puede presentarse un pico doble. si es así, el valor inicial

debe ser el reportado incluso si el segundo es más alto.

REFERENCIAS

astm d6241 – 99

2.14 MÉTODO DE ENSAYO ESTÁNDAR PARA DETERMINAR EL COEFICIENTE DE FRICCIÓN SUELO - GEOSINTÉTICO Y GEOSINTÉTICO - GEOSINTÉTICO POR EL MÉTODO DE CORTE DIRECTO ASTM D 5321 – 02

la resistencia al corte entre un geosintético y un suelo, u otro material, es determinado colocando el geosintético y

una o más superficies de contacto, como un suelo, dentro de la caja de corte directo. una fuerza normal constante

y representativa del nivel de esfuerzos es aplicada sobre la muestra y una fuerza tangencial o cortante es aplicada

al aparato, para que una sección de la caja se mueva en relación a la otra sección, la fuerza cortante es tomada en

función del desplazamiento horizontal entre las secciones de la caja de corte.

la prueba es desarrollada con un mínimo de tres diferentes esfuerzos normales, seleccionados por el usuario, para

modelar las condiciones apropiadas de campo. los valores tomados de esfuerzo cortante son graficados contra los

esfuerzos normales aplicados usados en la prueba. los datos de la prueba son representados por la línea de falla

cuya inclinación es el coeficiente de fricción entre los materiales y el punto de corte en el eje de las ordenadas será

el valor de adhesión.

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este método de prueba cubre el procedimiento para determinar la resistencia al corte de un geosintético contra

un suelo, o geosintético contra geosintético, bajo una tasa constante de deformación. el método de prueba se

lleva a cabo para indicar el desempeño de los materiales seleccionados modelando las condiciones de campo. los

resultados obtenidos por este método, pueden ser limitados en la medida de su aplicabilidad en las condiciones

específicas consideradas para el ensayo.


1. equipo de corte: el equipo consiste en dos contenedores uno fijo y uno móvil, ambos deben ser capaces de

contener la muestra de suelo húmeda o seca, y deben ser lo suficientemente rígidos para no distorsionar los

resultados durante el ensayo de corte. el contenedor móvil debe tener un mecanismo que asegure el movimiento

de la caja con una fricción mínima y únicamente en la dirección paralela a la fuerza de corte aplicada.

2. contenedores de la muestra: estos pueden ser cuadrados y rectangulares y deben tener una dimensión mínima

de 30 mm o 15 veces el d85 del suelo de muestra o 5 veces el máximo de la abertura de poros del geosintético

de la muestra. la profundidad de cada caja debe ser de al menos 50 mm o 6 veces el tamaño máximo de la

partícula del suelo de muestra.

3. equipo de aplicación de carga vertical: debe ser capaz de aplicar y mantener una fuerza normal constante sobre

la muestra durante la prueba. el tipo de aplicación de carga, puede ser por peso, por sistemas hidráulicos o

neumáticos, o pistones.

4. equipo de aplicación de carga de corte: debe ser capaz de aplicar y mantener una fuerza cortante sobre la

muestra a una tasa de desplazamiento constante en dirección paralela a la caja móvil. la tasa de desplazamiento

debe ser controlada con una precisión de ±10% con un rango de desplazamiento de al menos 6.35 mm/min a

0.025 mm/min. este equipo debe ser conectado al aparato de prueba de tal manera que el punto de aplicación

de la fuerza este en el plano de la interfase de corte y se mantenga igual para todas las muestras.

5. indicadores de desplazamiento: estos indicadores deben ser capaces de medir desplazamiento de al menos

75 mm para desplazamientos horizontales y 25 mm para desplazamientos verticales. la sensibilidad de estos

indicadores debe ser de 0.02 mm para desplazamientos horizontales.

6. Preparación del suelo de muestra: en pruebas que utilicen suelo como superficie de fricción se deben llevar las

recomendaciones de compactación dadas en las normas astm d 698 o d 1557 o d 3080.

PROCEDIMIENTO

1. colocar la muestra de suelo en el contenedor inferior, compactándolo al contenido de humedad óptima para

obtener la densidad deseada. llene el contenedor inferior con suelo hasta alcanzar una altura por encima del

borde de la caja de al menos un medio del d85 del suelo, como se describe en el método de corte directo

(consolidado drenado) del método astm d 3080.

2. colocar el geosintético sobre el suelo de sustrato. Remueva todos los dobleces y arrugas que tenga el

geosintético. sujete o fije de alguna manera el borde del geosintético y verifique que este en su superficie en

completo contacto con el suelo de sustrato.

3. Fije las dos mitades de la caja de corte, en la posición de inicio, sujete la caja móvil para evitar su movimiento

durante la colocación y compactación del suelo de muestra ubicado sobre el geosintético.

4. el suelo de relleno de la caja móvil debe ser compactado a la densidad y humedad deseada para minimizar el

daño al geosintético.

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5. aplicación de la carga normal inicial. si la prueba es para una condición húmeda, se debe saturar el material y

monitorear el desplazamiento vertical hasta que la muestra logre el equilibrio.

6. si la carga inicial es menor que la carga de prueba, aplicar la carga normal de prueba y monitorear el

desplazamiento vertical, hasta que la muestra llegue al equilibrio. verifique que el equilibrio es obtenido antes

de proceder.

7. ubique los indicadores de desplazamiento horizontales y ensamble el equipo de carga cortante.

8. aplique la fuerza cortante usando una tasa constante de desplazamiento suficientemente lenta para disipar

la presión de poros, como es descrito el método astm d 3080. la tasa de corte debe ser definida según los

requerimientos del usuario. si no existe presión de poros en la muestra, se recomienda aplicar la carga cortante

a una tasa de 1mm/min.

9. tomar la fuerza cortante en función del desplazamiento horizontal, tomar como mínimo 50 puntos por muestra.

10. lleve a cabo la prueba hasta que la fuerza cortante aplicada se mantenga constante con un incremento del

desplazamiento. los rangos de desplazamiento van desde 25 hasta 75 mm que son valores necesarios para

generar una fuerza de corte constante entresuelo y geosintéticos.

11. Remueva la carga normal y desensamble el equipo al final de la prueba. inspeccione cuidadosamente e

identifique la superficie de falla. las fallas deben ser consistentes para todas las pruebas realizadas para que los

datos de las pruebas puedan ser comparables.

12. al final de la prueba se debe tomar una muestra del suelo utilizado para determinar el contenido de humedad

y densidad de la muestra.

13. Repetir el procedimiento por un mínimo de dos esfuerzos de compresión normales adicionales.

14. graficar los datos de la prueba de fuerza cortante aplicada contra desplazamiento horizontal. Para esta gráfica

identifique los valores máximos de la fuerza cortante. determine el desplazamiento horizontal para estas

fuerzas cortantes.

REFERENCIAS

astm d 5321- 02

astm d 698

astm d 1557

astm d 3080

2.15 MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA TASA DE FLUJO Y LA TRANSMISIVIDAD HIDRÁULICA DE UN GEOSINTÉTICO UTILIZANDO UNA CABEZA CONSTANTE ASTM D 4716 – 03

la tasa de flujo por unidad de ancho es determinada midiendo la cantidad de agua que pasa por un espécimen de

prueba en un intervalo específico de tiempo bajo un esfuerzo normal y un gradiente hidráulico especifico.

la transmisividad hidráulica debería ser determinada sólo por pruebas que exhiben una tasa de flujo lineal por

unidad de ancho contra el gradiente relacionado, es decir, flujo laminar.


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1. Base: es una superficie plana y lisa, con una medida suficiente para poder alojar al espécimen de prueba. Para

pruebas con geotextiles, todas las superficies deberán estar cubiertas con una capa de caucho para filtraciones.

2. Reservorio: este puede ser de material plástico, de vidrio o metal. su altura debe ser al menos igual a la longitud

total del espécimen, este debe tener la capacidad de mantener un nivel constante de agua para cualquier altura

de ensayo.

3. mecanismo de carga: este mecanismo debe ser capaz de generar un esfuerzo normal a la compresión sobre el

espécimen de la prueba en un rango desde los 10 kPa hasta por lo menos 500 kPa sobre un área aproximada de

300 mm por 300 mm que son las dimensiones recomendadas para el tamaño del espécimen.

4. vertedero de desagüe: debe ser por lo menos del ancho de la base o ancho del espécimen, puede ser rectangular

o triangular y debe estar localizado a una altura mayor a la del espécimen.

5. colector de desagüe: el colector debe tener el tamaño suficiente para poder captar el flujo de salida del aparato

para poder ser medido para posteriores cálculos.

6. manómetros: están ubicados a la entrada y a la salida del espécimen, los manómetros deben ser en tubería

transparente y deben tener una altura por lo menos igual a la altura del nivel máximo de agua alcanzado en el

reservorio.

PROCEDIMIENTO

los gradientes hidráulicos y las superficies de contacto del espécimen son seleccionados por el usuario, ya sea para una

prueba índice o como una prueba de desempeño para modelar una serie de parámetros dados, tan cercano como sea

posible. estas medidas pueden ser repetidas bajo el incremento del esfuerzo normal seleccionado por el usuario.

1. Poner el material de base, si lo hay, sobre el aparato de prueba.

2. cortar el espécimen de prueba a las dimensiones requeridas y luego poner el espécimen de prueba sobre el de

base, asegurándose que todas las arrugas, dobleces, etc, sean eliminados.

3. sellar los lados del espécimen paralelos a la dirección del flujo recubriendo el espécimen de prueba con una

membrana delgada de caucho o plástico, de baja compresividad, usando un sello de borde de caucho o cera

para prevenir la filtración.

4. Poner el recubrimiento sobre el material de prueba, si lo hay.

5. ubicar el plato de carga en el montaje de prueba, aplicando un pequeño esfuerzo, entre 5 a 10 kPa, e ir

llenando lentamente el embalse con agua, permitiendo que el agua fluya por el espécimen de prueba.

6. desde este punto de la prueba en adelante, el espécimen debe mantenerse saturado en todo momento.

7. la temperatura de la prueba debe estar controlada y debe mantenerse a 21± 2°c durante la duración de la prueba.

8. verificar si existen corrientes de flujo en los límites del espécimen, si los hay se debe reacomodar el espécimen

como es requerido en el procedimiento.

9. Poner el espécimen bajo el mínimo esfuerzo normal por un periodo mínimo de 15 minutos.

10. el periodo mínimo de posicionamiento sugerido puede no ser suficiente para pruebas en geosintéticos que puedan

presentar inestabilidad estructural con el paso del tiempo u otra respuesta a la compresibilidad que impacten la

tasa de flujo para esfuerzos aplicados por más de 15 minutos. el periodo de prueba se debe establecer con base

a la compresión a largo plazo y esfuerzos comparables a los que posiblemente se pueda someter el material.

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11. Para pruebas de desempeño, el periodo establecido de prueba se tiene que extender considerablemente para

poder determinar la tasa de flujo a largo plazo, especialmente para cierto tipo de geosintéticos y secciones que

incluyan suelos que puedan presentar compresiones o deformaciones a largo plazo.

12. luego de que el periodo de prueba haya finalizado, llenar el reservorio al nivel correspondiente para el gradiente

seleccionado para la prueba.

13. Para determinar el gradiente hidráulico se computa la diferencia entre las elevaciones del nivel del agua entre

el reservorio y los manómetros, dividiendo esta diferencia por la longitud del espécimen de prueba. Para la

mayoría de las pruebas la longitud del espécimen es de 300 mm. Para variar el gradiente se debe ajustar la

altura en el reservorio y calcular de nuevo este valor.

14. en el momento que se observe flujo laminar a través del espécimen, que permita por lo menos un flujo de

0.0005 m3 a través del espécimen. tomar el tiempo requerido por lo menos por otros 0.0005 m3 de agua

adicionales que pasen a lo largo del espécimen, si este tiempo excede los 15 minutos, anotar la cantidad

recolectada a los 15 minutos para calcular la tasa de flujo por unidad de ancho o la transmisividad hidráulica,

o ambas. Repetir esta lectura por lo menos 3 veces por cada gradiente hidráulico seleccionado.

15. incrementar el esfuerzo normal a compresión y repetir el procedimiento mencionado para el cálculo de la tasa

de flujo, hasta alcanzar el nivel máximo de esfuerzo deseado.

16. comparar los datos de la tasa de flujo de cada prueba realizada, en una curva de calibración apropiada para

el aparato. Para la tasa de flujo dada, si el valor del gradiente hidráulico por bloque de calibración es mayor al

5% del gradiente correspondiente al geosintético, entonces los datos de la prueba se invalidan, y el aparato no

puede ser usado para evaluar la condición de la prueba modelada.

17. Repetir el anterior procedimiento para los demás especímenes de prueba.

REFERENCIAS

astm d4716 – 03

2.16 MEDIDA DEL POTENCIAL DE COLMATACIÓN DE UN SISTEMA SUELO – GEOTEXTIL POR LA VARIACIÓN DEL GRADIENTE HIDRÁULICO ASTM D 5101 – 90

este método de ensayo es aplicado para determinar el comportamiento que tiene un sistema suelo – geotextil

frente al efecto de la colmatación en la variación de la permeabilidad con el paso del tiempo. el ensayo requiere una

cámara de filtración vertical, un filtro al cual se le aplicará el ensayo y el suelo con el cual se quiera ensayar el filtro.

a este sistema se le hará circular agua a diferentes gradientes hidráulicos y se le medirá en diferentes intervalos de

tiempo las alturas piezométricas y los caudales para así determinar el taponamiento y la permeabilidad del filtro.


1. cámara de filtración vertical: tres secciones principales, dos anillos con rosca, mangueras y soportes de entrada

a la cámara.

2. tabla de piezómetros: consta de once tubos paralelos y una escala graduada.

3. dos recipientes graduados: con una capacidad de 700 cm3 y con una entrada y salida de flujo.

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4. un recipiente graduado: con una capacidad de 100 cm3 para medir caudales.

5. Filtro: si es un filtro diseñado en geotextil sólo se le realiza la prueba a la tela.

6. sistema de recirculación de agua.

7. sistema de desaireamiento de agua.

8. cilindro de madera: 50 mm de diámetro por 150 mm de largo, este cilindro se utilizará para compactar el material.

PROCEDIMIENTO

el agua usada en la prueba debe permanecer a una temperatura ambiente de 16 a 27°c; además tendrá que someterse

a un proceso de desaireación, en donde el aire disuelto en el agua no supere las 6 partes por millón. si el agua no

se somete a este proceso, se pueden presentar problemas de burbujas de aire, causando una disminución de la

permeabilidad y en consecuencia los datos medidos en el ensayo resultaran errados. la norma astm recomienda que

la extracción del aire se debe realizar por medio de una bomba de vacío, la cual absorbe el aire disuelto en el agua.

ensamble de la cámara de Filtración

1. colocar la sección inferior de la cámara de filtración en un lugar totalmente horizontal y de fácil acceso.

2. colocar el soporte de filtro sobre el anillo interno de la cámara.

3. enroscar el primer anillo de la cámara.

4. colocar una capa del material del filtro de 4 cm de espesor.

5. enroscar la sección intermedia de la cámara de filtración al anillo y sección inferior.

6. colocar el material del filtro restante hasta el anillo interior de la sección intermedia.

7. Preparar y secar el material que se va a ensayar con una anterioridad de mínimo tres días, después de seco pasar

por el material por el tamiz no. 10 y seleccionar aproximadamente 1350 g del material que pasa. el material

con un tamaño superior al del tamiz no. 10 se puede eliminar.

8. colocar el material en capas de 25 mm aproximadamente y distribuirlo con una cuchara o una herramienta

parecida. la compactación del material se hace golpeando 6 veces la cámara de filtración con un cilindro

de madera. cuando el material llegue al borde de la sección superior de la cámara se debe enrasar con una

espátula y retirar el material sobrante.

9. enroscar el anillo superior de la sección intermedia para enroscar la sección superior al anillo.

10. conectar con piezómetros 1 al 11 a los respectivos de la tabla de piezómetros.

11. Purgar el sistema con co2 a un flujo constante de 2 l/min y por un mínimo de 5 min.

12. Remover todas las burbujas de aire presentes en los piezómetros.

13. conectar el tubo de salida de agua de la cámara, al del recipiente de entrada, e iniciar la operación de llenado.

cuando el nivel de agua alcance el filtro, iniciar la operación de llenado. cuando el nivel de agua alcance el

filtro, iniciar una operación de llenado lento (cada media hora se asciende el nivel del agua 25 mm) con el fin

de prevenir la formación de burbujas de aire en el suelo, las cuales distorsionan las medidas.

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14. una vez se llene completamente la cámara, se cierra la válvula de ventosa (ubicada en la parte superior de la

cámara) y se deja el sistema en reposo por un espacio de 12 h. esta operación se realiza con el fin de saturar

completamente el sistema.

15. Revisar y remover de nuevo las burbujas de aire que se encuentren dentro de los tubos de los piezómetros.

16. medir la temperatura del agua dentro del permeámetro.

Toma de datos:

1. tomar un datum o nivel de referencia con respecto a la tabla de piezómetros.

2. conectar el recipiente de entrada al tubo de entrada de la cámara luego calcular y ajustar la elevación de este

para lograr un gradiente hidráulico de 1.

3. tomar los siguientes datos cada 0, ½, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 24 h.

4. tiempo en horas (acumulado)

5. volumen de agua medido en cm3. con una duración y cantidad mínima de 30 s y 10 cm3.

6. temperatura del agua en °c.

7. el nivel de cada uno de los piezómetros.

8. después de leer el dato de las 24 h, elevar el dispositivo de entrada hasta obtener un gradiente hidráulico de

2.5. a los 30 minutos escribir todos los datos.

9. después de leer el dato de la media hora elevar el dispositivo de entrada hasta obtener un gradiente hidráulico

de 5. en este gradiente hidráulico se leen todos los datos a partir de las 0 hasta las 24 h.

10. después de leer el dato de las 24 h, elevar el dispositivo de entrada hasta obtener un gradiente hidráulico de

7.5. a los 30 minutos escribir todos los datos.

11. después de leer el dato de la media hora elevar el dispositivo de entrada hasta obtener un gradiente hidráulico

de 10. en este gradiente hidráulico se leen todos los datos a partir de las 0 hasta las 24 h.

12. siguiendo este procedimiento se puede leer cualquier gradiente que se desee, lo importante es que la elevación

debe ser gradual, siendo el máximo gradiente 2.5 y conservando esta por un mínimo de 30 min.

REFERENCIAS

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esPeciF icaciones de constRucciÓn

ARTÍCULO 231

SEPARACIÓN DE SUELOS DE SUBRASANTE Y CAPAS GRANULARES CON GEOTEXTIL

231.1 DESCRIPCIÓN

esta especificación se refiere al uso de geotextiles para prevenir la mezcla entre los suelos de subrasante y agregados

o materiales seleccionados para conformar subbases, bases, o materiales para construir terraplenes; los que se

colocarán sobre el geotextil de acuerdo a un espesor de diseño y valores de compactación establecidos, en los

sitios señalados por los planos del proyecto o los indicados por el interventor. esta especificación se basa en la

supervivencia de los geotextiles frente a los esfuerzos producidos durante la instalación.

231.2 MATERIALES

las propiedades requeridas del geotextil para separación deben estar en función de la gradación del material

granular, de las condiciones geomecánicas del suelo de subrasante y de las cargas impuestas durante la ejecución

de los trabajos, permitiendo en todo momento el libre paso del agua.

231.2.1 Geotextil

se emplearán geotextiles tejidos o no tejidos elaborados a partir de polímeros sintéticos de cadena larga, compuestos

con un porcentaje mínimo del 95% en peso de poliolefinas o poliéster. el geotextil a utilizar deberá cumplir con las

propiedades mecánicas e hidráulicas que se presentan a continuación.

231.2.1.1 Requerimientos de las propiedades mecánicas

las propiedades de resistencia de los geotextiles dependen de los requerimientos de supervivencia y de las condiciones

y procedimientos de instalación. estas propiedades corresponden a condiciones normales de instalación.

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Tabla 1 Requerimientos de las propiedades mecánicas del geotextil(medidas en el sentido mas débil del geotextil)

(1) los valores numéricos de la tabla corresponden al valor mínimo promedio por rollo (vmPR). el valor mínimo promedio por rollo, es el valor

mínimo de los resultados de un muestreo de ensayos de un proceso para dar conformidad a un lote que está bajo comprobación, el promedio de los

resultados correspondientes de los ensayos practicados a cualquier rollo del lote que se está analizando, debe ser mayor o igual al valor presentado en

esta especificación y corresponde a la traducción del nombre en ingles “minimun average Roll value (maRv)”. desde el punto de vista del productor,

corresponde al valor promedio del lote menos dos (2) veces la desviación estándar de los valores de la producción.

(2) la elongación < 50% hace referencia a los geotextiles tejidos, medida según ensayo inv e-901.

(3) la elongación > 50% hace referencia a los geotextiles no tejidos, medida según ensayo inv e-901.

(4) el valor (vmPR) para la resistencia al rasgado trapezoidal de los geotextiles tejidos monofilamento es de 250 n.

231.2.1.2 Requerimientos de propiedades hidráulicas

Tabla 2 Requerimientos mínimos de propiedades hidráulicas del geotextil

(5) la Permitividad del geotextil debe ser mayor que la permitividad del suelo (Ψg>Ψs). el interventor también podrá exigir una permeabilidad del

geotextil mayor que la presentada por el suelo (kg>ks).

(6) el valor del tamaño de abertura aparente (taa) representa el valor máximo promedio por rollo.

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231.2.2 Material Granular

este material debe cumplir con las especificaciones y características para afirmado (artículo 311), subbase granular

(artículo 320) y Base granular (artículo 330) en el caso de que se esté proyectando la conformación de estructura

para vía, o con características de material seleccionado para la conformación de terraplenes.

231.2.3 Subrasante

Para considerar que la función de separación se dé por parte del geotextil, el suelo de subrasante deberá presentar

un cBR mayor o igual a 3 (cBR ≥ 3, o que la resistencia al corte sea mayor a 90 kPa aproximadamente) y estar en

condición de no saturación.

231.3 EQUIPO

se deberá disponer de los equipos necesarios para colocar el geotextil correctamente y el requerido para explotar,

triturar, procesar, cargar, transportar, colocar y compactar el material granular.

231.4 EJECUCIÓN DE LOS TRABAJOS

231.4.1 Generalidades

el interventor exigirá al constructor que los trabajos se efectúen con una adecuada coordinación entre las actividades

de preparación del terreno, la colocación del geotextil y la colocación y compactación del material de relleno, de

manera que el geotextil quede expuesto el menor tiempo.

será responsabilidad del constructor la colocación de elementos de señalización preventiva en la zona de los

trabajos, la cual deberá ser visible durante las veinticuatro (24) horas del día. el diseño de la señalización requerirá

la aprobación del interventor.

231.4.2 Preparación del terreno

la colocación del geotextil sólo será autorizada por el interventor cuando el terreno se haya preparado

adecuadamente, removiendo los bloques de roca, troncos, arbustos y demás materiales inconvenientes sobre la

subrasante, excavando o rellenando hasta la rasante de diseño, de acuerdo con los datos indicados en los planos del

proyecto o los ordenados por el interventor.

231.4.3 Colocación del geotextil

el geotextil se deberá extender en la dirección de avance de la construcción, directamente sobre la superficie

preparada, sin arrugas o dobleces. si es necesario colocar rollos adyacentes de geotextil, éstos se deberán traslapar

o unir mediante la realización de costura, de acuerdo al numeral 231.4.4 de esta especificación. el mínimo traslapo

deberá ser de treinta centímetros (0.30 m) y dependerá tanto del cBR de la subrasante como del tráfico que vaya a

circular sobre la vía durante la construcción. en las curvas, el geotextil puede ser cortado con sus correspondientes

traslapos o costuras, o doblado, para desarrollar la geometría de la curva propuesta.

el mínimo traslapo permitido para las aplicaciones que se refieren a la separación de materiales que trata esta

especificación, es de 0.30 m. Para todo final de rollo el traslapo mínimo será de 1.00 m; en reemplazo de éste traslapo

podrá usarse una costura bajo las condiciones descritas en el numeral 231.4.4, que se expone a continuación.

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Tabla 3 Traslapos mínimos

no se permitirá que el geotextil quede expuesto, sin cubrir, por un lapso mayor a tres (3) días.

231.4.4 Elaboración de costuras

Para obtener una buena calidad en las costuras se deben tener en cuenta los siguientes condicionamientos.

usualmente la costuras tanto realizadas en campo como las desarrolladas durante la manufactura deben considerar

los siguientes aspectos que dependerán del diseño correspondiente y son:

1. tipo de hilo: Kevlar, aramida, Polietileno, Poliéster o Polipropileno. no se permitirán hilos elaborados 100% a

partir de fibras naturales, e incluso nylon. cuando se propongan hilos compuestos por fibras sintéticas y fibras

naturales, no se permitirán aquellos que tengan 10% o más en peso de fibras naturales. no se permitirán

costuras elaboradas con alambres.

2. densidad de la puntada: mínimo de 150 a 200 puntadas por metro lineal.

3. tensión del hilo: debe ajustarse en campo de tal forma que no corte el geotextil, pero que sea suficiente para

asegurar una unión permanente entre las superficies a coser. si se hace la costura a mano, deberán tenerse los

cuidados necesarios para que al pasar el hilo, el rozamiento no “funda” las fibras del geotextil. deberán tenerse

en cuenta los requerimientos del inciso 2 del presente numeral.

4. la resistencia a la tensión de la unión, de acuerdo a la norma inv e-901, debe ser mínimo el 90% de la resistencia

a la tensión grab del geotextil que se está cosiendo, medida de acuerdo a la norma de ensayo, inv e-901.

5. tipo de costura. dependiendo del esfuerzo solicitado y el tipo de geotextil, se pueden realizar diferentes

configuraciones para asegurar la correcta transferencia de la tensión.

6. cantidad de líneas de costura, que se determinarán también según diseño.

7. tipo de puntada, la que puede ser simple (tipo 101) o de doble hilo, también llamada de seguridad (tipo 401).

231.4.5 Colocación del material de cobertura

el material de relleno se descargará en un lugar previamente escogido y autorizado por el interventor. luego el

material se esparcirá sobre el geotextil, empleando un método que no dé lugar a daños en el geotextil. no se

permitirá el tránsito de maquinaria sobre el geotextil hasta que se conforme la primera capa de material de relleno

compactada. no se permite el giro de maquinaria sobre la primera capa de material granular.

Para agregados de tamaños menores a 50 mm, el espesor de la primera capa compactada de material de relleno

debe ser mayor a 30 cm. Para agregados de tamaños menores a 30 mm, el espesor de la primera capa compactada

debe ser mayor a 15 cm.

el material de relleno se compactará con el equipo adecuado, para lograr el grado de compactación exigido del material

o el solicitado por el interventor, antes de dar paso al tráfico temporal sobre la vía o comenzar las labores de colocación

de las siguientes capas. el relleno se llevará a cabo hasta la altura indicada en los planos o la indicada por el interventor.

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231.5 CONDICIONES PARA EL RECIBO DE LOS TRABAJOS

231.5.1 Controles

durante la ejecución de los trabajos, el interventor adelantará los siguientes controles:

- verificar el estado y funcionamiento de todo el equipo empleado por el constructor.

- verificar que el terreno se prepare adecuadamente y que se cumplan las dimensiones de la rasante de diseño

señaladas en los planos o las ordenadas por él, antes de autorizar la colocación del geotextil.

- verificar que el material de relleno cumpla las especificaciones del diseño durante el período de ejecución de la obra.

- supervisar la correcta aplicación del método aceptado, en cuanto a la preparación del terreno, la colocación del

geotextil y la colocación de la capa de relleno.

- comprobar que los materiales a utilizar cumplan con los requisitos exigidos por la presente especificación.

- efectuar ensayos de control sobre el geotextil, en un laboratorio independiente al del fabricante y al material

granular del relleno. los ensayos de control relacionados con el geotextil, deberán hacerse de conformidad con

lo establecido en las normas inv e-909 e inv.e-908

- verificar que cada rollo de geotextil tenga en forma clara la información del fabricante, el número del lote y la

referencia del producto, así como la composición química del mismo, junto con una declaración del fabricante, que

deberá incluir la información que se exige en el numeral 231.5.3.2 que se refiere a la conformidad del geotextil.

- comprobar que durante el transporte y el almacenamiento, los geotextiles tengan los empaques que los protejan

de la acción de los rayos ultravioleta, agua, barro, polvo, y otros materiales que puedan afectar sus propiedades

- medir, para efectos de pago, las cantidades de obra ejecutadas a satisfacción.

231.5.2 Muestreo en obra

esta actividad de carácter obligatorio, deberá desarrollarse para todo despacho de geotextiles que lleguen a la obra,

para ser usados de acuerdo a los requerimientos establecidos por el diseño o donde el interventor hubiera aprobado

su utilización y forma parte del proceso de aseguramiento del control de calidad de la construcción, desarrollado

independientemente del programa de control de calidad de la producción o manufactura. Para esto, deberá seguir

lo establecido por las normas inv e-908 e inv e-909 que se refieren a la metodología de muestreo para ensayos y

la práctica para dar la conformidad de las especificaciones de los geosintéticos.

- Para el muestreo en obra se trabajarán rollos estándar con un área entre 400 y 600 m2. en el caso de rollos con

áreas diferentes, el total de metros cuadrados se deberá convertir a unidades de rollos equivalentes en relación

con 500 m2.

- Para el muestreo del control de calidad en obra de los geotextiles, por cada envío o despacho de materiales, se

deberá escoger al azar un número de rollos equivalentes a la raíz cúbica de los rollos suministrados por cada

envío o despacho, al que se le dará conformidad o aceptación por parte de la obra y a los que se les utilizará

para el uso que trata esta especificación, teniendo en cuenta que si el número de rollos es mayor o igual a 1000,

el número de muestras seleccionadas debe ser igual a 11.

- de cada rollo se deberán descartar las dos primeras vueltas de geotextil para el muestreo. Posteriormente, se

deberá tomar una muestra como mínimo de un metro lineal por el ancho correspondiente al rollo, verificando

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que esté totalmente seca y limpia y se deberá empacar y enviar a un laboratorio distinto al del fabricante,

debidamente identificada (número de lote, referencia del producto, etc.).

- el número de especímenes se determina aplicando lo previsto en las normas de ensayo para evaluar las propiedades

indicadas en la tabla 1 del aparte 231.2.1.1 y en la tabla 2 del aparte 231.2.1.2 de esta especificación.

231.5.3 Condiciones específicas para el recibo y tolerancias

231.5.3.1 Calidad del geotextil

cada despacho de geotextil deberá ser sometido a un proceso de conformidad de las especificaciones de acuerdo

con lo establecido en el numeral 231.5.2 y de la normas inv e-909 e inv e-908, para dar conformidad del geotextil

a usar, según los valores establecidos por esta especificación, independientemente que venga acompañado de

una certificación o declaración del laboratorio del fabricante que garantiza que el producto satisface las exigencias

indicadas en los documentos del proyecto. Por ningún motivo se aceptarán geotextiles rasgados, agujereados o

usados. las especificaciones de los geotextiles deben presentarse en valores mínimos promedio por rollo (vmPR).

231.5.3.2 Declaración del fabricante del geotextil con respecto a su producto

el constructor suministrará al interventor una declaración donde se establezca el nombre del fabricante, el nombre

del producto, composición química relevante de los filamentos o cintas y otra información pertinente que describa

totalmente al geotextil.

el fabricante es responsable de establecer y mantener un programa de control de calidad. este deberá estar disponible

cuando se requiera, mediante un documento que describa el programa de control de calidad de la producción.

la declaración del fabricante hace constar que el geotextil suministrado ofrece valores mínimos promedio por rollo

“vmPR”, de acuerdo a lo establecido en su hoja de especificaciones de producto, obtenidos bajo el programa de

control de calidad del fabricante. la declaración deberá ser extendida por una persona que tenga el reconocimiento

legal, de tal forma que comprometa al fabricante.

un error en el etiquetado o de presentación de los materiales, será razón suficiente para rechazar estos geotextiles.

231.5.3.3 Calidad de la obra terminada

el interventor aceptará el trabajo realizado donde las dimensiones y los lineamientos se ajusten a los requerimientos

del proyecto y cuyos materiales y procedimientos de ejecución se realicen según lo prescrito en esta especificación.

231.6 MEDIDA

la unidad de medida del geotextil será el metro cuadrado (m2), aproximado al décimo del metro cuadrado de

geotextil medido en obra, colocado de acuerdo con los planos y esta especificación, sin incluir traslapos, debidamente

aceptado por el interventor.

231.7 FORMA DE PAGO

el pago se hará al respectivo precio unitario del contrato por toda obra ejecutada, de acuerdo con los planos y

esta especificación, y aceptada a satisfacción por el interventor. el material de cobertura se pagará de acuerdo a la

especificación del material utilizado siguiendo el numeral 231.2.2.

ÍTEM DE PAGO

231.1 geotextil para separación de suelos de subrasante y capas granulares metro cuadrado (m2).

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ARTÍCULO 232

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS DE SUBRASANTE Y CAPAS GRANULARES CON GEOTEXTIL

232.1 DESCRIPCIÓN

este trabajo consiste en la preparación del suelo de subrasante que se quiere estabilizar y el suministro, transporte

y colocación de materiales compuestos por el geotextil y el suelo granular, en los sitios señalados en los planos del

proyecto o indicados por el interventor. esta especificación se basa en la supervivencia de los geotextiles frente a los

esfuerzos de instalación.

232.2 MATERIALES

las propiedades requeridas del geotextil para estabilización deben estar en función de la gradación del material

granular, de las condiciones geomecánicas del suelo de subrasante y de las cargas impuestas durante la ejecución

de los trabajos, permitiendo en todo momento el libre paso del agua. esta especificación no es apropiada para el

refuerzo de terraplenes donde las condiciones de esfuerzos puedan causar fallas globales de la fundación o de

estabilidad. el refuerzo de la sección del pavimento es un punto de diseño específico del proyecto.

232.2.1 Geotextil

se emplearán geotextiles tejidos o no tejidos elaborados a partir de polímeros sintéticos de cadena larga, compuestos

con un porcentaje mínimo del 95% en peso de poliolefinas o poliéster. el geotextil a utilizar deberá cumplir con las

propiedades mecánicas e hidráulicas que se presentan a continuación.

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232.2.1.1 Requerimientos de propiedades mecánicas


y procedimientos de instalación. estas propiedades corresponden a condiciones normales de instalación.

Tabla 1 Requerimientos mínimos de propiedades mecánicas del geotextil(medidos en el sentido mas débil del geotextil)







(3) la elongación ≥ 50% hace referencia a los geotextiles no tejidos, medida según ensayo inv e-901.

232.2.1.2 Requerimientos de propiedades hidráulicas y de filtración


(4) la permitividad del geotextil debe ser mayor que la permitividad del suelo (Ψg > Ψs). la permeabilidad deberá ser mayor que la permeabilidad

del suelo (kg > ks).

(5) el valor del tamaño de abertura aparente (taa) representa el valor máximo promedio por rollo.

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232.2.2 Material Granular

este material debe cumplir con las especificaciones y características para afirmado (artículo 311), subbase granular

(artículo 320) y Base granular (artículo 330) en el caso de que se esté proyectando la conformación de estructura

para vía, o con características de material seleccionado para la conformación de terraplenes.

232.2.3 Subrasante

Para considerar que la función de estabilización se dé por parte del geotextil, el suelo de subrasante deberá presentar

un cBR entre 1 y 3 (1<cBR< 3, o que la resistencia al corte este entre 30 kPa y 90 kPa aproximadamente) y estar en

condición de no saturación.

232.3 EQUIPO

se deberá disponer de los equipos necesarios para colocar el geotextil correctamente y el requerido para explotar,

triturar, procesar, cargar, transportar, colocar y compactar el material granular.




de preparación del terreno, la colocación del geotextil y la colocación y compactación del material de relleno, de

manera que el geotextil quede expuesto el menor tiempo.


trabajos, la cual deberá ser visible durante las veinticuatro (24) horas del día. el diseño de la señalización requerirá

la aprobación del interventor.


la colocación del geotextil sólo será autorizada por el interventor cuando el terreno se haya preparado

adecuadamente, removiendo los bloques de roca, troncos, arbustos y demás materiales inconvenientes sobre la

subrasante, excavando o rellenando hasta la rasante de diseño, de acuerdo con los datos indicados en los planos del

proyecto o los ordenados por el interventor.


el geotextil se deberá extender en la dirección de avance de la construcción, directamente sobre la superficie

preparada, sin arrugas o dobleces. si es necesario colocar rollos adyacentes de geotextil, éstos se deberán traslapar

o unir mediante la realización de costura, de acuerdo al numeral 231.4.3.1 de esta especificación. el mínimo traslapo

deberá ser de sesenta centímetros (0.60 m) y dependerá tanto del cBR de la subrasante como del tráfico que vaya

a circular sobre la vía durante la construcción. en las curvas, el geotextil puede ser cortado con sus correspondientes

traslapos o costuras, o doblado, para desarrollar la geometría de la curva propuesta.

el mínimo traslapo permitido para las aplicaciones que se refieren a la separación de materiales que trata esta

especificación, es de 0.60 m. Para todo final de rollo el traslapo mínimo será de 1.00 m; en reemplazo de éste traslapo

podrá usarse una costura bajo las condiciones descritas en el numeral 232.4.4, que se expone a continuación.

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Tabla 3 Traslapos mínimos en función del CBR

no se permitirá que el geotextil quede expuesto, sin cubrir, por un lapso mayor a (3) días.










3. tensión del hilo: debe ajustarse en campo de tal forma que no corte el geotextil, pero que ea suficiente para

asegurar una unión permanente entre las superficies a coser. si se hace la ostura a mano, deberán tenerse los

cuidados necesarios para que al pasar el hilo, el rozamiento o “funda” las fibras del geotextil. deberán tenerse

en cuenta los requerimientos del inciso 2 del resente numeral.






7. tipo de puntada, la que pueden ser simple (tipo 101) o de doble hilo, también llamada de seguridad (tipo 401).

232.4.5 Colocación del material de cobertura

el material de relleno se descargará en un lugar previamente escogido y autorizado por el interventor. luego, el

material se esparcirá sobre el geotextil, empleando un método que no dé lugar a daños en el geotextil. no se

permitirá el tránsito de maquinaria sobre el geotextil hasta que se conforme la primera capa de material de relleno

compactada. no se permite el giro de maquinaria sobre la primera capa de material granular.

Para agregados de tamaños menores a 50 mm, el espesor de la primera capa compactada de material de relleno

debe ser mayor a 30 cm. Para agregados de tamaños menores a 30 mm, el espesor de la primera capa compactada

debe ser mayor a 15 cm.

el material de relleno se compactará con el equipo adecuado, para lograr el grado de compactación exigido del

material o el solicitado por el interventor, antes de dar paso al tráfico temporal sobre la vía o comenzar las labores

de colocación de las siguientes capas. el relleno se llevará a cabo hasta la altura indicada en los planos o la indicada

por el interventor.

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232.5.1 Controles



- verificar que el terreno se prepare adecuadamente y que se cumplan las dimensiones de la rasante de diseño

señaladas en los planos o las ordenadas por él, antes de autorizar la colocación del geotextil.

- verificar que el material de relleno cumpla las especificaciones del diseño durante el período de ejecución de la obra.

- supervisar la correcta aplicación del método aceptado, en cuanto a la preparación del terreno, la colocación del

geotextil y la colocación de la capa de relleno.




lo establecido en las normas inv e-909 e inv e-908.


referencia del producto, así como la composición química del mismo, junto con una declaración del fabricante que



de la acción de los rayos ultravioleta, agua, barro, polvo, y otros materiales que puedan afectar sus propiedades.


232.5.2 Muestreo en Obra









con 500 m2.








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el número de especímenes se determina aplicando lo previsto en las normas de ensayo para evaluar las propiedades











el constructor suministrará al interventor una declaración donde se establezca el nombre del fabricante, el nombre






“vmPR”, de acuerdo a los establecidos en su hoja de especificaciones de producto, obtenidos bajo el programa de




232.5.3.3 Calidad del producto terminado



232.6 MEDIDAS




232.7 FORMA DE PAGO

el pago se hará al respectivo precio unitario del contrato por toda obra ejecutada, de acuerdo con los planos y

esta especificación, y aceptada a satisfacción por el interventor. el material de cobertura se pagará de acuerdo a la

especificación del material utilizado siguiendo en numeral 232.2.2.

ÍTEM DE PAGO

232.1 geotextil para estabilización de suelos de subrasante y capas granulares metro cuadrado (m2).

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ARTÍCULO 464

PAVIMENTACIÓN Y REPAVIMENTACIÓN CON GEOTEXTILES

464.1 DESCRIPCIÓN

este trabajo consiste en la utilización de geotextiles para conformar una membrana visco-elasto-plástica, la que

puede ser usada sobre pavimentos de concreto asfáltico fatigados y retardar el calcado de fisuras; o bajo nuevas

capas de concreto asfáltico para ofrecer una barrera permanente contra el ingreso del agua. ambas estrategias

pueden ser usadas en el mantenimiento y construcción de vías pavimentadas, el desarrollo de esta membrana estará

determinado por los sitios señalados en los planos del proyecto o indicados por el interventor. la membrana descrita

se obtiene mediante la saturación con cemento asfáltico de un geotextil que ha sido colocado sobre la superficie

existente, previa preparación, para luego colocar la nueva capa de concreto asfáltico. esta especificación se basa en

la supervivencia del geotextil frente a los esfuerzos producidos durante la instalación.

464.2 MATERIALES

464.2.1 Geotextil

se utilizarán geotextiles elaborados a partir de polímeros sintéticos de cadena larga, compuestos con un porcentaje

mínimo de 95% en peso de poliolefinas o poliéster; del tipo no tejido, punzonado por agujas. los que deberán

tener la capacidad de absorber la suficiente cantidad de ligante asfáltico y presentar los siguientes requerimientos

de propiedades mecánicas.

464.2.1.1 Propiedades Requeridas


y procedimientos de instalación. las propiedades corresponden a condiciones normales de instalación.

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Tabla 1 Requerimientos del geotextil(medidos en el sentido más débil del geotextil)

(1) los valores numéricos de la tabla corresponden al valor mínimo promedio por rollo (vmPR).el valor mínimo promedio por rollo, es el valor mínimo

de los resultados de un muestreo de ensayos de un proceso para dar conformidad a un lote que está bajo comprobación, el promedio de los resulta-

dos correspondientes de los ensayos practicados a cualquier rollo del lote que se está analizando, debe ser mayor o igual al valor presentado en esta

especificación y corresponde a la traducción del nombre en ingles “minimun average Roll value (maRv)”. desde el punto de vista del productor,


(2) la elongación ≥ 50% hace referencia a los geotextiles no tejidos.

(3) la retención asfáltica mínima será de 0.9 l/m2; sin embargo, la retención asfáltica medida en litros por cada metro cuadrado (l/m2) para cada

geotextil debe ser suministrada por el fabricante. el valor no indica la tasa de aplicación de asfalto requerido en la construcción, solamente indica el

valor para saturar el geotextil. la retención asfáltica del producto, representa el vmPR suministrado por el fabricante. el valor de retención asfáltica

esta dado en términos de asfalto residual en caso de trabajar con emulsiones asfálticas.

(4) el punto de fusión del geotextil será ≥ 150°c cuando la nueva capa asfáltica sea preparada con asfalto tradicional. el punto de fusión del geotextil

será ≥ 250°c cuando la nueva capa asfáltica sea preparada con asfaltos modificados con polímeros ó cuando la temperatura de compactación supere

los 150°c.

464.2.2 Ligante asfáltico

el material que se utilizará para saturar el geotextil y desarrollar la mencionada membrana visco elastoplástica,

además de garantizar una adecuada adhesión de esta membrana a la base granular o a la mezcla asfáltica existente,

y a la capa superior (capa de refuerzo, o de mantenimiento), podrá ser un cemento asfáltico de penetración 60-70

mm/10 (según el ensayo inv e-706), emulsión catiónica de rompimiento rápido tipo 1 ó una emulsión catiónica

de rompimiento rápido tipo 1 modificada con polímeros, de conformidad con lo establecido por el artículo 400 de

estas especificaciones, de tal forma que se satisfaga la cantidad de cemento asfáltico establecida por el diseñador. el

geotextil se podrá colocar solo después del correspondiente rompimiento de la emulsión. los asfaltos diluidos que

contienen solventes no deberán ser usados.

464.3 EQUIPO

se deberá disponer de los equipos adecuados para la imprimación, la colocación del geotextil, la colocación y la

compactación del concreto asfáltico de la capa de repavimentación, pavimentación o mantenimiento. el irrigador de

asfalto debe ser capaz de aplicar el asfalto o emulsión de liga, a la tasa de aplicación especificada por el diseñador

de manera uniforme. el irrigador también debe estar equipado con una boquilla de aspersión. el equipo mecánico

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o manual de instalación del geotextil debe ser capaz de instalarlo uniformemente, cuidando de producir la mínima

cantidad de arrugas.

se deben suministrar los siguientes equipos misceláneos: escobas de cerda rígida o rodillos para uniformizar la

superficie del geotextil; tijeras o cuchillas para cortar el geotextil; cepillos para aplicar el sellador asfáltico a los

traslapos del geotextil.

Puede requerirse para ciertos trabajos, equipos de compactación neumática para uniformizar la imprimación del

geotextil con el ligante. la utilización de un compactador neumático puede ser requerida especialmente en trabajos

donde se coloquen capas delgadas de mezcla asfáltica, esto se realiza para mejorar la adhesión del geotextil a las

superficies debido a la ausencia de peso y temperatura asociadas con capas delgadas.




de limpieza de la superficie de la base granular terminada o la capa asfáltica antigua, la reparación de grietas, la

imprimación, la instalación del geotextil y la colocación de la capa de mezcla asfáltica, de manera que se minimice

el tiempo de duración de la obra.


trabajos, la cual deberá ser visible durante las veinticuatro (24) horas del día.

464.4.2 Limpieza de la superficie y reparación de grietas

la imprimación e instalación del geotextil sólo serán autorizadas por el interventor cuando la limpieza de la superficie

y la reparación de las grietas se hayan realizado, de acuerdo a los trabajos indicados en el proyecto y a lo ordenado

por el interventor.

Para garantizar que la adhesión del geotextil a la capa asfáltica antigua y a la de repavimentación sea la adecuada,

deberá preverse que la superficie sobre la cual se colocarán los rollos de geotextil esté libre de elementos tales

como polvo, agua, vegetación y escombros que pudiesen entorpecer el contacto entre el ligante asfáltico y la

carpeta vieja. los equipos recomendables utilizados en este tipo de operaciones son compresores neumáticos con

boquillas adecuadas para limpieza o incluso se permite la utilización de escobas, como también se usan equipos

de barrido mecánico.

después de terminar el proceso de limpieza, las grietas que excedan los tres milímetros (3 mm) de ancho deberán

ser sopladas y selladas de acuerdo con las especificaciones particulares de cada proyecto.

464.4.3 Tasa y forma de aplicación del ligante asfáltico

la cantidad de ligante asfáltico a utilizar depende de la porosidad relativa de la capa antigua y del geotextil a utilizar

en el proceso de repavimentación, para garantizar el desempeño de la membrana visco-elasto-plástica lograda con

la saturación del geotextil. la cantidad de ligante asfáltico deberá ser la suficiente para satisfacer los requerimientos

de la saturación del geotextil. adicionalmente, se debe incluir la cantidad necesaria para adherir el geotextil y la

nueva capa asfáltica a la superficie de la capa antigua. Para esto, se recurrirá a los cálculos de acuerdo con las

cantidades previstas en el diseño.

sobre la superficie tratada se deberá extender el ligante asfáltico seleccionado, de tal forma que se obtenga una

distribución uniforme de la tasa calculada y lograr así la mencionada membrana viscoelasto-plástica. las técnicas de

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imprimación requieren que los equipos coloquen el ligante a una tasa uniforme, siendo necesario el uso de equipos

mecánicos, tales como camiones irrigadores. cuando se utilicen equipos manuales se puede lograr una aplicación

adecuada del ligante, teniendo en cuenta que ésta deberá ser homogénea y uniforme.

464.4.4 Temperaturas de trabajo

las temperaturas del camión irrigador con cemento asfáltico no deben exceder los 150°c. los patrones de riego con

emulsiones asfálticas son mejorados con calentamiento. es deseable un rango de temperaturas entre 55°c y 70°c.

no debe excederse una temperatura de 70°c, puesto que a partir de esta puede romperse la emulsión.

ni el sellador asfáltico ni el geotextil deben colocarse cuando las condiciones del clima a juicio del interventor no

sean las adecuadas. las temperaturas del aire y del pavimento deben ser las suficientes para permitir que el sellante

asfáltico haga que el geotextil permanezca adherido en su sitio.


el geotextil deberá ser colocado sobre el ligante asfáltico con una mínima cantidad de arrugas, antes que el ligante

o cemento asfáltico se enfríe y pierda adhesividad.

la colocación del geotextil podrá realizarse manual o mecánicamente, mediante equipos especiales para la colocación

de los rollos y así de esta manera se podrá eliminar al máximo la formación de arrugas.

los cuidados principales para el tratamiento de las arrugas incluyen los siguientes:

- las arrugas y dobleces de más de 25 mm deberán rasgarse y aplanarse siempre en el sentido del avance de los

equipos utilizados en las labores de pavimentación o repavimentación, para evitar levantamientos.

- en el caso de que la arruga o doblez sobrepase los 50 mm, este exceso deberá ser eliminado.

el traslapo del geotextil en reparación de arrugas deberá contemplar el uso de ligante adicional para saturar las dos

capas de geotextil y formar una membrana visco-elasto-plástica uniforme y manteniendo el efecto impermeabilizador

o de disipación de esfuerzos.

deberá contemplarse la menor dimensión posible para la conformación de los traslapos entre rollos adyacentes;

los traslapos en cualquier dirección, no deberán exceder quince centímetros (15 cm). en las zonas de traslapos se

deberá hacer una imprimación adicional con ligante asfáltico para garantizar la saturación total del geotextil según

las expectativas mencionadas anteriormente.

Para facilitar un mayor contacto del geotextil con el ligante y eliminar en mayor proporción las arrugas del geotextil,

se podrán utilizar equipos mecánicos como es el caso de un compactador de llantas en una pasada sobre el geotextil

transitando a bajas velocidades.

464.4.6 Colocación de la capa nueva asfáltica

una vez instalado el geotextil se colocará en el menor tiempo posible. la temperatura de colocación de la nueva

capa estará de acuerdo al tipo de mezcla asfáltica que se haya diseñado para el proyecto previamente aprobada

por el interventor. cuando el asfalto de liga traspasa el geotextil por sobre saturación, de tal forma que se puedan

causar algunos problemas especialmente al transito del equipo de construcción produciendo desprendimientos del

geotextil, se permitirá esparcir una película de arena limpia sobre la huella de las llantas del equipo, para que el

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exceso sea absorbido por esta arena y se impida el desprendimiento del geotextil. Posteriormente estos excesos de

arena serán retirados para proceder a la colocación de la nueva carpeta asfáltica.

normalmente no es necesario la utilización de arena, sin embargo en climas muy cálidos es posible que el asfalto

de liga fluya a través del geotextil en algunos puntos de la vía, resultando en una condición poco adecuada para

desarrollar una buena adhesión de la nueva carpeta asfáltica.

Para evitar que la membrana visco-elasto-plástica lograda mediante la correcta colocación del geotextil se desplace y

se produzcan daños, las maniobras de la pavimentadora y demás equipo deben ser graduales y el tráfico sobre esta

superficie deberá ser mantenido a un mínimo posible.

se deben tener cuidados especiales ante las condiciones climatológicas adversas, no se podrá instalar el geotextil

cuando la capa de pavimento existente esté en condiciones húmedas. en el caso de querer hacer grandes avances

en la instalación del geotextil es necesario prever que no lloverá en la zona. esta es la única condición que pudiera

llegar a afectar el avance de obra.

los procesos de colocación de la nueva capa asfáltica serán los establecidos como la buena practica de la ingeniería

lo indica en cuanto a su densificación y demás condiciones de acabado esperado de la vía en consideración.


464.5.1 Controles



- verificar la limpieza de la superficie de la capa asfáltica antigua y la correcta reparación de las grietas existentes,

de acuerdo a lo definido en la ejecución de los trabajos de esta especificación.

- vigilar la correcta dosificación de la cantidad de ligante asfáltico según las especificaciones particulares del

proyecto y las previsiones consideradas en esta especificación.

- verificar la temperatura del ligante en el momento de colocación del geotextil, de acuerdo a lo descrito en la

ejecución de los trabajos de esta especificación.

- verificar la correcta colocación del geotextil, los tratamientos de las arrugas y los traslapos entre los rollos de

geotextil, de acuerdo a lo descrito en la ejecución de los trabajos de esta especificación.

- verificar la colocación y la densificación de la nueva capa asfáltica y sus dimensiones, según lo especificado en

el diseño.

- supervisar la correcta aplicación del método aceptado.

- comprobar que los materiales a utilizar cumplan con los requisitos de calidad exigidos por la presente

especificación.

- vigilar las condiciones climáticas durante los procesos de aplicación del ligante asfáltico e instalación del geotextil

y la colocación de la capa asfáltica.

- efectuar ensayos de control sobre el geotextil, el ligante asfáltico, los agregados pétreos y el material de la

capa de asfáltica. los ensayos de control relacionados con el geotextil, deberán hacerse de conformidad con lo

establecido en las normas inv e-908 e inv e-909.

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de la acción de los rayos ultravioleta, agua, barro, polvo y otros materiales que puedan afectar sus propiedades.

- medir, para efectos de pago, las cantidades de obra ejecutadas a su satisfacción.

464.5.2 Muestreo en Obra





lo establecido por las normas inv e-908 e inve-909 que se refieren a la metodología de muestreo para ensayos y la

práctica para dar la conformidad de las especificaciones de los geosintéticos.



con 500 m2.










el número de especímenes se determina aplicando lo previsto en las normas de ensayo para evaluar las propiedades

indicadas en la tabla 1 del aparte 464.2.1.1 de esta especificación.


464.5.3.1 Calidad del ligante asfáltico

la calidad del ligante (cemento asfáltico o emulsión asfáltica), deberá cumplir los requisitos del artículo 400 de estas

especificaciones.



con lo establecido en el numeral 464.5.2 y de la normas inv e-908 e inv e-909 para dar conformidad del geotextil





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el constructor suministrará al interventor, una declaración donde se establezca el nombre del fabricante, el nombre




cuando se requiera mediante un documento que describa el programa de control de calidad de la producción.



control de calidad del fabricante. la declaración deberá ser expedida por una persona que tenga el reconocimiento

legal de tal forma que comprometa al fabricante.


464.5.3.4 Calidad del trabajo terminado

el interventor aceptará todos los trabajos de pavimentación o repavimentación donde las dimensiones y los

lineamientos se ajusten a los requerimientos del proyecto y cuyos materiales y procedimientos de ejecución se

ajusten a lo prescrito en esta especificación.

464.6 MEDIDAS

464.6.1 Geotextil




464.6.2 Ligante asfáltico

la unidad de medida del ligante asfáltico será el kilogramo (kg) si se utiliza cemento asfáltico o el litro (l) en caso

de que se emplee emulsión asfáltica.

Nota: las cantidades de geotextil y material de ligante en exceso de las indicadas en los documentos del proyecto

o las ordenadas por el interventor, no se medirán para efectos del pago.

464.7 FORMA DE PAGO

el pago se hará al respectivo precio unitario del contrato por toda obra ejecutada, de acuerdo con los planos y esta

especificación, y aceptada a satisfacción por el interventor.

ÍTEM DE PAGO

464.1 geotextil para pavimentación y repavimentación metro cuadrado (m2)

464.2 emulsión asfáltica litro (l)

464.3 cemento asfáltico Kilogramos (Kg)

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ARTÍCULO 673

SUBDRENES CON GEOTEXTIL Y MATERIAL GRANULAR

673.1 DESCRIPCIÓN

este trabajo consiste en el suministro, transporte y colocación de materiales para la construcción de filtros para

subdrenaje compuestos por geotextil y material drenante, en los sitios señalados en los planos del proyecto o

indicados por el interventor. esta especificación se basa en la supervivencia de los geotextiles frente a los esfuerzos

de instalación.

673.2 MATERIALES

esta especificación es aplicable a la colocación de un geotextil contra el suelo para permitir el paso del agua a largo

plazo dentro del sistema de drenaje subsuperficial, reteniendo el suelo adyacente. la función principal del geotextil

en esta aplicación es la filtración. las propiedades del geotextil para filtración están en función de la gradación del

suelo del sitio y de las condiciones hidráulicas del mismo.

673.2.1 Geotextil

se usarán geotextiles elaborados con fibras sintéticas, del tipo no tejidos o tejidos . el geotextil escogido en el diseño

deberá tener capacidad para dejar pasar el agua, reteniendo el suelo del sitio. el geotextil a utilizar deberá presentar

los siguientes requerimientos de propiedades mecánicas, hidráulicas y de filtración.

673.2.1.1 Requerimientos de propiedades mecánicas


y procedimientos de instalación. las propiedades corresponden a condiciones normales de instalación.

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Tabla 1 Requerimientos mínimos de propiedades mecánicas del geotextil

(1) los valores numéricos de la tabla 1 corresponden al valor mínimo promedio por rollo (vmPR). el valor mínimo promedio por rollo, es el valor






(3) la elongación ≥ 50% hace referencia a los geotextiles no tejidos, medida según ensayo inv e-901.

(4) el valor (vmPR) para la resistencia al rasgado trapezoidal de los geotextiles tejidos monofilamento es de 250 n.

673.2.1.2 Requerimientos de propiedades hidráulicas y de filtración


(5) el porcentaje de suelo que pasa el tamiz no. 200 corresponde a la fracción de la granulometría (inv e-123) del suelo aguas arriba del geotextil.

(6) los valores del tamaño de abertura aparente (taa) representan el valor máximo promedio por rollo. Para suelos cohesivos con un índice de

plasticidad mayor a 7, el valor máximo promedio por rollo de tamaño de abertura aparente es 0.30 mm.

673.2.2 Material Drenante

Podrá provenir de la trituración de piedra o roca, o ser una mezcla de ambos y estará constituido por fragmentos

duros y resistentes a la acción de los agentes de intemperismo por lo que deberán tener una alta composición de

materiales siliceos.

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deberá además cumplir los siguientes requisitos:

673.2.2.1 Granulometría

el material drenante deberá estar constituido por partículas con tamaños comprendidos entre el tamiz (3”) y el tamiz

(1/2”). si se van a utilizar fragmentos de un solo tamaño, las partículas deben ser de 1”. no se requiere ninguna

gradación especial. las partículas pueden ser angulares o redondeadas. el material deberá estar limpio, sin material

fino, sin material orgánico y deberá ser durable.

673.2.2.2 Calidad de los agregados

la resistencia a la abrasión deberá ser medida en la máquina de los Ángeles, según la norma de ensayo inv e-219,

el desgaste no podrá ser mayor al 40 por ciento (40%).

las pérdidas en ensayo de solidez (inv e-220), para material granular son las siguientes:

- en sulfato de sodio: 12% máximo

- en sulfato de magnesio: 18% máximo

el índice de desleimiento – durabilidad, medido según la norma de ensayo inv e-236, no deberá ser mayor al 2%.

la cantidad de materia orgánica, según la norma de ensayo inv e-121, deberá ser igual a 0.

673.2.3 Tubería de drenaje

de ser necesario utilizar tuberías de drenaje, estas se ajustarán a las características, diámetros y mínima superficie

de filtración establecidos en el proyecto por el diseñador o por el interventor según sea el caso y estarán de acuerdo

con los diámetros comerciales del mercado, si lo requiere el proyecto. estos tubos se utilizarán en la construcción de

drenes longitudinales al borde del pavimento.

673.3 EQUIPO

se deberá disponer de los equipos necesarios para colocar el geotextil y para explotar, triturar, procesar, cargar,

transportar, colocar y compactar el material drenante. también para colocar y compactar el suelo que cubrirá el filtro.



el interventor exigirá al constructor que los trabajos se efectúen con una adecuada programación entre las

actividades de apertura de la excavación y de construcción del subdrén, de manera que aquella quede expuesta el

menor tiempo posible para evitar que el material in-situ alrededor de la excavación pierda sus condiciones iniciales

y a la vez se disminuyan los riesgos contraidos con terceros durante la ejecución de la obra.


trabajos, la cual deberá ser visible durante las veinticuatro (24) horas del día.


la construcción del subdrén sólo será autorizada por el interventor cuando la excavación haya sido terminada,

de acuerdo con las dimensiones, las pendientes, las cotas y las rasantes indicadas en los planos del proyecto o

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las ordenadas por el interventor. la excavación se deberá ejecutar de acuerdo con lo indicado en el artículo 600

“excavaciones varias” del instituto nacional de vías.

673.4.3 Condiciones normales de instalación del geotextil

el geotextil se deberá colocar cubriendo totalmente la parte inferior y las paredes laterales de la excavación, evitando

las arrugas del geotextil, acomodándolo para asegurar un buen contacto con la excavación y dejando por encima

la cantidad de geotextil suficiente para que, una vez se acomode el material drenante, se cubra en su totalidad con

un traslapo de 0.30 m como mínimo o mediante la realización de costura industrial. en caso de que el ancho de la

excavación sea menor a 0.30 m el traslapo mínimo deberá ser igual al ancho de la excavación. los tramos sucesivos

del geotextil se traslaparán 0.45 m como mínimo y se deberá traslapar o coser el geotextil aguas arriba sobre el

geotextil aguas abajo.

no se permitirá que el geotextil quede expuesto, sin cubrir, por un lapso mayor a (3) días.










3. tensión del hilo: debe ajustarse en campo de tal forma que no corte el geotextil, pero que sea suficiente para

asegurar una unión permanente entre las superficies a coser. si se hace la costura a mano, deberán tenerse los

cuidados necesarios para que al pasar el hilo, el rozamiento no “funda” las fibras del geotextil. deberán tenerse

en cuenta los requerimientos del inciso 2 del presente numeral.






7. tipo de puntada, la que puede ser simple (tipo 101) o de doble hilo, también llamada de seguridad (tipo 401).

673.4.5 Colocación del material drenante

el material drenante, cuya explotación y elaboración se realizará conforme se indica en el aparte 500.4.1 del artículo

500 del instituto nacional de vías, se colocará dentro de la zanja en capas con el espesor autorizado por el interventor

y empleando un método que no dé lugar a daños en el geotextil o en las paredes de la excavación.

Para las condiciones normales de instalación, la altura máxima de caída del material no deberá exceder un (1) metro.

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el relleno se llevará a cabo hasta la altura indicada en los planos o la autorizada por el interventor.

673.4.6 Instalación de la tubería

la tubería de drenaje se instalará después de haber colocado entre 3 y 5 centímetros de material drenante en el

fondo de la zanja. los extremos de cada sección de tubería serán unidos con un pegamento recomendado por el

fabricante de los tubos; este deberá ser utilizado antes de su fecha de vencimiento.

las pendientes mínimas de instalación se realizarán según lo indicado en los planos o la autorizada por el interventor.

673.4.7 Cobertura del subdrén

completado el relleno del filtro con material drenante, éste se cubrirá totalmente con el geotextil haciendo los traslapos

o las costuras según los partes 673.4.3 y 673.4.4 de esta especificación. el geotextil se cubrirá inmediatamente con

un material que cumpla las características de subbase granular, colocado y compactado en capas sucesivas, hasta la

altura requerida en los planos o la ordenada por el interventor. la compactación del material de cobertura deberá

cumplir el 95% del Próctor modificado.


673.5.1 Controles



- verificar que las excavaciones tengan las dimensiones y pendientes señaladas en los planos o las ordenadas por

él, antes de autorizar la construcción del filtro.

- vigilar la regularidad en la producción de los agregados durante el período de ejecución de la obra.

- supervisar la correcta aplicación del método aceptado, en cuanto a la elaboración y colocación de los agregados,

la colocación del geotextil y la colocación de la capa de sello de filtro.

- supervisar la correcta disposición de los materiales en los sitios definidos para este fin.




lo establecido en las normas inv e-909 e inv e-908.





de la acción de los rayos ultravioleta, agua, barro, polvo, y otros materiales que puedan afectar sus propiedades.


- supervisar la correcta disposición de los materiales en los sitios definidos para este fin.

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673.5.2 Muestreo en obra









con 500 m2.


deberá escoger al azar un número de rollos equivalente a la raíz cúbica de los rollos suministrados por cada envío

o despacho, al que se le dará conformidad o aceptación por parte de la obra y a los que se les utilizará para el uso

que trata esta especificación, teniendo en cuenta que si el número de rollos es mayor o igual a 1000, el número

de muestras seleccionadas debe ser igual a 11.





- el número de especímenes se determina aplicando lo previsto en las normas de ensayo para evaluar las propiedades



673.5.3.1 Calidad de los agregados

de cada procedencia de los agregados pétreos y para cualquier volumen previsto se tomarán cuatro (4) muestras y

de cada fracción de ellas se determinará el desgaste en a máquina de los Ángeles (inv e-219), la solidez (inv e-220),

el desleimiento (inv e-236) y el contenido de materia orgánica. los resultados deberán satisfacer las exigencias

indicadas en el aparte 673.2.2.2.

durante la etapa de producción, el interventor examinará las descargas de los acopios y ordenará el retiro de los

agregados que, a simple vista, presenten restos de tierra vegetal, materia orgánica y tamaños superiores o inferiores

al máximo y al mínimo especificados. además efectuará, al menos, una (1) determinación de la granulometría (inv

e-123) por jornada.








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el constructor suministrará al interventor, una declaración donde se establezca el nombre del fabricante, el nombre










673.5.3.4 Calidad del producto terminado



673.6 MEDIDAS

673.6.1 Geotextil




673.6.2 Material drenante

la unidad de medida del material drenante será el metro cúbico (m3), aproximado al décimo del metro cúbico de

material suministrado y colocado en obra, debidamente aceptado por el interventor. el volumen se determinará

multiplicando la longitud de la zanja medida a lo largo del eje del subdrén, por el ancho de la misma y por la altura

de colocación del material drenante prevista en el diseño. este volumen será el que se considera para efectos del

pago del filtro.

673.6.3 Tubería

la unidad de medida de la tubería será el metro lineal (ml), aproximado al décimo del metro lineal de tubería medida

en obra, instalada de acuerdo con los planos y esta especificación, debidamente aceptada por el interventor.

673.6.4 Material de cobertura

la unidad de medida del material de cobertura será el metro cúbico (m3), aproximado al décimo del metro cúbico

de material suministrado y colocado en obra, debidamente aceptado por el interventor.

673.7 FORMA DE PAGO

el pago se hará al respectivo precio unitario del contrato por toda obra ejecutada, de acuerdo con los planos y esta

especificación, y aceptada a satisfacción por el interventor.

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ÍTEM DE PAGO

673.1 geotextil metro cuadrado (m2)

673.2 material drenante metro cúbico (m3)

673.3 tubería metro lineal (ml)

673.3 material de cobertura metro cúbico (m3)

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ARTÍCULO 811

PRODUCTOS ENROLLADOS PARA CONTROL DE EROSIÓN

811.1 DESCRIPCIÓN

esta especificación se refiere al uso e instalación de sistemas para control de erosión que facilitan el establecimiento

de la vegetación natural en taludes y/o laderas geotécnicamente estables, con el objetivo de controlar el proceso

erosivo. incluye la instalación de productos enrollados para control de erosión (Pece).

811.1.1 Definiciones

a) Producto enrollado para control de erosión (Pece): es un material temporal o permanente fabricado en rollos y

diseñado para reducir la erosión del suelo y ayudar en el crecimiento, asentamiento y protección de la vegetación

b) Producto enrollado para control de erosión temporal: para aplicaciones donde la vegetación natural (por sí sola)

provee suficiente protección contra la erosión. los productos que se utilizan en estos casos tienen la duración y

las propiedades necesarias para establecer la vegetación a corto plazo bajo las condiciones naturales del sitio.

c) Producto enrollado para control de erosión Permanente: para aplicaciones donde la vegetación natural (por si

sola) no es suficiente para resistir las condiciones de flujo y no provee la protección suficiente para la erosión

a largo plazo. los productos que se emplean en estos casos tienen las propiedades necesarias para reforzar la

vegetación bajo las condiciones del sitio a largo plazo

los productos enrollados para control de erosión pueden ser:

a) textil de tejido abierto (tta): es un Pece temporal integrado por hilos naturales o sintéticos, tejidos dentro de una

matriz bidimensional, utilizados para brindar control de erosión y facilitar el establecimiento de la vegetación.

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b) mantos para control de erosión (mce): es un Pece temporal, degradable compuesto de fibras naturales o

sintéticas unidas mecánica, estructural o químicamente para formar una matriz continua que provee control de

erosión y facilita el establecimiento de vegetación.

c) mantos para refuerzo de la vegetación (mRv): Pece permanente a largo plazo, compuestos por fibras sintéticas no

degradables estabilizadas uv, hilos y/o filamentos procesados en matrices de refuerzo tridimensionales diseñadas

para aplicaciones hidráulicas críticas en donde las descargas proyectadas excedan las velocidades y esfuerzos

cortantes soportados por la vegetación natural. los mRv deben tener un espesor, resistencia y vacíos suficientes

para permitir retener partículas de suelo y permitir el desarrollo de la vegetación a través de la matriz.

811.2 MATERIALES

811.2.1 Productos Enrollados para Control de Erosión Temporales:

se deben proveer los productos enrollados para control de erosión temporales de acuerdo a la tabla 811.1 y a lo

siguiente.

a) tipo 1.a. Redes para control de paja de ultra rápida degradación: Proveer una red para controlar el paja

consistente en una malla sintética fotodegradable de rápida degradación o una red tejida de fibras naturales

biodegradable con una longevidad funcional típica de tres meses y diseñada para uso en taludes o laderas

geotécnicamente estables con inclinaciones hasta de 5H 1v.

b) tipo 1.B. manto para control de erosión sin red de ultra rápida degradación: Proveer un manto para control de

erosión compuesto de fibras sintéticas o naturales de rápida degradación trabadas mecánicamente o adheridas

químicamente para formar una matriz continua con una longevidad funcional típica de tres meses y diseñada

para usarse en taludes y laderas geotécnicamente estables con inclinaciones hasta de 4H 1v.

c) tipo 1.c. textil de tejido abierto y mantos para control de erosión de red simple y ultra rápida degradación:

proveer uno de los siguientes materiales: (1) manto para control de erosión compuesto de fibras naturales o

sintéticas degradables mecánicamente unidas por una red de fibras naturales o sintéticas de rápida degradación

para formar una matriz continua; o (2) un textil de tejido abierto compuesto de hilos poliméricos o naturales de

rápida degradación formando una matriz continua. el material deberá tener una longevidad funcional típica de

tres meses y está diseñado para ser utilizado en taludes o laderas geotécnicamente estables con inclinaciones

hasta de 3H 1v.

d) tipo 1.d. manto para control de erosión de red doble y ultra rápida degradación: proveer un manto para control

de erosión compuesto de fibras naturales o sintéticas mecánicamente unidas entre dos redes de fibras naturales

o sintéticas de rápida degradación formando un matriz continua, con una longevidad funcional típica de tres

meses y diseñado para ser utilizado en taludes o laderas geotécnicamente estables con inclinaciones de hasta

2H 1v.

e) tipo 2.a. Red para control de paja de corto plazo: proveer una red para control de paja consistente en una red

sintética fotodegradable o una red tejida de fibras naturales biodegradables con una longevidad funcional típica

de doce meses y diseñada para ser utilizado en taludes o laderas geotécnicamente estables con inclinaciones

hasta de 5H 1v.

f) tipo 2.B. mantos para control de erosión de corto plazo sin red: proveer un manto para control de erosión

compuesto por fibras naturales o sintéticas degradables trabadas mecánicamente o adheridas químicamente

para formar una matriz continua con una longevidad funcional típica de doce meses y diseñada para ser utilizado

en taludes o laderas geotécnicamente estables con inclinaciones hasta de 4H 1v.

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g) tipo 2.c. textil de tejido abierto o manto para control de erosión de red simple de corta duración: se debe

suministrar uno de los dos materiales que se presentan a continuación: (1) un manto para control de erosión

compuesto por fibras degradables naturales o sintéticas procesadas mecánicamente para mantenerlas unidas

por una red simple sintética degradable o de fibras naturales para formar una matriz continua. o (2) un textil

de tejido abierto compuesto por hilos naturales o poliméricos en una matriz continua. el material debe tener

una longevidad funcional típica de 12 meses y ser diseñado para trabajar en taludes o laderas geotécnicamente

estables con inclinaciones inferiores a 3H:1v.

h) tipo 2.d. manto para control de erosión de red doble de corta duración: se debe suministrar un manto

para control de erosión compuesto por fibras degradables naturales o sintéticas procesadas mecánicamente

para mantenerlas unidas entre dos redes sintéticas degradable o de fibras naturales para formar una matriz

continua con una longevidad funcional típica de 12 meses y ser diseñado para trabajar en taludes o laderas

geotécnicamente estables con inclinaciones inferiores a 2H:1v.

i) tipo 3.a. Redes de control de paja de plazo extendido: proveer una red para control de paja consistente en una

red sintética de degradación lenta o una red tejida de fibras naturales con una longevidad funcional típica de

veinticuatro meses y diseñada para ser utilizado en taludes o laderas geotécnicamente estables con inclinaciones

hasta de 5H 1v.

j) tipo 3.B. textiles de tejido abierto o mantos para control de erosión de plazo extendido: se debe suministrar uno

de los dos materiales que se presentan a continuación: (1) un manto para control de erosión compuesto por

fibras de degradación lenta, naturales o sintéticas procesadas mecánicamente para mantenerlas unidas entre

dos redes sintéticas de degradación lenta o de fibras naturales para formar una matriz continua. o (2) un textil

de tejido abierto compuesto por hilos naturales o poliméricos de degradación lenta en una matriz continua.

el material debe tener una longevidad funcional típica de 24 meses y ser diseñado para trabajar en taludes o

laderas geotécnicamente estables con inclinaciones inferiores a 1,5H:1v.

k) tipo 4. textiles de tejido abierto o mantos para control de erosión de largo plazo: se debe suministrar uno de los

dos materiales que se presentan a continuación: (1) un manto para control de erosión compuesto por fibras de

degradación lenta, naturales o sintéticas procesadas mecánicamente para mantenerlas unidas entre dos redes

sintéticas de degradación lenta o de fibras naturales para formar una matriz continua. o (2) un textil de tejido

abierto compuesto por hilos naturales o poliméricos de degradación lenta en una matriz continua. el material

debe tener una longevidad funcional típica de 36 meses y ser diseñado para trabajar en taludes o laderas

geotécnicamente estables con inclinaciones de hasta 1H:1v.

Tabla 811.1 Productos Enrollados para Control de Erosión

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(1) la obtención del máximo factor “c” y resistencia al corte permisible se llevará a cabo en conjunto con la paja preaplicado.

(2) la longevidad funcional es solo una guía. la longevidad funcional podrá variar de acuerdo a las condiciones climáticas y microbiológicas del sitio

del proyecto.

(3) los valores numéricos de la tabla corresponden a valores vmPR en la dirección principal. indican el valor mínimo Promedio por Rollo, calculado

como el valor típico menos dos veces la desviación estándar. estadísticamente, corresponde al 97.7% de probabilidad de confianza, es decir,

cualquier muestra tomada durante una prueba de garantía de calidad, excederá el valor divulgado.

(4) Factor “c” calculado como la tasa de pérdida de suelo con un manto para control de erosión que esté protegiendo un suelo con respecto a la

tasa de la pérdida de suelo sin protección modelado en un ensayo a gran escala. estos valores se obtienen a partir de pruebas de desempeño de los

productos a pequeña escala utilizando los criterios del método 2 de la ectc “erosion control technology council”.

(5) la resistencia mínima a esfuerzos cortantes que podrá soportar el producto (sin vegetación) sin tener daño físico o con pérdida de suelo mayor a

12.7 milímetros uniformes a lo largo de la superficie durante una prueba de flujo por 30 minutos en una prueba a escala real. esta prueba se deberá

realizar de acuerdo a los criterios del método 3 del ectc.

(6)los niveles de esfuerzo cortante permisibles se establecen para cada categoría con base en experiencias históricas con productos categorizados por

el coeficiente de rugosidad de manning en un rango de 0.01 a 0.05.

(7) otros métodos de ensayo con pruebas a gran escala pueden ser aceptados.

(8) el límite máximo en términos de longitud del talud para mantos temporales es de 15 metros, para longitudes mayores la aplicación del manto debe

venir acompañada de un diseño de un consultor. longitud se refiere a la longitud inclinada del talud, cuando el talud presente terrazas la longitud

se refiere a la longitud inclinada entre terrazas. en este caso de debe seleccionar un mRv.

811.2.2 Productos Enrollados para Control de Erosión Permanentes (MRV)

se deben proveer los productos enrollados para control de erosión permanentes de acuerdo a la tabla 811.2 y a lo

siguiente.

a) tipo 5.a, manto para refuerzo de la vegetación permanente: se debe suministrar un manto no degradable para

refuerzo de césped con suficiente espesor, resistencia y espacios vacíos para una permanente protección de

erosión y refuerzo de vegetación en taludes o laderas geotécnicamente estables con inclinaciones no superiores

a 0,5H:1v.

b) tipo 5.B, manto para refuerzo de la vegetación permanente: se debe suministrar un manto no degradable para

refuerzo de césped con suficiente espesor, resistencia y espacios vacíos para una permanente protección de


a 0,5H:1v.

c) tipo 5.c, manto para refuerzo de la vegetación permanente: se debe suministrar un manto no degradable

para refuerzo de césped con suficiente espesor, resistencia y espacios vacíos para una permanente protección de


a 0,5H:1v.

d) tipo 5.d, manto para refuerzo de la vegetación permanente: se debe suministrar un manto no degradable,

100% fibras sintéticas, para refuerzo de la vegetación con suficiente espesor, resistencia y espacios vacíos

para una permanente protección de erosión y refuerzo de vegetación en taludes o laderas geotécnicamente

estables. esta categoría debe ser usada especialmente cuando en el sitio existen condiciones con cargas altas

y/o requerimientos de supervivencia altos, para cualquier inclinación de talud, incluso para inclinaciones mayores

a 0,5H:1v.

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Tabla 811.2 Mantos para refuerzo de la vegetación MRV

(1) mRv que contengan componentes degradables, se deben obtener todos los valores de las propiedades establecidas en la tabla únicamente para

la parte del manto no degradable.

(2) los valores numéricos de la tabla corresponden a valores vmPR en la dirección principal. indican el valor mínimo Promedio por Rollo, calculado

como el valor típico menos dos veces la desviación estándar. estadísticamente, corresponde al 97.7% de probabilidad de confianza, es decir,

cualquier muestra tomada durante una prueba de garantía de calidad, excederá el valor divulgado.

(3) la resistencia mínima a esfuerzos cortantes que podrá soportar el producto (con vegetación totalmente establecida) sin tener daño físico o con

pérdida de suelo mayor a 12.7 milímetros uniformes a lo largo de la superficie durante una prueba de flujo por 30 minutos en una prueba a escala

real. esta prueba se deberá realizar de acuerdo a los criterios del método 3 del ectc.

(4) otros métodos de ensayo con pruebas a gran escala pueden ser aceptados.

811.3 EQUIPO

el constructor deberá disponer de los equipos y herramientas necesarios para asegurar que los trabajos de protección

de los taludes y laderas tengan la calidad exigida y se garantice el cumplimiento de su trabajo de ejecución.

los elementos para la aplicación de los riegos periódicos deberán ser de tipo aspersor u otros similares que apliquen

el agua en forma de lluvia fina.

el constructor deberá disponer, además de las herramientas, rastrillos, azadones, horcas, ganchos, para formar

surcos, cuerdas, cinturones de seguridad, cascos, estacas, palas, balanzas, envases calibrados y todos los demás

elementos que sean necesarios para ejecutar correctamente los trabajos especificados.


811.4.1 Preparación de la superficie existente

Para la preparación del sitio rige lo que sea pertinente del numeral 810.4.2 del artículo 810 “Protección vegetal de

taludes” de las presentes especificaciones. en especial, es necesario verificar si el suelo del sitio a revegetalizar posee

las condiciones necesarias, es decir, si el talud posee una capa de suelo orgánico que garantice la germinación de

las semillas y el sostenimiento de la vegetación a largo plazo; en caso de no presentar las condiciones necesarias,

se recomienda la colocación de una capa superficial de suelo, y junto con ella mezclar los fertilizantes, semillas e

hidrorretenedores necesarios.

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si el suelo posee las condiciones necesarias para la germinación de las semillas, se deberá proceder como se indica

a continuación:

- Remover todas las rocas, raíces, vegetación o cualquier tipo de obstrucción que pueda evitar el contacto del

manto con la superficie del suelo.

- nivelar el área de sembradío de las semillas según el alineamiento y pendiente establecidas en los documentos

del proyecto.

- Preparar el suelo donde se van a sembrar las semillas, escarificando de cincuenta a setenta y cinco milímetros (50

a 75 mm) de profundidad, en el área ya preparada.

- con el fin de evitar derrumbes desde la cima del talud e infiltración de agua de escorrentía entre el suelo del

talud y el manto para control de erosión, el extremo superior del rollo del manto se deberá enterrar en una zanja,

excavada únicamente con dicho propósito, asegurando el manto al extremo superior de la zanja en forma de

doble faz y fijándolo al terreno con tres (3) ganchos por metro lineal, después de lo cual se tapara la zanja. dicha

zanja de anclaje deberá ser de quince por quince centímetros (15 x 15 cm) y a una distancia de sesenta a noventa

centímetros (60 a 90 cm), medidos desde la corona del talud.

811.4.2 Instalación del manto para control de erosión

tal como se indicó en el último párrafo del numeral anterior, a continuación se deberá colocar el rollo a una distancia

de sesenta a noventa centímetros (60 a 90 cm) sobre la corona del talud, asegurarlo en la zanja con los dispositivos

de anclaje y rellenar y compactar con el material proveniente de la excavación o según lo indique el interventor.

desenrollar el manto hacia abajo del talud, traslapando siete con cinco centímetros (7,5 cm), como mínimo, los

rollos adyacentes. extender el material libremente, manteniendo contacto directo con la superficie del talud o la

ladera. en el traslapo se colocara una hilera de ganchos separados entre si una distancia no mayor de cincuenta

centímetros (50 cm).

asegurar el manto al talud con dispositivos de anclaje, con la frecuencia que se indica en la tabla 811.3.

Tabla 811.3 Frecuencia de los dispositivos de anclaje

(1) Por indicación del interventor se podrá modificar la frecuencia del anclaje

como dispositivos de anclaje para la fijación del manto, se podrán utilizar elementos tipo gancho en “u”, metálicos,

de ocho milímetros (8 mm) de diámetro, de 20 x 10 x 20 cm para terrenos blandos y 15 x 5 x 15 cm para terrenos

duros. los ganchos se deberán colocar en un ángulo aproximado de 30° con respecto a la superficie del talud y en

el sentido de la pendiente.

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a discreción del interventor, se podrá rellenar un mRv, cuando este se encuentre diseñado para tal fin, teniendo en

cuenta lo siguiente:

- después de sembrar, se deberá esparcir sobre el manto, rastrillando ligeramente, de doce a veinte centímetros

(12 a 20 cm) de tierra fina para llenarlo completamente.

- esparcir semillas adicionales sobre el manto relleno y regar con agua.

811.4.3 Riego y Mantenimiento

no se deberá hacer corte a las áreas sembradas antes del establecimiento de una densidad del setenta por ciento

(70%) de la vegetación y con un crecimiento mínimo de las especies de siete con cinco centímetros (7.5 cm). la altura

de corte no deberá ser menor a siete con cinco centímetros (7.5 cm). durante la etapa de ejecución, el constructor

será responsable por el mantenimiento de la vegetación establecida. adicionalmente, el constructor deberá regar las

áreas sembradas tan frecuentemente como sea necesario, para ayudar a establecer satisfactoriamente la vegetación

y propiciar su crecimiento.

811.4.4 Limitaciones en la ejecución

no se permitirán los trabajos de colocación de productos enrollados para control de erosión en momentos en que haya

lluvia o fundado temor que ella ocurra, ni cuando la temperatura ambiente sea inferior a dos grados celsius (2°c).

los trabajos se deberán realizar en condiciones de luz solar. sin embargo, cuando se requiera terminar el proyecto

en un tiempo especificado por el invias o se deban evitar horas pico de transito publico, el interventor podrá

autorizar el trabajo en horas de oscuridad, siempre y cuando el constructor garantice el suministro y operación de

un equipo de iluminación artificial que resulte satisfactorio para aquel. si el constructor no ofrece esta garantía, no

se le permitirá el trabajo nocturno y deberá poner a disposición de la obra el equipo y el personal adicionales para

completar el trabajo en el tiempo especificado, operando únicamente durante las horas de luz solar.

811.4.5 Manejo Ambiental

todas las labores de instalación de sistemas para control de erosión se realizaran teniendo en cuenta lo establecido

en los estudios o evaluaciones ambientales del proyecto y las disposiciones vigentes sobre la conservación del medio

ambiente y los recursos naturales.

811.4.6 Reparaciones

todas las áreas que se erosionen antes de la aceptación definitiva de los trabajos, deberán ser reparadas por cuenta

del constructor, incluyendo la reparación o sustitución de los Pece, la resiembra y el riego.


811.5.1 Controles

durante la ejecución de los trabajos, el interventor adelantara los siguientes controles principales:

- verificar el estado y funcionamiento del equipo empleado por el constructor para la ejecución de los trabajos.

- comprobar que los materiales cumplan los requisitos de calidad exigidos en el inciso que corresponda del

numeral 811.2, según el tipo de protección por utilizar.

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- verificar que el trabajo se ejecute de acuerdo con los documentos del proyecto y las exigencias del presente

artículo.

- verificar el cumplimiento de todas las medidas ambientales y de seguridad requeridas.

- vigilar que el constructor efectúe un mantenimiento adecuado del área protegida, hasta su recibo definitivo.

- medir, para efectos de pago, el trabajo correctamente ejecutado.

811.5.2 Condiciones específicas para el recibo de los trabajos

el interventor no recibirá las obras antes de noventa (90) días de concluidos los trabajos de protección. igualmente,

el interventor tampoco recibirá la obra antes de que el setenta por ciento (70%) del área sembrada se encuentre

cubierta por vegetación específica y sin lugares desnudos mayores a un metro cuadrado (1 m2). el constructor

deberá mantener el riego, si es necesario, para ayudar en el establecimiento de la vegetación, hasta el momento del

recibo definitivo de la obra.

en el momento del recibo definitivo, el área protegida no podrá presentar irregularidades o desperfectos.

811.6 MEDIDA

la unidad de medida del producto enrollado para control de erosión será el metro cuadrado (m2), aproximado al

decímetro, de área protegida de acuerdo con los documentos del proyecto y las indicaciones del interventor, a plena

satisfacción de este. la medida se hará sobre la proyección inclinada de la superficie del talud.

si al medir el trabajo aceptado se obtiene una medida con una fracción igual o superior a cinco centésimas de

metro cuadrado (≥0.05 m2), la aproximación al decímetro se realizará por exceso. en caso contrario, se aproximará

al decímetro inferior.

no se incluirán en la medida áreas con protección vegetal por fuera de los límites establecidos en los documentos

del proyecto o autorizados por el interventor.

811.7 PAGO

el pago se hará al respectivo precio unitario del contrato por toda obra ejecutada de acuerdo con los planos y

esta especificación, y aceptada a satisfacción por el interventor. el precio unitario deberá incluir todos los costos

de preparación de la superficie existente, salvo que dicha labor forme parte de otra partida de trabajo del mismo

contrato; el suministro en el lugar y la colocación de todos los materiales requeridos para la protección, incluidos los

anclajes; la compactación o escarificación de la superficie tratada, cuando corresponda; la excavación y relleno de

las zanjas requeridas para asegurar los mantos para control de erosión; el riego y poda periódicos del área tratada;

el suministro y aplicación de fertilizantes, insecticidas y demás materiales requeridos para la conservación del área

protegida hasta su recibo definitivo; los desperdicios y el manejo adecuado de ellos y, en general, todo costo

adicional relacionado con la correcta ejecución de los trabajos especificados; la señalización preventiva de la vía y el

control del tránsito público durante la etapa de ejecución de los trabajos.

el precio unitario deberá incluir, también, los costos de administración e imprevistos y la utilidad del constructor.

ÍTEM DE PAGO

811.1 Producto enrollado para control de erosión del tipo_________ metro cuadrado (m2)

3metodologÍas de diseño

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desde la aparición de los geosintéticos como nuevos materiales a emplear en la ingeniería geotécnica, se han

desarrollado distintas metodologías de diseño las cuales pueden clasificarse en cuatro tipos:

3.1 DISEÑO POR COSTOS Y DISPONIBILIDAD

el diseño con geotextiles basados en el costo y disponibilidad es simplista. se toman los fondos ó recursos disponibles,

se dividen por el área que necesita recubrirse y se calcula un máximo geotextil admisible según su precio unitario. el

geotextil con las mejores propiedades es seleccionado dentro de un precio límite.

este método (utilizado en los años setenta) es obviamente débil técnicamente y no debe seguirse por su alto riesgo

en la operación de las obras y su desconocimiento a las normativas y requerimientos de cada geotextil.

3.2 DISEÑO POR EXPERIENCIA O MÉTODO EMPÍRICO

Basado exclusivamente en la experiencia, requiere un gran número de datos experimentales representativos previos.

este método no es recomendable y su uso es muy delicado ya que es poco preciso, y desconoce el desarrollo

tecnológico de los geosintéticos.

3.3 DISEÑO POR ESPECIFICACIONES

en la actualidad cada fabricante obtiene el valor de las propiedades de su producto, utilizando las normativas que

rigen el país donde este ubicado; esto obviamente puede generar un gran número de criterios que hacen imposible

el realizar comparación entre productos de uno u otro país. Por lo anterior, dos organismos la american association

of state Highway and transportation officials (aasHto) y el comité tasK FoRce # 25, el cual lo conforman la

aasHto; la american Building contractors (aBc) y la american Road Builders and transportation association

(aRBta) están tratando de unificar todas las propiedades de estos materiales.

estos grupos han realizado esencialmente el mismo conjunto o recomendaciones para las propiedades mínimas de

los geotextiles en las siguientes áreas:

• Separación(Parasubrasantedesuelofirme)

• SeparaciónyEstabilización(Parasubrasantedesuelosblandos)

• Filtración(Geotextilesparadrenaje)

• ControldeErosión(Debajoderocas)

• Controldesedimentos(Cerramientotemporaldesedimentos)

• Controldelareflexióndegrietas(Estructuradepavimentos)

cuando se utiliza el método de diseño por especificación a menudo se listan los requerimientos mínimos de las

propiedades del geotextil, mientras que comúnmente el fabricante lista los valores promedios por lote ó el valor

mínimo promedio de las propiedades de los rollos. comparando este valor de especificación con los valores listados

por los organismos antes citados, no se esta haciendo una comparación bajo el mismo criterio; esto porque el valor

promedio es el resultado de los ensayos hechos por el fabricante de una propiedad en particular a su histórico de

producción. lo anterior puede ser una recopilación de miles de ensayos realizados a lo largo de varios meses ó años

de producción para un tipo de geotextil. de esta forma el valor promedio del lote es considerablemente más alto

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que el valor mínimo como se ve en la Figura 3.1 en donde el valor intermedio entre estos dos extremos es el valor

mínimo promedio del rollo ó maRv. el valor mínimo promedio del rollo es el promedio de un respectivo número de

ensayos hechos con un número de rollos seleccionados del lote en cuestión, lo cual es un área limitada para evaluar

una situación en particular. este valor es probablemente dos desviaciones estándar menores que el promedio del

lote. de esta forma se ve que el maRv es el mínimo de una serie de valores promedio limites de un rollo. esto valores

son mostrados sistemáticamente en la Figura 3.1. en la gráfica se puede ver que estadísticamente más o menos el

16% de estos valores serán menores que X - s; 2.5% será menor que X - 2s, y 0.15% será menor que X - 3s,

Figura 3.1 Relaciones relativas de diferentes valores usados en la especificación de losgeotextiles y la literatura de los fabricantes.

donde:

X = valor medio

s = desviación estándar

además de esto, el maRv con 2.5% de los valores siendo menores que X - 2s es también el 95% del nivel de

confiabilidad (el otro 2.5% es mayor que X + 2s y esto obviamente no es una preocupación ya que los valores están

por encima de lo requerido). otra consideración que se está tratando de evaluar son los valores máximos, como por

ejemplo el valor de la elongación máxima, para esto se está considerando el lado derecho de la curva de la Figura

3.1 y el valor comparable para maRv será lógicamente el máximo del aRv.

el valor medio se llega calculando Σ X/n, la desviación estándar se calcula como:

s = (X1- X )2+(X2- X )2+…+(Xn – X )2 ½

(3.1)

n - 1

donde:

X = valor medio

Xi = valor medido

n = el número de mediciones

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el coeficiente de variación v, o simplemente variación se calcula por medio de (s/ X )(100). esta variación debe ser lo

mas baja posible, para mantener un buen control de calidad. tanto la aasHto, como el comité de tasK FoRce #25,

recomendaron el uso del valor mínimo promedio por rollo para el diseño por especificación como para el listado de

propiedades de los fabricantes.

en resumen, el método de diseño de especificación debe ser comparado bajo un mismo criterio. en este intento,

si se lista los valores mínimos promedio de los rollos, entonces la lista de fabricante de valores promedio deben ser

reducidos con dos variaciones estándar (aproximadamente 5 a 20%) este promedio de valores de lote son tomados.

solamente el valor promedio mínimo de los rollos (maRv) tomados por el fabricante pueden ser comparados con la

especificación de valores maRv uno a uno.

en colombia existen las especificaciones invias para el diseño por especificaciones las cuales se encuentran anexas

en el capítulo 2 de este manual.

3.4 DISEÑO POR FUNCIÓN

consiste en evaluar la función principal para la cual se especifica el geosintético (separación, refuerzo, drenaje,

filtración ó protección) y basándose en ello, calcular los valores numéricos de la propiedad requerida. de esta

forma se realiza una elección del geosintético atendiendo aspectos cualitativos y cuantitativos. en algunos casos se

requieren cumplir varias funciones alternativamente, por lo tanto, la selección del geosintético a emplear será más

segura si este puede desarrollar las funciones simultáneamente.

Para que los geosintéticos puedan proporcionar un grado de seguridad suficiente en el desarrollo de sus funciones,

su fabricación a partir de las materias primas debe ser estrictamente controlada mediante la evaluación de sus

propiedades durante el proceso de fabricación.

no obstante, la forma en que el geosintético desarrollará sus funciones no depende únicamente del proceso de

fabricación, sino que dependerá en gran parte de la correcta instalación en obra. de esto se deduce la necesidad

de realizar una supervisión cuidadosa en la instalación del geosintético si se desea conseguir un completo desarrollo

de sus funciones.

el factor de seguridad será el resultado de dividir el valor del ensayo típico de la propiedad relevante para la función

principal (valor admisible), entre el valor requerido para dicha propiedad obtenido según algún método ó norma de

diseño representativo de la realidad.

según lo anterior:

Fs = valor admisible

valor Requerido

si el factor de seguridad así obtenido es suficientemente mayor que la unidad, el geosintético seleccionado es el

adecuado.

en resumen se pueden establecer los siguientes pasos a seguir en el desarrollo del diseño por función:

1. evaluar la aplicación del geosintético considerando los materiales que van a estar en contacto con él.

2. dependiendo de las condiciones en la obra, escoger un factor de seguridad adecuado.

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3. especificar la función primaria del geosintético.

4. calcular numéricamente el valor de la propiedad requerida del geosintético basándose en su función primaria.

5. obtener el valor de la propiedad permisible por ensayo.

6. calcular el factor de seguridad como cociente del valor de la propiedad permisible entre el valor de la propiedad

requerida.

7. comparar el factor de seguridad obtenido con el deseado.

8. si el factor de seguridad no es aceptable, reiniciar el proceso con un geosintético de características superiores.

9. si el factor de seguridad es aceptable, comprobar si otras funciones del geosintético pueden ser críticas o

relevantes y escoger el más completo.

este cuarto método de diseño, método por función, será utilizado en el desarrollo de todos los capítulos de este

manual de diseño, lo que conllevará a identificar la función primaria del geosintético que se va a utilizar.

en el proceso de diseño por función, teniendo en cuenta los ensayos de caracterización en laboratorio en los que se

apoya este método no son del todo representativos de las condiciones de comportamiento “in situ” del geosintético,

el valor de la propiedad índice deberá dividirse según diversos factores de seguridad de la siguiente forma:

valor admisible = valor del ensayo

Factores de Reducción

los factores de reducción varían considerablemente dependiendo básicamente de la función que vaya a desempeñar

el geosintético. a continuación se explican y especifican los valores recomendados para aplicaciones de refuerzo,

separación, aplicaciones de drenaje y protección para diferentes geosintéticos.

Posteriormente se especificaran los valores para cada una de las funciones a cumplir por los geosintéticos.

3.4.1 Factores de reducción para geosintéticos en separación y refuerzo

a. Daños por instalación: este factor de reducción ha sido estudiado y cuantificado en un gran número de

proyectos, teniendo en cuenta la naturaleza del suelo de subrasante, la del suelo de recubrimiento y la posibilidad

de que exista tránsito de maquinaria pesada sobre el geosintético en el periodo de instalación. todas estas

condiciones de campo hacen que el valor del factor de reducción por instalación no sea constante en todos los

proyectos, por lo para cada uno se debe estimar este factor. existe también la opción de realizar pruebas de

campo en el sitio del proyecto para observar el comportamiento del geosintético y de esta forma establecer un

factor más acorde con el desempeño del material en el sitio del proyecto.

b. Fluencia o creep: este factor se refiere a la deformación del material en el tiempo, sometido a una carga

o esfuerzo constante. en general todos los tipos de geotextiles experimentan este efecto, con más o menor

intensidad según la carga a la que este es sometido. los ensayos más conocidos en el mundo para el estudio

de este fenómeno son realizados en condición inconfinada, donde se cuelga una pesa a una muestra de

geosintético y se mide la elongación del material con el paso del tiempo; sin embargo, el estudio de este

fenómeno ha encontrado que este efecto disminuye considerablemente bajo esfuerzos de confinamiento y

según el tipo de geosintético.

así como los geotextiles, la resistencia de las geomallas también se ve afectada por este efecto, sin embargo,

para este tipo de geosintéticos el efecto es menor debido al espesor y rigidez del material.

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actualmente, no existe unanimidad por las entidades gubernamentales y oficiales que expiden normas para

el diseño con este tipo de materiales, por lo que la experiencia y criterio del diseñador es fundamental en la

escogencia de un factor que este acorde a las condiciones de cada proyecto.

c. Degradación Química y Biológica: en las ediciones previas de este manual para funciones de refuerzo y

separación se tomaban por separado los factores de reducción químico y biológico. según los trabajos realizados

por R. Koerner se pudo demostrar que los agentes biológicos que atacan a las materias primas de los geosintéticos

son casi nulos y no presentan ninguna afectación a las propiedades del material con el paso del tiempo. según

lo anterior el factor por degradación biológica debería ser eliminado. sin embargo se combinó con el factor de

degradación química para evitar la confusión de la gente, de haber desaparecido completamente. con respecto

a la degradación química se deben determinar las condiciones ambientales específicas del sitio y tener presente

para el diseño condiciones adversas como la presencia de solventes orgánicos, agua subterránea con pH muy

bajo o muy alto, o cualquier sustancia presente en el lugar que amenace con la integridad del geosintético. los

valores mostrados para este factor se presentan en la tabla 3.1 y 3.2 y son menores comparados con los factores

anteriormente mencionados; esto se debe a que este factor presenta menos impacto sobre la resistencia del

geosintético con el paso del tiempo.

d. Costuras: Para aplicaciones de refuerzo donde se vean involucradas las costuras del geotextil, se puede incluir

un factor de reducción adicional en la ecuación de diseño. el valor de este factor se determina usando el valor de

resistencia a la tensión del geosintético contra dicho valor pero con la inclusión de la costura. la relación entre

estas dos resistencias varían entre 1.0 a 3.0 y es independiente a la aplicación en la que se vaya a considerar. la

aasHto en la norma m288 – 05 recomienda que la resistencia a la tensión de la unión, debe ser mínimo el 90%

de la resistencia a la tensión grab del geotextil que se esta cosiendo. (ver capítulo 2, norma inv e -901).

Tabla 3.1 Factores de reducción para geotextiles en aplicaciones de separación y refuerzo

Tabla 3.2 Factores de reducción para geomallas en aplicaciones de refuerzo

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3.4.2 Factores de reducción para geotextiles en aplicaciones de drenaje

los geotextiles son tal vez uno de los geosintéticos más versátiles debido a sus numerosas aplicaciones y funciones.

la más conocida es la de filtración. sin embargo con un espesor suficiente puede servir como material drenante.

en filtración, el flujo va perpendicular a al plano del geotextil, mientras que para drenaje, el flujo va paralelo o por

dentro del mismo. a continuación se mencionan los factores a tener en cuenta para el diseño por función para

geotextiles en aplicaciones de filtración y drenaje.

Colmatación y taponamiento: este factor de reducción compensa el bloqueo de los poros aguas arriba del

geotextil por partículas de suelo las cuales reducen el flujo a través de los poros del geotextil. el rango de valores de

éste factor se muestra en la tabla 3.3, nótese que los valores para este factor son los más altos para aplicaciones de

drenaje esto se debe a la incertidumbre del comportamiento del tipo de suelo del sitio y el tipo de geotextil utilizado

para la aplicación. el estudio de este fenómeno se ha realizado por medio de la medición y comparación de tasas de

flujo para geotextiles vírgenes y exhumados, determinando la permitividad del material antes y después del contacto

con un determinado tipo de suelo. Por lo general los valores más bajos para este factor son utilizados cuando el

suelo del sitio del proyecto tiene un contenido mínimo de finos, mientras que los valores más altos generalmente

aplican para suelos de grano fino. la recomendación que se puede dar para este factor es tener en cuenta el tipo

de geotextil a utilizar frente al tipo de material presente en el lugar del proyecto. en el capítulo 8 se muestran los

resultados de un estudio con respecto a la colmatación de los geotextiles y sus recomendaciones posteriores.

Reducción de vacíos por creep o fluencia: debido a que los geotextiles son sometidos a cargas de compresión,

se debe incluir para la selección del geotextil un factor de reducción que tenga en cuenta la variación en el tiempo

del paso del flujo a través del geotextil. este es un fenómeno que se desarrolla a largo plazo, y los ensayos para

cuantificarlo los realiza el fabricante según el ensayo de permitividad del gRi “geosynthetics Research institute” gt1

el cual sirve para determinar el factor de reducción realizando ensayos a 1000 horas teniendo en cuenta el gradiente

y el esfuerzo a compresión al que es sometido el geotextil. cuando se desea utilizar el geotextil como medio para la

transmisión de agua se realizan ensayos de transmisividad a largo plazo. sin embargo para ambas situaciones tanto

para permitividad y para transmisividad, existe la opción de realizar pruebas de campo para productos específicos y

condiciones del sitio específicas.

Intrusión en los vacíos: este factor compensa el comportamiento que tienen las partículas de suelo para entrar y

ser retenidas dentro del geotextil, reduciendo el flujo a través del mismo.

Colmatación Química: este fenómeno se tiene en consideración cuando el líquido a filtrar o a drenar posee

químicos que puedan quedar atrapados dentro del geotextil colmatándolo o taponándolo. aguas subterráneas

altamente alcalinas pueden colmatar el geotextil con calcio o magnesio. líquidos con cantidades mayores a los

5000 mg/l de sólidos suspendidos totales requieren factores de reducción mayores.

Colmatación Biológica: así como la colmatación química, la naturaleza del líquido a drenar también es tenido

en cuenta. Para aplicaciones de drenaje el factor de reducción por colmatación biológica puede ser relevante en

proyectos en los cuales se desee captar y drenar líquidos con alto contenido de microorganismos, como por ejemplo

en sistemas de captación y drenaje de lixiviados en rellenos sanitarios o en el manejo de biosólidos. en dichas

aplicaciones este factor de reducción ocasiona el uso de un alto factor de reducción en el diseño. líquidos con

valores de dBo mayores a 5000 mg/l requieren factores de reducción mucho mayores.

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Tabla 3.3 Factores de reducción para geotextiles en aplicaciones de drenajes

3.4.3 Factores de reducción para geocompuestos en aplicaciones de drenaje

en los párrafos anteriores se habló sobre los factores de reducción para geotextiles como medios filtrantes, es decir

para aplicaciones de flujo a través del plano del geotextil. a continuación se referencian los factores de reducción

para geocompuestos, en los cuales su función primaria es la transmisión de flujo en el plano del mismo. Para los

geocompuestos el factor de reducción por colmatación y taponamiento no es tenido en cuenta, debido a que este

no es un factor que altere el drenaje de los fluidos dentro del sistema.

Reducción de vacíos por creep: este criterio depende de las condiciones específicas del lugar donde se va instalar

el geodrén y de los esfuerzos aplicados sobre el mismo. el núcleo o geored del geodrén se verá afectado por el

fenómeno de creep a la compresión, por lo que a largo plazo puede existir una reducción de la transmisividad del

sistema debido a la disminución del espesor del mismo.

Intrusión en los vacíos: considerando los espacios que existen en el núcleo del geocompuesto, en este caso del

geodrén, el fenómeno de intrusión representa un factor significativo para el diseño. las variables que afectan este

fenómeno son el espaciamiento entre los tendones de la red, la rigidez de la misma y del geotextil de recubrimiento

y el esfuerzo a la compresión que es aplicado sobre el sistema.

los factores de reducción por creep y por intrusión en los vacíos, pueden ser minimizados, en caso de que el fabricante

suministre al diseñador las gráficas realizadas para el ensayo de transmisividad y tasa de flujo del geocompuesto, en

el cual se tienen en cuenta los efectos de los esfuerzos de compresión a los que es sometido el sistema y el gradiente

hidráulico según la dirección del flujo y la cabeza hidráulica.

Colmatación Química: este fenómeno se tiene en consideración cuando el líquido a filtrar o a drenar posee

químicos que puedan quedar atrapados dentro del geocompuesto colmatándolo o taponándolo. aguas subterráneas

altamente alcalinas pueden colmatar el geotextil o la geored con calcio o magnesio. líquidos con cantidades

mayores a los 5000 mg/l de sólidos suspendidos totales requieren factores de reducción mayores.

Colmatación Biológica: así como la colmatación química, la naturaleza del líquido a drenar también es tenido

en cuenta. Para aplicaciones de drenaje el factor de reducción por colmatación biológica puede ser relevante en

proyectos en los cuales se desee captar y drenar líquidos con alto contenido de microorganismos, como por ejemplo

en sistemas de captación y drenaje de lixiviados en rellenos sanitarios o en el manejo de biosólidos. en dichas

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aplicaciones este factor de reducción ocasiona el uso de un alto factor de reducción en el diseño. líquidos con

valores de dBo mayores a 5000 mg/l requieren factores de reducción mucho mayores.

Tabla 3.4 Factores de reducción para geocompuestos en aplicaciones de drenaje

las tablas 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 fueron tomadas del libro “designing With geosynthetics”, 5 ed., 2005.

BIBLIOGRAFÍA

• KOERNERR.M.,DesigningWithGeosynthetics,5ED.U.S.A.,2005.

• KOERNERR.M.,GSIWhitePaper#4:ReductionFactorsUsingInGeosyntheticsDesign.,U.S.A.,2005.

• RIVERAL.,MurosDeContenciónDeSueloReforzadoConCintasMetálicasYGeosintéticos,Colombia,2005.

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4.1 GENERALIDADES

desde hace varias décadas el área de diseño y construcción de vías se ha preocupado por mantener un desarrollo

que permita mejorar cada día las metodologías de diseño y las técnicas de construcción, para ofrecer obras de alta

calidad con un buen nivel de servicio durante su vida útil. dentro de ese desarrollo se ha involucrado la tecnología de

los geosintéticos buscando mejorar de una forma eficiente y económica las diferencias de los elementos y materiales

que componen las vías.

uno de los problemas que se presentan con mayor frecuencia es el deterioro prematuro de las vías, causado por

diversos factores relacionados con las características y propiedades de los materiales que conforman la estructura de

las vías y con las condiciones de carga que sobrepasan los valores de diseño. desde el punto de vista estructural, la

contaminación de la(s) capa(s) granular(es), 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.

el desarrollo de la ingeniería ha introducido técnicas y tecnologías en el diseño y la construcción de obras civiles

mejorando sus especificaciones y características a corto y largo plazo, aumentando la vida útil y buscando un

equilibrio en los factores económicos que en muchos casos representan una disminución de costos. específicamente,

la utilización de los geotextiles como una capa de separación entre los suelos de subrasantes y las capas granulares

ha permitido mantener la integridad de los materiales y mejorar su funcionamiento, aumentando la vida útil de las

estructuras. esta capa de separación con geotextil elimina la instalación de un material adicional que se emplea en

los diseños tradicionales que solo tiene en cuenta el proceso de contaminación que se produce al inicio del período

de vida de servicio, y no tiene en cuenta el proceso de contaminación a largo plazo.

4.2 INTRODUCCIÓN

son varias las funciones de los geotextiles y varían según el campo de aplicación en que son utilizados. en el caso de

las estructuras de vías, los geotextiles cumplen dos funciones esenciales: separación y refuerzo. en este documento

se presenta la metodología de diseño para emplear un geotextil como separación del suelo de subrasante y la(s)

capa(s) granular(es) y como factor de estabilización de la subrasante.

Para que un geotextil cumpla correctamente la función de separación entre un suelo subrasante y una

capa de material granular, el CBR de la subrasante debe estar entre 3% y 10%.

en efecto, dentro de este rango se asume que la deformación del suelo de subrasante no es lo suficientemente

importante para generar grandes esfuerzos de tensión en el geotextil, el cual se diseña como separación y no

como refuerzo. cuando el cBR es menor, del 3% el geotextil asume grandes deformaciones y comienza a absorber

esfuerzos a tensión que lo inducen a trabajar como refuerzo, factor que afecta totalmente el diseño por separación.

en los casos en que el cBR de la subrasante sea menor del 3% se debe hacer un diseño por refuerzo y verificar los

criterios del diseño por separación cuando el geotextil se coloca entre dos materiales de diferentes características.

Para tener un concepto claro del funcionamiento del geotextil como separación en la interfaz subrasante – capas

granulares, a continuación se hace una descripción del proceso que se desarrolla entre dos materiales de diferentes

características y comportamiento, y de cómo el geotextil se convierte en una barrera que permite mantener la integridad

y el buen funcionamiento de los materiales, mejorando la resistencia y estabilidad de la estructura de la vía.

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en el caso de las estructuras de Pavimento, donde se coloca suelo granular (relleno, subbase, base) sobre suelos finos

(subrasante) se presentan dos procesos en forma simultánea:

1. migración de suelos finos dentro del suelo granular, disminuyendo su capacidad de drenaje.

2. intrusión del suelo granular dentro del suelo fino, disminuyendo su capacidad portante (resistencia).

el geotextil se traduce en una barrera para migración de partículas entre dos tipos de suelo, facilitando la transmisión

de agua. se requiere entonces un geotextil que retenga las partículas de suelo, evite el lavado de finos por la

acción del agua y que cumpla con resistencias necesarias para mantener la continuidad sin que ocurra ninguna

falla por tensión, punzonamiento o estallido (ver especificaciones técnicas de los geotextiles, capítulo 2), bajo

concentraciones de esfuerzos locales causados por irregularidades en el suelo de fundación.

Figura 4.1a sección transversal de una Figura 4.1b sección transversal de una estructura de pavimento sin geotextil de separación estructura de pavimento con geotextil de separación (interfaz sR - c. granular). (interfaz sR - c. granular).

4.3 METODOLOGÍA DE DISEÑO

4.3.1 Generalidades

este diseño permite escoger el tipo de geotextil adecuado para colocar en la interfaz subrasante – capa granular,

que tiene como función principal la separación de suelos adyacentes con propiedades y características diferentes y

la estabilización de la subrasante durante el periodo de vida útil de la estructura de una vía.

en el caso del diseño por separación, se comparan las resistencias del geotextil con el valor requerido en el diseño

para una misma propiedad, obteniendo un factor de seguridad global Fsg.

Fsg = Resistencia admisible: ⇒ Fsg > 1 Resistencia Requerida:

donde:

Resistencia admisible: Resistencia última del ensayo de laboratorio que simula las condiciones reales

del proyecto sobre los factores de reducción.

Resistencia Requerida: valor obtenido de una metodología de diseño que simula las condiciones reales

del proyecto.

Para los casos en que se determine el factor de seguridad global como parámetro de diseño, se calcula entonces la

resistencia requerida (diseño) en función de las especificaciones del geotextil que se vaya a utilizar.

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Resistencia Requerida = Resistencia

Fsg

las especificaciones de los geotextiles se evalúan bajo condiciones ideales de laboratorio, lo que en algunos casos

representa altos valores numéricos para el diseño. los valores obtenidos en el laboratorio se deben modificar para

aplicarlos bajo las condiciones in situ de cada proyecto. Para tener en cuenta estos factores, se asume un factor de

seguridad parcial Fsp que permite ajustar el valor último de laboratorio a las condiciones particulares del terreno,

obteniendo un valor admisible que se aplicará en el diseño.

tadm = tult (4.1)

FRp

Fsp = FRid x FRdQB (4.2)

donde:

tadm = Resistencia admisible para emplear en el diseño

tult = Resistencia última obtenida en laboratorio

FRp = Factor de reducción parcial

FRid = Factor de reducción por daños de instalación

FRdQB = Factor de reducción por degradación química y biológica

los rangos para los factores de reducción se mencionan en la tabla 3.1 del presente manual.

4.3.2 Resistencia al Estallido (Mullen Burst)

entre las partículas del suelo granular que se colocan sobre el geotextil existen vacíos que permiten que el geotextil

se introduzca entre ellas por la acción simultánea de las cargas de tráfico que son transmitidas hasta las capas

granulares, al geotextil y al suelo de subrasante. una vez sometido a esfuerzos, el suelo trata de empujar el geotextil

por los vacíos de la capa granular. el geotextil que se coloca en la interfaz subrasante – capa granular debe cumplir

una resistencia mínima para que no falle por estallido. el ensayo de resistencia al estallido (método mullen Burst –

norma astm d3786 – inv e-904) representa esta situación.

Figura 4.2 geotextil de separación - Resistencia al estallido.

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treq = p’ dv [f (ε)] (4.3)

2

tult = ptest dtest [f (ε)] (4.4)

2

donde:

treq = Resistencia requerida del geotextil (kPa)

p´ = esfuerzo en la superficie del geotextil: p´< p (kPa)

p = Presión de inflado (kPa)

dv = diámetro máximo de los vacíos 0.33 da (mm)

da = diámetro máximo de las partículas de agregados (mm)

f(ε) = Función de deformación (elongación) del geotextil

tult = Resistencia última del geotextil (kPa)

ptest = Presión del ensayo mullen Burst (kPa)

dtest = diámetro del diafragma – ensayo Burst (30.48 mm)

Método 1: verificar si el geotextil que se va a utilizar es adecuado ⇒ tult conocido: calcular Fsg

Fsg = tadm (4.5)

treq

tadm = tult (4.6)

Fsp

Reemplazando la ecuación (4.6) en la ecuación (4.5) y sustituyendo los valores de treq y tult, se obtiene:

Fsg = ptest x dtest (4.7)

Fsp x p’ x dv

• ParaFSp = 1.5 ⇒ ecuación del factor de seguridad global

dtest = 30.48mm

dv = 0.33 da

Fsg = 61.6 x ptest ⇒ Fsg > 1

p’ x da

• ParaFSp = 2.0 ⇒ ecuación del factor de seguridad global

dtest = 30.48mm

dv = 0.33 da

Fsg = 46.2 x ptest ⇒ Fsg > 1 p’ x da

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Método 2: determinar la resistencia Burst requerida del geotextil para un factor de seguridad global Fsg establecido.

Fsg conocido: determinar treq

a continuación se presentan las gráficas que permiten determinar treq de diseño del geotextil, asumiendo un factor

de seguridad global Fsg= 2.0 y factores de seguridad parcial Fsp= 1.5 y Fsp= 2.0 para las condiciones definidas en

el método 1.

Figura 4.3 Presión vs. Resistencia al estallido (BuRst) según el tamaño de agregado(Fsg= 2.0; Fsp =1.5).

Figura 4.4 Presión vs. Resistencia al estallido (BuRst) según el tamaño de agregado(Fsg = 2.0; Fsp = 2.0).

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4.3.3 Resistencia a la Tensión (GRAB)

otro factor que actúa sobre el geotextil es el esfuerzo de tracción que se genera en el geotextil en su plano de

deformación. esto ocurre cuando el geotextil esta “atrapado” por una capa granular y un suelo de subrasante.

cuando una partícula superior es forzada contra dos partículas inferiores que están en contacto con el geotextil

se genera un esfuerzo de tracción en su plano (ver Figura 4.5). el ensayo de tensión según el método grab (astm

d4632-inv e-901) simula este proceso en el laboratorio, determinando la carga de rotura (Resistencia grab) del

geotextil y su elongación correspondiente (deformación – elongación grab). el geotextil se coloca en la interfaz

subrasante–capa granular debe cumplir una resistencia mínima para que no falle por tensión.

Figura 4.5 geotextil de separación- Resistencia a la tensión (gRaB).

treq = p’ * 10-3 * (dv)2 * [f(ε)] (4.8)

donde:

treq = Resistencia grab requerida (n)

p´ = Presión aplicada (kPa)

dv = diámetro máximo de los vacíos: dv ≅ 0.33 da (mm)

da = diámetro máximo de las partículas de agregado (mm)

f(ε) = Función de deformación (elongación) del geotextil, (ver tabla 4.1)

Tabla 4.1 Valores de f (ε)

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Método: verificar si el geotextil que se va a utilizar es adecuado ⇒ tult conocido; calcular Fsg.

tadm = tult (4.9)

Fsg

Fsg = tadm (4.10)

treq

Reemplazando las ecuaciones (4.8) y (4.9) en la ecuación (4.10)

Fsg = tult (4.11)

Fsp x p’ x 10-3 x dv2 x [f (ε)]

entonces la ecuación del Factor de seguridad global es:

Fsg = tult ⇒ Fsg > 1 Fsp x p’ x 10-3 x (0.33 da)2 x [f (ε)]

4.3.4 Resistencia al Punzonamiento

además de cumplir la función de separación, el geotextil de separación debe resistir el proceso de instalación, sin que

sus propiedades iniciales sufran modificaciones importantes. así se garantiza el buen funcionamiento del geotextil

durante la vida útil de la vía. materiales punzonantes, piedras angulares, ramas de árboles, desechos de construcción

y otro tipo de objetos que se encuentren sobre el suelo (subyacente) que quede en contacto con el geotextil, pueden

romperlo y desgastarlo cuando se coloque la capa granular y se apliquen las cargas de tráfico sobre la estructura.

se debe calcular la fuerza vertical que actuará sobre el geotextil bajo estas condiciones, y verificar que el geotextil

que se coloque resista el punzonamiento que se genere. el ensayo de resistencia al punzonamiento astm d4833,

inv e-902 simula esta condición en laboratorio y permite calcular la máxima resistencia que tiene un geotextil bajo

la acción del punzonamiento.

Figura 4.6 Punzonamiento causado por una partícula sobre el geotextil.

treq = p’ x da2 x s1 x s2 x s3 (4.12)

39.36

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donde:

treq = Fuerza vertical que el geotextil debe resistir (n).

p´ = Presión aplicada (kPa).

da = diámetro máximo de las partículas de agregado o de partículas angulares (mm).

s1 = hh/da. Factor de punzonamiento (empuje) del suelo o partículas subyacentes al geotextil.

hh = altura de empuje: hh< da.

s2 = 0.31da. Factor de escala para ajustar el diámetro del vástago de punzonamiento delensayo

astm d4833, inve-902(5/16 in) al diámetro de la actual partícula punzonante.

s3 = 1 – ap/ac .de forma para ajustar la forma del vástago de punzonamiento del ensayo

astm d4833, inv e-902 a la forma de la actual partícula punzonante.

ap = Área proyectada de la partícula.

ac = Área del menor circulo circunscrito.

Tabla 4.2 Valores de Ap/Ac

Método 1: verificar si el geotextil que se va a utilizar es el adecuado ⇒ treq conocido; calcular Fsg

Fsg = tadm

treq

tadm = tult

Fsg

entonces la ecuación del factor de seguridad global en unidades del sistema internacional es:

Fsg = tult x 39.36 ⇒ Fsg >1 (4.13)

Fsp x p’ x da2 x s1 x s2 x s3

donde:

tult = (n)

p´ = (kPa)

da = (mm)

Método 2: determinar la resistencia al punzonamiento requerida del geotextil para un factor de seguridad global

Fsg establecido ⇒ Fsp conocido; determinar treq diseño

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si se asume que se coloca una capa de material granular con partículas angulares sobre el geotextil, de tal forma que:

s1 = 0.33

s2 = 0.3/da

s3 = 0.5

entonces la resistencia al punzonamiento requerida para esas condiciones es:

treq = 0.0512 x p’ da ⇒ treq = 1.3 x 10-3 x p’ x da

(4.14)

39.36

Para determinar la resistencia al punzonamiento requerida para el diseño bajo las condiciones establecidas se tiene:

Fsg = tult ⇒ tult = Fsg x Fsp x (1.3 x 10-3 x p’ x da) (4.15)

Fsp treq

a continuación se presentan las gráficas que permiten determinar treq de diseño del geotextil, asumiendo un factor

de seguridad global Fsg= 2.0 y factores de seguridad parcial Fsp= 1.5 y Fsp= 2.0, para las condiciones definidas.

Figura 4.7 Presión vs. Resistencia al punzonamiento según el tamaño de agregado

(Fsg = 2.0; Fsp = 1.5).

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Figura 4.8 Presión vs. Resistencia al punzonamiento según el tamaño de agregado

(Fsg = 2.0; Fsp = 2.0).

4.3.5 Criterio de Retención (TAA)1

el criterio de retención por tamaño de abertura aparente (taa) permite determinar el tamaño de las aberturas del

geotextil para evitar la migración de suelo fino hacia las capas granulares.

taa < d85 x B (4.16)

donde:

taa = tamaño de abertura aparente, dato suministrado por el fabricante. corresponde a

la abertura de los espacios libres (en milímetros). se obtiene tamizando unas esferas

de vidrio de diámetros conocidos, cuando el 5% de un tamaño determinado de

esferas pasa a través del geotextil, se define el taa. ensayo astm d4751, inv e-907.

d85 = tamaño de partículas (en milímetros) que corresponde al 85% del suelo que pasa al ser

tamizado. este dato se obtiene de la curva granulométrica del suelo en consideración.

B = coeficiente que varía entre 1 y 3. depende del tipo de suelo a filtrar, de las

condiciones de flujo y del tipo del geotextil.

• Paraarenas,arenasgravosas,arenas limosasyarenasarcillosas(conmenosdel50%pasatamiz#200),Bes

función del coeficiente de uniformidad cu, donde cu = d60/d10

1HoltZ, Robert, geosynthetic engineering. Junio 1997, Pags. 36 – 38.

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2 < cu ≤ 8 ⇒ B = 1

2 < cu ≤ 4 ⇒ B = 0.5 x cu

4 < cu ≤ 8 ⇒ B = 8/ cu

• Parasuelosarenososmalgradados:Bentre1.5y2

• Parasuelosfinos(másdel50%pasatamiz#200)Besfuncióndeltipodegeotextil.

Para tejidos: B = 1 ⇒ taa ≤ d85

Para no tejidos: B = 1.8 ⇒ taa ≤ 1.8 * d85

• Paraaplicacionesdeseparación,LaAASHTOM288-05recomiendaquelosgeotextilesdebencumplir:

taa < 0.60 mm

4.3.6 Criterio de Permeabilidad

el coeficiente de permeabilidad k, se define como la propiedad hidráulica que tiene un geotextil, para permitir un

adecuado paso de flujo, perpendicular a su plano.

Para la función de separación los geotextiles deben cumplir lo siguiente:

k del geotextil > k del suelo (4.17)

donde:

k = Ψ * t

Ψ = Permitividad del geotextil

t = espesor nominal del geotextil

en los casos en que se presente un nivel freático muy alto o condiciones críticas de humedad de la subrasante, se

debe utilizar un geotextil con alta transmisividad que permite el drenaje a través de su plano, (geotextiles no tejidos

punzonados por agujas). en estos casos se recomienda incorporar un sistema de subdrenaje lateral para abatir el

nivel freático.

4.3.7 Criterio de Supervivencia

el geotextil en el proceso de instalación y a lo largo de su vida útil puede estar sometido a unos esfuerzos, los cuales

deben ser soportados por el mismo, de tal manera que no afecten drásticamente sus propiedades hidráulicas o

físicas. en la tabla 4.3 se presentan las propiedades mínimas que se deben cumplir.

los geotextiles son materiales de polipropileno, altamente resistentes al ataque químico y biológico. los geotextiles

se degradan con los rayos uv, por consiguiente no deben ser expuestos por largo tiempo a estos rayos.

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Tabla 4.3 Propiedades del geotextil de separación AASHTO M288-05 - Artículo 231 INVIAS

(1) la elongación ≥ 50% hace referencia a los geotextiles no tejidos.(2) la elongación < 50% hace referencia a los geotextiles tejidos.

4.4 EJEMPLO DE DISEÑO

Para la construcción de una vía nueva se requiere colocar un geotextil de separación en la interfaz subrasante –

subbase granular. la vía tendrá un ancho de calzada de 7.30 m (ancho carril 3.65 m) y bermas - cuneta de 1.80

m, para un ancho total de corona de 10.90 m. el tránsito promedio diario (tPd) para el primer año de servicio

es de 3000vpd y el tránsito de diseño para un período de 10 años es n = 6x106 ejes equivalentes a 8.20 ton. la

composición vehicular es de 61% autos, 10% buses y 29% camiones. la presión de inflado es de 100psi = 690 kPa.

el suelo de subrasante está compuesto por limos arcillosos (ml), con una permeabilidad k = 2.5x10-6 cm/s. se

estableció un cBR de diseño de 3.5%, para una estructura de pavimento flexible compuesta por subbase y base

granular conformados por materiales angulares y capa asfáltica.

determinar el tipo de geotextil para usar como separación en la interfaz subrasante – subbase granular, para los

siguientes casos:

1. Para un geotextil no tejido teniendo una subbase granular: tamaño máximo: da = 2.5”

2. Para un geotextil tejido teniendo una subbase granular: tamaño máximo: da = 4”

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Caso 1:

a) Resistencia al Estallido (Mullen Burst)

método 2: determinar treq

Fsp = 2.0

Fsg = 2.0

p´ = 100psi = 690 kPa

da = 63.5mm = 2.5”

treq = 1895 kPa (según la Figura 4.4)

los geotextiles no tejidos que cumplen esta condición son:

nt2500, nt3000, nt4000, nt5000, nt6000, nt7000.

geotextil seleccionado: NT2500

b) Resistencia a la Tensión (GRAB)

se verifica para geotextil no tejido nt2500

tult = 710n (ver apéndice a: especificaciones de Productos)

ε = >50%

f(ε) = 0.50

da = 63.5 mm = 2.5”

p´ = 100psi = 690 kPa

Fsp = 2.0

Fsg = 710 = 2.34 cumple 2.0 x 690 x 10-3 x (0.33 x 63.5)2 x 0.50

c) Resistencia al Punzonamiento


Fsp = 2.0

Fsg = 2.0

da = 63.5 mm = 2.5”

p´ = 100psi = 690 kPa

s1 = 0.9

s2 = 0.8

s3 = 0.9

treq = 227n (según la Figura 4.8)

los geotextiles no tejidos que cumplen esta condición son:

nt1600, nt1800, nt2000, nt2500, nt3000, nt4000, nt5000, nt6000, nt7000.

geotextil seleccionado: NT2500 (cumple paso a y b).

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d) Criterio de Retención (TAA)

geotextil nt2500:

taa < 0.6mm

0.15mm < 0.6mm (ver apéndice a: especificaciones de Productos)

e) Criterio de Permeabilidad

geotextil nt2500:

kg = 0.36cm/s (ver apéndice a: especificaciones de Productos)

ks = 0.0000025cm/s

kgeotextil > ksuelo

f) Criterio de supervivencia

se verifican las propiedades del geotextil escogido, en este caso el geotextil no tejido nt2500 versus las propiedades

solicitadas en la tabla 4.3.

Resistencia la tensión (grab): 710n ⇒ cumple

Resistencia a la penetración con pistón de 50mm de diámetro: 2200n ⇒ cumple

Resistencia al rasgado trapezoidal: 320n ⇒ cumple

geotextil seleccionado: NT2500

Solución caso 1:

el geotextil que se debe utilizar para este caso, como separación en la interfaz subrasante - subbase granular es el

geotextil no tejido NT2500.

Caso 2:

a) Resistencia al Estallido (Mullen Burst)


Fsp = 2.0

Fsg = 2.0

p’ = 100psi = 690 kPa

da = 101.6mm = 4”

treq = 3034 kPa (según la Figura 4.4)

los geotextiles tejidos que cumplen esta condición son:

t1400, t1700, t2100, t2400, tR4000.

geotextil seleccionado: T1400

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b) Resistencia a la Tensión (GRAB)

se verifica para geotextil tejido t1400

tult = 1000 n (ver apéndice a: especificaciones de Productos)

ε = 18%

f(ε) = 0.60

da = 101.6mm = 4”

p´ = 100psi = 690 kPa

Fsp = 2.0

Fsg = 1000 = 1.07 cumple 2.0 x 690 x 10-3 x (0.33 x 101.6)2 x 0.60



ε = 20%

f(ε) = 0.58

Fsp = 2.0

Fsg = 1.28 cumple



ε = 21%

f(ε) = 0.58

Fsp = 2.0

Fsg = 1.4 cumple

geotextil seleccionado: Para esta condición el geotextil tejido t1400 tiene un factor de seguridad muy cercano a

1, por lo tanto se escoge el geotextil t2100 para obtener un factor de seguridad global mayor y cumplir con los

criterios de supervivencia que se evaluaran más adelante.

c) Resistencia al Punzonamiento


Fsp = 2.0

Fsg = 2.0

da = 101.6mm = 4”

p´ = 100psi = 690 kPa

s1 = 0.33

s2 = 0.31/da

s3 = 0.5

treq = 365n (según la Figura 4.8)

los geotextiles tejidos que cumplen esta condición son:

t1050, t1400, t1700, t2100, t2400, tR4000.

geotextil seleccionado: t2100 (cumple paso a y b).

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d) Criterio de Retención (TAA)

geotextil t2100:

taa < 0.60mm

0.425mm < 0.60mm (ver apéndice a: especificaciones de Productos)

taa ⇒ cumple

e) Criterio de Permeabilidad

geotextil t2100:

kg = 0.063cm/s (ver apéndice a: especificaciones de Productos)

ks = 0.0000025cm/s

kgeotextil > ksuelo ⇒ cumple

f) Criterio de superviviencia

se verifican las propiedades del geotextil escogido, en este caso el geotextil tejido t2100 versus las propiedades

solicitadas en la tabla 4.3.

Resistencia la tensión (grab): 1300n ⇒ cumple

Resistencia a la penetración con pistón de 50mm de diámetro: 5200n ⇒ cumple

Resistencia al rasgado trapezoidal: 460n ⇒ cumple

geotextil seleccionado: t2100

Solución caso 2:

el geotextil que se debe utilizar para este caso, como separación en la interfaz subrasante - subbase granular es el

geotextil tejido t2100.

Tabla 4.4 Resumen solución ejemplos

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4.5 EJEMPLO DE RELACIÓN BENEFICIO – COSTO

evaluar la reducción del índice de serviciabilidad en función de las cargas equivalentes sin la instalación de un

geotextil como elemento de separación, y determinar el incremento en costos por efectos de la contaminación

presentada en una vía principal que fue diseñada con la siguiente estructura de pavimento flexible:

espesor de la carpeta asfáltica = 7.5cm

espesor de la base granular = 30cm

espesor de la subbase granular = 40cm

cBR de la subrasante = 3%

solución:

1. Basándose en la metodología aasHto para el cálculo de pavimentos flexibles, y asumiendo que la estructura de

la vía tiene un sistema de drenaje adecuado, se calcula el número estructural de la siguiente forma:

sn = a1d1+ a2d2m2+ a3d3m3

donde:

ai = coeficiente de la capa (1/pul)

di = espesor de la capa (pul)

mi = coeficiente de drenaje de la capa i

Realizando el cálculo de sn, para nuestra estructura se obtiene un valor de 4.24

los datos utilizados en los coeficientes de capa a1, a2, a3 se tomaron de la tabla 4.5 donde se especifica el rango de

valores recomendados (1/pul) por la aasHto.

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Tabla 4.5 Coeficientes de capa recomendados por la AASHTO

2. con el número estructural calculado, determinamos el número de ejes equivalentes que es capaz de soportar la

estructura.

Parámetros para el cálculo:

confiabilidad: 95% (Para autopistas y vías principales)

desviación global: 0.45 (Pavimentos flexibles y construcciones nuevas)

módulo Resiliente: cBR subrasante x 1500 = 3 x 1500 = 4500psi

Índice de serviciabilidad inicial: 4.0 (Bueno)

Índice de serviacibilidad final: 2.5 (Para autopistas y vías principales)

3. cálculo del nuevo número estructural considerando la contaminación de la sub-base.

Para cuantificar la reducción en el coeficiente estructural de la capa de sub-base hemos tomado como referencia la

frase “5 kilos de piedra colocados sobre 5 kilos de barro nos da como resultado 10 kilos de barro” citada por Robert

Koerner en su libro “design with geosynthetics”. teniendo en cuenta lo anterior, reducimos el coeficiente antes

mencionado en un 50% y procedemos a calcular el nuevo sn de la estructura de la vía.

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4. cálculo del nuevo número de ejes equivalentes.

el número estructural reducido de la vía es 3.54, con este valor se calcula el nuevo número de ejes equivalentes,

conservando los valores recomendados por aasHto.

5. cálculo de la disminución del índice de serviciabilidad en la vía.

Haciendo la relación entre los valores de las cargas equivalentes de la estructura inicial y la afectada por la

contaminación, encontramos que la reducción es igual a:

1 – 202.300 66% 594.600

6. Para evaluar el beneficio del geotextil como elemento de separación, se calcula el material adicional necesario,

para mantener las condiciones iniciales de la vía (sn = 4.24), teniendo un coeficiente estructural de la subbase

reducido en un 50%:

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viendo gráficamente las dos situaciones evaluadas tenemos:

Haciendo la comparación de costos de las dos estructuras de la vía, tenemos:

Tabla 4.6 Estructura de la vía con geotextil

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Tabla 4.7 Estructura de la vía sin geotextil

el ahorro en costos gracias a la instalación de un geotextil como elemento de separación en esta estructura es de 16%.

es importante tener en cuenta que si se utiliza un espesor de material granular adicional para reemplazar el uso

del geotextil, no se garantizará con esto que la estructura no presente un proceso de contaminación a lo largo del

periodo de diseño de la vía.

BIBLIOGRAFÍA

• ASSOCIATIONSUISSEDESPROFESSIONNELSDEGEOTEXTILES,LeManuelDesGéotextiles,2ED.,

suisse, 1988.

• CIRIA,SoilReinforcementWithGeotextiles,1ED.,England,1996.

• DONANDLOWLTD.,AGeotextilesDesignGuide,2ED.,Scotland,1989.

• KOERNERR.M.,DesigningWithGeosynthetics,3ED.U.S.A.,1994.

• FEDERALHIGHWAYADMINISTRATION,GeosyntheticsDesignAndConstructionGuidelines,Publication

no. Hi – 95 038, 11995.

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5.1 GENERALIDADES

el desarrollo de los geosintéticos y de su utilización en los campos de la ingeniería, ha introducido un nuevo

concepto en las metodologías de diseño y construcción de sus diversas aplicaciones. son muchas las teorías y las

investigaciones que han surgido con esta nueva tecnología, basadas en las necesidades y los requerimientos de los

ingenieros diseñadores y constructores, llevando a que los geosintéticos se utilicen cada vez más para la realización

de las obras civiles.

uno de los mayores campos de aplicación de los geosintéticos son las vías, donde se deben considerar varios aspectos

que involucran su utilización: separación, refuerzo, estabilización de suelos, filtración y drenaje. los estudios que se

han realizado en este campo y las experiencias existentes han demostrado los grandes beneficios que aportan los

geosintéticos en la construcción de vías y en su rehabilitación, mejorando el nivel de servicio y aumentando la vida

útil. en colombia se tienen varias experiencias en este campo, sin embargo no existe una metodología de diseño

racional que involucre la correcta utilización de los geosintéticos, en particular los geotextiles, para la separación y

el refuerzo en las vías y en las estructuras de pavimento.

el principal objetivo de este estudio es proporcionar una herramienta para determinar el mejoramiento de las

propiedades mecánicas de los suelos, evaluando las funciones de separación y refuerzo de los geotextiles en las vías

y en las estructuras de pavimento, y desarrollar una metodología de diseño racional que involucre la utilización de

los geotextiles en el diseño y la construcción de vías, para mejorar las condiciones de servicio y operación y aumentar

su vida útil.

5.2 INTRODUCCIÓN

5.2.1 Antecedentes

las metodologías de diseño de pavimentos se han desarrollado con las tecnologías de construcción de vías y con la

aparición de nuevos productos en la aplicación de esas tecnologías. cada día más, los diseñadores se han visto en

la obligación de contemplar la utilización de los métodos racionales para el diseño de estructuras de pavimento, en

los que se aplican las teorías de distribución de esfuerzos y deformaciones en un sistema que conforma la estructura

del pavimento.

los métodos racionales de diseño son una herramienta para analizar el comportamiento real de una estructura

de pavimento sometida a cualquier tipo de carga y condición ambiental, teniendo en cuenta las características

y propiedades de los materiales que conforman la estructura; y es aquí donde se fundamenta la selección de

esta metodología para el análisis de un sistema de pavimento reforzado con geotextil. los programas de diseño

de pavimentos se basan en las teorías de distribución de esfuerzos y deformaciones en un sistema multicapa y

permiten hacer un rápido análisis de las diferentes alternativas de diseño para una misma estructura, comparando

los resultados de cada alternativa con los valores admisibles establecidos. esta comparación es la que permite evaluar

los beneficios de la utilización de un geotextil dentro de la estructura de pavimento, que se pueden definir en tres

tipos: reducción de espesores, incremento de la vida útil o incremento de la capacidad portante de la estructura.

5.2.2 Beneficios del Geotextil

el diseño de una estructura de pavimento depende de varios factores que afectarán la vía durante su vida útil,

como son, entre otros, el tránsito, las condiciones ambientales, las características del suelo de subrasante y de los

materiales que conforman la estructura de pavimento.

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las diferentes alternativas en el diseño de pavimentos normalmente resultan al evaluar varias posibilidades con los

siguientes parámetros:

• Espesoresdelascapasgranulares.

• Propiedadesmecánicasdelosmaterialesgranulares.

• Capacidadportantedelasubrasante.

en el diseño, el tránsito es un parámetro fijo y las características de los materiales como el concreto asfáltico o el

concreto rígido se modifican como una última alternativa, tratando siempre de encontrar una solución definitiva

al cambiar las características de los suelos y los materiales que conforman las capas de subrasante y granulares

respectivamente.

los materiales que conforman la capa estructural de los pavimentos flexibles y la capa de apoyo de los pavimentos

rígidos deben cumplir unas especificaciones establecidas para soportar las capas superiores y los esfuerzos a los que es

sometido el sistema en todo momento. sin embargo, son muchos los casos en donde el material no tiene las resistencias

apropiadas y debe mejorarse o reemplazarse por otro que se encuentra a mayor distancia y con mayor dificultad.

otro caso que se presenta con frecuencia es la baja capacidad portante de los suelos de subrasante y sus deficientes

propiedades mecánicas, que influye en la degradación de las capas granulares y en el comportamiento de la estructura

de pavimento, lo que conlleva a una disminución de la vida útil que inicialmente se determinó en el diseño.

Por todo lo anterior, se han estudiado y analizado los efectos del uso del geotextil en la estructura de pavimento,

en particular su utilización sobre la capa de subrasante en la interfase subrasante – capa granular. el geotextil de

refuerzo permite incrementar la capacidad portante del sistema que conforma la estructura de pavimento, lo que se

puede traducir en una reducción del espesor de la capa granular, en un mejoramiento de las propiedades mecánicas

de los materiales que hacen parte de la capa granular o en un incremento de la vida útil de la vía en estudio. de

igual manera, al mejorar las condiciones mecánicas de la estructura de pavimento se puede obtener un aumento del

tránsito de diseño, evaluado con la cantidad de ejes equivalentes que van a pasar durante el período de operación

de la vía. en resumen, los efectos de la utilización de un geotextil de refuerzo sobre la capa de subrasante de una

estructura de pavimento son los siguientes:

• Incrementodelacapacidadportantedelsistema.

• Reduccióndelosespesoresdelascapasgranulares.

• Mejoramientodelaspropiedadesmecánicasdelosmaterialesqueconformanlaestructuradepavimento.

• Incrementodelavidaútildelavía.

• Aumentodelosejesequivalentesdediseñodelavía.

5.3 FUNCIONES DEL GEOTEXTIL

son varias las funciones de los geotextiles y varían según el campo de aplicación en que se utilicen. en el caso de las

estructuras de pavimento, los geotextiles cumplen dos funciones esenciales: separación y refuerzo.

5.3.1 Separación

la función de separación que cumple un geotextil es mantener la integridad y el buen funcionamiento de dos suelos

adyacentes con propiedades y características diferentes. en el caso de las estructuras de pavimento, donde se coloca

suelo granular (base, subbase, relleno) sobre suelos finos (subrasante) se presentan dos procesos en forma simultánea:

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• Migracióndesuelosfinosdentrodelsuelogranular,disminuyendosucapacidaddedrenaje.

• Intrusióndelsuelogranulardentrodelsuelofino,disminuyendosucapacidadportante(resistencia).

el geotextil se traduce en una barrera para la migración de partículas entre los dos tipos de suelo, facilitando la

transmisión de agua. se requiere entonces un geotextil que retenga las partículas de suelo y evite el lavado de finos

por la acción del agua y que cumpla con resistencias necesarias para mantener la continuidad sin que ocurra ninguna

falla por tensión, punzonamiento o estallido (ver especificaciones técnicas de los geotextiles y la guía de diseño de

esta función), bajo concentraciones de esfuerzos locales causadas por irregularidades en el suelo de fundación.

5.3.2 Refuerzo

la función de refuerzo de los geotextiles consiste en el complemento y por ende en el mejoramiento de las

propiedades mecánicas del suelo. los geotextiles son materiales con alta resistencia a la tensión y son un buen

complemento de aquellos materiales con alta resistencia a la compresión pero con poca resistencia a la tensión,

como ocurre generalmente en los suelos finos y granulares.

cuando las fuerzas perturbadoras son causadas por el peso propio del suelo, como en el caso de taludes o terraplenes

sobre suelos de fundación muy blandos, el refuerzo del suelo con geotextiles permite la construcción de taludes o

terraplenes con mayor inclinación. cuando las fuerzas perturbadoras son causadas por cargas externas, como en

las vías, el refuerzo del suelo con geotextiles permite la aplicación de mayores cargas y un aumento de la vida útil

de la estructura de pavimento.

Para que un geotextil cumpla correctamente con la función de refuerzo se debe cumplir con la condición de que el

cBR de la subrasante deber ser menor al 3%. Por debajo de este valor se presentan deformaciones importantes que

generan esfuerzos de tensión en el geotextil, fundamento para la elaboración de la metodología de diseño. si el

valor de cBR de la subrasante es mayor o igual a 3 se debe diseñar el geotextil por separación, por lo tanto se debe

chequear la metodología realizada para esta aplicación. (ver capítulo 4 – separación y estabilización de subrasantes

en vías).

el refuerzo con geotextiles soporta la fuerza de tensión del suelo, disminuyendo la fuerza de corte y aumentando

la resistencia al corte del suelo, con el incremento del esfuerzo normal que actúa en las potenciales superficies

de corte. en efecto, cuando el suelo se deforma a lo largo de una superficie de ruptura (en cortante), se generan

deformaciones a compresión y tracción. el refuerzo comienza a actuar en forma eficiente cuando su inclinación

iguala la dirección en la que se haya desarrollado la deformación a tracción en el suelo deformado, entonces la

deformación por corte del suelo causa una fuerza de tensión en el geotextil de refuerzo.

el refuerzo con geotextiles permite además soportar mayores aplicaciones de carga en el suelo y mejorar su capacidad

portante, mediante otro mecanismo diferente, que se aplica cuando el refuerzo se ha deformado lo suficiente para

actuar como una membrana a tensión. cuando se aplica una carga en la superficie de la estructura, una parte de

los esfuerzos normales de la fibra inferior de esa capa (parte cóncava) son soportados por la fuerza de tensión de

la membrana de geotextil, reduciendo así los esfuerzos aplicados en el suelo que se encuentra bajo el geotextil

(parte convexa del geotextil). este mecanismo tipo membrana se desarrolla cuando se aplican cargas localizadas y se

presentan deformaciones considerables. en el caso particular de las vías, la acción de membrana es muy importante

para controlar el ahuellamiento en las vías y para prevenir el colapso de un relleno en un hueco o cavidad que se

presente en el suelo de fundación.

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5.4 CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO

5.4.1 Introducción

la metodología de diseño que se describe en este capítulo contempla la utilización de geotextiles para el refuerzo

de vías, colocados sobre la capa de subrasante o el suelo de fundación de la estructura. el geotextil de refuerzo

colocado a nivel de subrasante se escoge técnicamente para mejorar la capacidad portante de todo el sistema, sin

embargo para evaluar el aporte del geotextil de refuerzo se puede hacer el análisis cuantitativo de varias formas:

5.4.1.1 Incremento de la capacidad portante del sistema

la utilización de un geotextil de refuerzo en las vías permite incrementar la capacidad portante del sistema que

conforman las capas estructurales de la vía, y la forma más común de introducir ese incremento es dentro de las

propiedades mecánicas que presenta la capa de subrasante de la vía en estudio. Para la utilización de la metodología

de diseño que se describe en este capítulo, se supone que el suelo de subrasante tiene las siguientes propiedades:

suelo saturado, con baja permeabilidad y con un comportamiento no drenado bajo cargas tales como el tráfico,

lo que significa que el suelo de subrasante es incompresible y tiene un ángulo de fricción casi nulo. la capacidad

portante se puede determinar con el cBR de la subrasante, medido para las condiciones más críticas de densidad y

de humedad.

5.4.1.2 Reducción de espesores de la capa granular

otra forma de evaluar los efectos de la utilización de un geotextil de refuerzo sobre la subrasante es mediante la

reducción del espesor de la capa granular que conforma la estructura del sistema. esta capa se diseña con el fin de

distribuir los esfuerzos generados por la aplicación de cargas en la superficie del pavimento en un área mayor, de

tal forma que a nivel de subrasante los esfuerzos no sobrepasen la resistencia a tensión admisible del geotextil para

garantizar la estabilidad general de la estructura.

la utilización de un geotextil de refuerzo en la subrasante permite incrementar la capacidad portante de todo el sistema

y esto se puede representar con la reducción en el espesor de la capa granular de la estructura de pavimento.

5.4.1.3 Incremento de la vida útil

el incremento de la vida útil de diseño es otro parámetro que se puede evaluar con la utilización de un geotextil

de refuerzo. en el diseño inicial, se supone una vida útil y se trabaja con un tránsito estimado correspondiente al

número de años de diseño. el tránsito se lleva a un número de ejes equivalentes, con lo que se calculan los esfuerzos

y las deformaciones admisibles para definir la estructura de pavimento. al incrementar la capacidad portante del

sistema con la utilización del geotextil se aumentan los valores admisibles de esfuerzos y deformaciones, lo que se

puede interpretar como un incremento del número de ejes equivalentes, es decir de la vida útil de la vía.

5.4.2 Análisis teórico

los geotextiles utilizados para el refuerzo de vías permiten mejorar el funcionamiento de la estructura de pavimento,

teniendo como base un espesor inicial de capa granular sin geotextil para una condición de carga (tráfico) dada,

comparado con un espesor disminuido por utilización del geotextil, para la misma condición de tráfico. (el análisis

también se puede hacer para un espesor de material granular establecido y un incremento del tráfico que va a pasar

sobre la vía).

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la metodología que se presenta en este documento permite calcular la reducción del espesor de la capa granular

y hacer la selección del geotextil adecuada para el refuerzo de la estructura. esta metodología se basa en el

comportamiento del geotextil dentro de la estructura de pavimento, actuando como un elemento capaz de absorber

los esfuerzos a tensión presentados por acción de las cargas a nivel de subrasante, mejorando el comportamiento

estructural de la vía.

5.4.2.1 Definiciones Generales

1. Geometría

en la sección transversal de una vía se define como h0 el espesor de la capa granular cuando no se utiliza geotextil,

como h el espesor de la capa granular cuando hay geotextil y ∆h la reducción de espesor de la capa granular que

resulta de la introducción de un geotextil a nivel de subrasante.

Para este método analítico se supone que el suelo de subrasante es homogéneo y que tiene un espesor suficiente

para desarrollar una zona plástica.

Figura 5.1 sección transversal típica de una estructura de pavimento.

∆h = ho – h (5.1)

donde:

ho = espesor de la capa granular sin geotextil (m)

h = espesor de la capa granular con geotextil (m)

∆h = Reducción del espesor de la capa granular como resultado del uso de geotextil (m)

2. Eje de carga

todas las cargas de los vehículos se llevan a un eje simple de carga equivalente, que se utiliza para el desarrollo de

la metodología de refuerzo.

3. Material granular

el material granular debe cumplir con las propiedades requeridas para garantizar una adecuada distribución de la

carga aplicada. tanto para las capas de subbase granular como de base granular, el material debe cumplir con las

exigencias físico-mecánicas correspondientes y con las condiciones de instalación requeridas.

capa de asfalto

Base granular

subbase granular

subrasante

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4. Suelo de subrasante

el suelo de subrasante se supone saturado con una baja permeabilidad. sin embargo, bajo la aplicación de carga

rápida como la carga de tráfico, el suelo de subrasante trabaja bajo condición no drenada, por lo tanto se presentan

las siguientes propiedades:

• Elsuelodesubrasanteesincompresible

• Elángulodefricciónesnulo

Bajo este concepto, la resistencia al corte es igual a la cohesión no drenada.

el valor de cBR de la subrasante se obtiene de ensayos de laboratorio, el valor a utilizar debe ser cBR sumergido

para trabajar con las condiciones más críticas y desfavorables del material.

5.4.2.2 Propiedades del geotextil

las propiedades mecánicas de los geotextiles que mayor aplicación tienen sobre esta metodología son las definidas

por el comportamiento de tensión – elongación en un ensayo de tensión biaxial, donde la deformación lateral del

geotextil es restringida.

la resistencia permite determinar cuánta carga puede soportar un geotextil, medida generalmente en términos de

fuerza por unidad de longitud y no en unidades de esfuerzo (fuerza por unidad de área), debido a los problemas que

se pueden presentar por la variación de espesor durante los ensayos, sobre todo en los geotextiles más delgados.

en cuanto a la resistencia de los geotextiles, existe una gran variedad de ensayos que tienen como objetivo determinar las

propiedades de resistencia en función de la dirección, la uniformidad y la duración de la carga aplicada y del área sobre

la cual se aplica la carga. sin embargo, para la aplicación de refuerzo la propiedad que gobierna en el comportamiento

del geotextil es la resistencia a la tensión, definida como una fuerza de tensión por unidad de longitud. esta propiedad

se determina en el laboratorio con el ensayo de resistencia a la tensión por el método de la tira ancha (wide width), y

se obtiene la curva Fuerza – elongación, necesaria para el diseño por refuerzo en aplicaciones viales.

existe otro método de ensayo que permite obtener la resistencia a la tensión en términos de fuerza y la elongación

del mismo, denominado método gRaB. los fabricantes generalmente utilizan este ensayo como una herramienta

de control de calidad, y no se debe utilizar como parámetro de diseño en las aplicaciones de refuerzo.

en la norma para la especificación de geotextiles para aplicaciones viales – designación aasHto m288, la resistencia

a la tensión grab es un parámetro que se usa para definir el mínimo valor requerido para la supervivencia de los

geotextiles en las diferentes aplicaciones (drenaje, separación, estabilización, refuerzo, control de erosión, barrera

contra sedimentos y repavimentación), valor que varía según la clase de geotextil que se especifique.

además del comportamiento a la tensión del geotextil, se deben tener en cuenta las características de fricción,

considerando que para esta aplicación el geotextil tiene la rigidez suficiente para prevenir la falla de la capa granular

por deslizamiento a lo largo de la superficie del mismo.

5.4.3 Análisis de vías con Geotextil

5.4.3.1 Cinemática

el suelo de subrasante es un suelo incompresible y el asentamiento que se produce bajo las llantas causa levantamiento

del suelo entre y a los lados de las llantas. la forma del geotextil se convierte en algo similar a una onda y como

consecuencia se presenta una tensión del geotextil (ver Figura 5.2).

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cuando un material flexible tensionado tiene una forma curva, la presión en la superficie cóncava es mayor que la

presión en su cara convexa, lo que se conoce como efecto membrana.

1. entre las llantas (BB) y en los lados de las llantas (ac), la presión aplicada por el geotextil sobre la subrasante es

mayor a la presión aplicada por la capa granular sobre el geotextil.

2. Bajo las llantas (aB), la presión aplicada por el geotextil sobre la subrasante es menor que la presión aplicada por

las llantas más la capa de material granular sobre el geotextil.

el geotextil garantiza entonces dos efectos positivos para el comportamiento de la vía:

• Proveeunconfinamiento“horizontal”delasubrasanteentreyalosextremosdelasllantas.

• Permitereducirlapresiónaplicadaporlasllantasenelsuelodesubrasante.

Figura 5.2 cinemática de vías con geotextil.

5.4.3.2 Forma del geotextil deformado

la forma de onda del geotextil deformado se da por la condición incompresible del suelo. se supone que la cantidad

de material que se desplaza hacia abajo por el asentamiento que se presenta debe ser igual al volumen de material

que se mueve hacia arriba por levantamiento (ver Figura 5.3).

la forma del geotextil deformado consiste en secciones de parábolas conectadas a unos puntos localizados en el

plano inicial del geotextil (a, B). además, se supone que el espesor de la capa de material granular no es afectado

de forma significativa por la deflexión que sufre la subrasante, por lo tanto se tiene:

Figura 5.3 Forma del geotextil deformado.

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5.4.3.3 Mecanismos de Falla

en una vía, la falla de la estructura puede presentarse en tres sitios diferentes:

• Capagranular

• Suelodefundación(subrasante)

• Geotextil(siexiste)

el método analítico no considera falla de la capa granular, suponiendo que el coeficiente de fricción del material

es suficiente para asegurar la estabilidad mecánica de la capa y que el ángulo de fricción del geotextil en contacto

con el material granular bajo las llantas es lo suficientemente grande para prevenir el deslizamiento de la capa

sobre el geotextil.

Figura 5.4 mecanismos de Falla.

en una estructura vial la falla por deslizamiento del geotextil (o Pullout) es muy difícil que se pueda presentar, ya que

la fuerza de anclaje que se genera entre el suelo y el geotextil esta dada por:

Fanclaje = 2 * τ * l (5.2)

la longitud l, a lo largo de la cual se desarrolla esta fuerza, es muy grande e influye directamente sobre el valor final

de la Fanclaje, por lo que esta también se hace muy grande, siendo capaz de soportar cualquier movimiento horizontal

que se presente por acción de las cargas.

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Figura 5.5 condición critica trabajo del geotextil.

cuando inicia la transmisión de esfuerzos (σn) sobre el geotextil, se presenta una deformación del mismo por efecto

del empuje actuante. la zona que se observa en el detalle es por donde fallaría el geotextil, ya que es el punto crítico

cuando dicho geotextil ofrece su mayor trabajo por resistencia a la tensión. Por este motivo se debe calcular un factor

de seguridad (Fs) cuando se iguala a la resistencia a tensión del geotextil con el esfuerzo normal que esta siendo

aplicado por la estructura con el paso de las cargas, garantizando de esta forma que el geotextil resistirá los esfuerzos

y no se deteriora por este efecto. Para obtener una estabilidad global del sistema el Fsg que se debe conservar debe

ser mínimo de 1.3. el principio mencionado anteriormente es el fundamento de la presente guía de diseño.


5.5.1 Introducción

la metodología de diseño que se presenta a continuación tiene como base la comparación entre la estructura de

diseño inicialmente definida y la estructura de diseño reforzada con geotextil. esta metodología se enfoca hacia la

optimización de los espesores de las capas estructurales de la estructura de pavimento, es decir en las capas granulares

principalmente, sin modificar los espesores o las características de las capas de concreto (asfáltico o hidráulico).

la metodología permite calcular la reducción del espesor de la capa granular de una estructura de pavimento con

base en el análisis de los esfuerzos que se presentan a nivel de subrasante. este valor permite analizar diferentes

alternativas de diseño, evaluando las características de los materiales que conforman la capa granular, del suelo de

subrasante, del tráfico de diseño y de la vida útil del pavimento.

Para el cálculo de los esfuerzos normales generados por la estructura de pavimento se emplea el método racional

de diseño de pavimentos, en este caso el cedem, sin embargo, una vez se tienen los resultados al usar un geotextil

de refuerzo se puede usar cualquier método de diseño de pavimentos para comparar los resultados y estudiar las

diferentes alternativas al usar geotextil.

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es importante resaltar que el geotextil de refuerzo permite incrementar las condiciones de soporte de la estructura

de pavimento como un todo, sin embargo en la metodología de diseño se debe evaluar el aporte del geotextil en

la capacidad portante del suelo de subrasante para comparar los resultados del diseño de la vía sin geotextil y del

diseño con geotextil.

5.5.2 Procedimiento

Paso 1. Diseño Inicial de la estructura de pavimento

Para hacer la comparación de los diseños sin y con geotextil de refuerzo, se debe conocer el diseño inicial de la

estructura de pavimento sin geotextil. la estructura puede ser diseñada por la metodología que estime conveniente.

sin embargo, para obtener la reducción por utilización del geotextil se requiere conocer los parámetros necesarios

para realizar la modelación en un programa de diseño racional, (por ej. cedem), para obtener los σn transmitidos a

la subrasante. dichos parámetros son:

1. tráfico de diseño, eje de carga de referencia y periodo de diseño.

2. espesor de las capas, características de los materiales (módulo elástico) y relación de Poisson de cada uno de los

materiales que conforman las capas de la estructura.

3. cBR o cu, relación de Poisson, módulo resiliente del suelo de subrasante.

en este caso, se supone que para el diseño de la estructura de pavimento sin geotextil se han definido las condiciones

de drenaje de la vía, se ha calculado el tráfico de diseño de acuerdo a las condiciones reales del proyecto, se han

definido las propiedades de los materiales que conforman la estructura de acuerdo con las especificaciones de

construcción vigentes y se han realizado todos los ensayos necesarios para caracterizar el suelo de subrasante.

con los datos anteriormente mencionados se hace la modelación de la estructura sin geotextil en el programa de

diseño racional y se calculan los esfuerzos y las deformaciones de las diferentes capas:

• Capasbituminosas:paralascapasdematerialesbituminosostalescomoconcretoasfáltico,gravaasfáltica,etc,

se verifica la deformación a tracción en la fibra inferior de la capa.

• Capashidráulicasycapastratadasconmaterialeshidráulicos:paralascapasdeconcretohidráulicoylosmateriales

tratados con cemento, cal, ceniza, escoria, etc, se verifica el esfuerzo a tracción en la fibra inferior de la capa.

• Suelosfinosysuelosgranulares:paralascapasdesubrasanteylascapasgranularesseanalizaladeformación

vertical sobre la capa de subrasante. también se puede verificar la deformación por tracción sobre la capa de

subrasante.

el diseño ha sido elaborado previamente por cualquier metodología, por lo tanto, si se desea realizar la verificación

de los datos por la metodología racional, los valores de esfuerzo y deformación calculados (que arroja el programa)

se comparan con los valores admisibles correspondientes, que en todos los casos del diseño inicial deben cumplir

con los admisibles.

definición de variables:

ei = módulo de la capa i (Kg/cm2)

hi = espesor de la capa i (m)

υi = Relación de Poisson de la capa i

εt = deformación a tracción (m/m)

εz = deformación vertical (m/m)

σt = esfuerzo a tracción (kg/cm2)

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Paso 2. Planteamiento reducción granulares y análisis de la alternativa

con base la estructura inicial se plantea una primera alternativa de estructura con reducción de espesor en los

materiales granulares conservando las características tanto de los materiales que conforman la estructura como del

suelo de subrasante.

Posteriormente, se procede a modelar la primera alternativa planteada de estructura reducida en el programa de

diseño racional (cedem) y se tiene en cuenta el valor del esfuerzo normal aplicado a nivel de subrasante que se

obtiene, manteniendo los cálculos para el mismo número de ejes equivalentes de diseño.

Paso 3. Esfuerzo normal aplicado

el esfuerzo normal calculado por el programa (σn, Kg/cm2), se reparte en un área plana, para ser comparado con la

resistencia que ofrece el geotextil, punto crítico de falla de geotextil.

Paso 4. Selección del geotextil

se define el geotextil que se va a utilizar para el refuerzo de la estructura de pavimento y se calcula el valor de la

resistencia admisible. Para la selección del geotextil es importante tener en cuenta las propiedades del suelo de

subrasante y del material que se va a colocar sobre el geotextil, además de las condiciones de construcción y de

instalación. una guía para seleccionar el geotextil más apropiado consiste en verificar los requerimientos exigidos

para la función de estabilización, en la especificación de construcción aasHto m288 vigente.

tadm = tult / (FRid x FRdQB) (5.3)

donde:

tadm = Resistencia admisible para emplear en el diseño

tult = Resistencia última obtenida en laboratorio




Paso 5. Cálculo del Factor de Seguridad Global

se determina el factor de seguridad, el cual debe ser mayor a 1.3, garantizando que el geotextil será capaz de absorber

los esfuerzos de tensión presentados sin llegar a la rotura evitando que estos sean transmitidos a la subrasante.

Fsg = Resistencia admisible (5.4)

Resistencia Requerida

Fsg > 1.3

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Paso 6. Optimización del diseño con geotextil

si el factor de seguridad encontrado es alto, se realizan iteraciones del procedimiento descrito a partir del paso 2

de esta metodología, hasta encontrar que el valor hallado se acerca a 1.3 para lograr la optimización del uso del

geotextil en estructuras de pavimento.

Paso 7. Cálculo de la disminución de espesor con geotextil de refuerzo

Realizamos la cuantificación en la reducción del espesor de material granular. ecuación (5.1)

5.6 EJEMPLO DE DISEÑO CON RELACIÓN BENEFICIO - COSTO

Paso 1. Diseño Inicial de la estructura de pavimento

el diseño inicial de la estructura de pavimento tiene las siguientes características:

1. tráfico de diseño: n = 1.5x106 ejes equivalentes de 8.20 ton

Periodo de diseño: 20 años

cBR de la subrasante: 2.0%

2. diseño inicial del pavimento:

los datos de entrada para el programa cedem para el cálculo de esfuerzos y deformaciones son los siguientes:

carpeta asfáltica: h1= 5.0 cm e1= 35,000 Kg/cm2 υ = 0.35

Base granular: h2= 25.0 cm e2= 6,000 Kg/cm2 υ = 0.35

subbase granular: h3= 40.0 cm e3= 2,000 Kg/cm2 υ = 0.35

subrasante: cBR = 2.0% en= 100 x cBR = 200 Kg/cm2 υ = 0.45

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Realizando la modelación de la estructura en el cedem, se obtiene:

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εZ = 3.64 x 10-4

σZ = 0.0076 mPa ≈ 7.60 x 10-2 Kg/cm2


Alternativa 1:

carpeta asfáltica: h1 = 0.05 m e1 = 3,500 mPa υ = 0.35

Base granular: h2 = 0.25 m e2 = 600 mPa υ = 0.35

subbase granular: h3 = 0.30 m e3 = 200 mPa υ = 0.35

subrasante: cBR = 2.0% en = 10 x cBR = 20 mPa υ = 0.45

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los resultados obtenidos después de haber realizado la modelación en el cedem son:

σz = 0.0096 mPa ≈ 9.60 x 10-2 Kg/cm2


σz = 0.0096 mPa = 9.6 kPa

distribuyéndolo en forma horizontal, en un área plana, obtenemos:

9.6 kPa x 1.0 m = 9.6 Kn/m

Treq = 9.6 KN/m


Para este caso se escoge un geotextil t2100 con las siguientes características

datos del geotextil propuesto:

tult = 38 Kn/m, Resistencia método tira ancha, sentido transversal

(ver apéndice a: especificaciones de Productos)

tdisp = tult / (Fsid x FsdQB)

tdisp = 38 / (1.5 x 1.2)

tdisp = 21.1 Kn/m

Paso 5. Cálculo del Factor de Seguridad Global

Fsg = tdisp / treq

Fsg = 21.1 Kn/m / 9.6 Kn/m

Fsg = 2.2 >> 1.3

Paso 6. Optimización del diseño con geotextil

como el valor del Fsg dio un valor muy por encima de 1.3, procedemos a optimizar el diseño proponiendo nuevas

alternativas de estructura.


Alternativa 2:





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σz = 0.0122 mPa ≈ 1.22 x 10-1 Kg/cm2


σz = 0.0122 mPa = 12.2 kPa


12.2 kPa x 1.0 m = 12.2 Kn/m

Treq = 12.2 KN/m


se continúa el cálculo con el mismo tipo de geotextil, t2100 con las siguientes características





tdisp = 38 / (1.5 x 1.2)

Tdisp = 21.1 KN/m

Paso 5. Cálculo de Factor de Seguridad Global

Fsg = tdisp / treq

Fsg = 21.1 Kn/m / 12.2 Kn/m

Fsg = 1.73 > 1.3

se continúa con la optimización del diseño, para lograr obtener el diseño más acorde con los esfuerzos que es capaz

de absorber el geotextil.


Alternativa 3:






σz = 0.0151 mPa ≈ 1.51 x 10-1 Kg/cm2

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σz = 0.0151 mPa = 15.1 kPa


15.1 kPa x 1.0 m = 15.1 Kn/m

Treq = 15.1 KN/m


se continúa el cálculo con el mismo tipo de geotextil, t2100 con las siguientes características




tdisp = tult/ (Fsid x FsdQB)

tdisp = 38 / (1.5 x 1.2)

Tdisp = 21.1 KN/m

Paso 5. Cálculo de Factor de Seguridad Global

Fsg = tdisp / treq

Fsg = 21.1 Kn/m / 15.1 Kn/m

Fsg = 1.39 ⇒ cumple

se toma esta última estructura como recomendación de diseño.

otra solución para la revisión del diseño, es el chequeo de la estructura con un geotextil de mayor resistencia.

se realiza el cálculo con el geotextil t2400 con las siguientes características





tdisp = 43 / (1.5 x 1.2)

Tdisp = 23.8 KN/m

Para el geotextil t2400 se calcula el factor de seguridad global y se toma la decisión de reducir más los espesores de

la estructura y comparar cual de las soluciones propuestas es la más viable económica y técnica posible.

Fsg = tdisp / treq

Fsg = 23.8 Kn/m / 15.1 Kn/m

Fsg = 1.57 > 1.3

Para la solución de este ejemplo se utilizó la última estructura propuesta con el geotextil t2100.

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Paso 7. Cálculo de la disminución de espesor con geotextil de refuerzo

en este paso de la metodología se utilizó la última alternativa propuesta correspondiente a los cálculos utilizando

un geotextil t2100.

disminución material de Base granular: 5 cm

disminución material de subbase granular: 20 cm

Cuantificación del Ahorro por la colocación del geotextil T2100

Base granular compactada en obra: us$ 12.09/m3

costo del espesor reducido de base granular = 0.05m x us$ 12.09/m3 = us$ 0.60/m2

subbase granular compactada en obra: us$ 10.75/m3

costo del espesor reducido de subbase granular = 0.20m x us$ 10.75/m3 = us$ 2.15/m2

el costo de los dos materiales por m2 es de: us$ (0.60 + 2.15) = us$ 2.75/m2

el m2 de geotextil t2100 presenta un valor de: us$ 1.50/m2

el ahorro, por m2 esta dado por = us$ 2.75/m2 – us$ 1.50/m2 = us$ 1.25/m2

en un kilómetro de vía con una calzada de 7m de ancho y con estas características de espesores el ahorro es de:

us$ 8,750.

5.7 CONCLUSIONES

la metodología de diseño presentada permite definir la reducción del espesor de la capa granular de una estructura

de pavimento, basada en un análisis de las deformaciones y los esfuerzos que se presentan en cada capa de la

estructura y en una teoría de la deformación del geotextil sobre suelos blandos bajo la aplicación de carga.

estructura de pavimento inicial estructura de pavimento con refuerzo

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con el resultado de la reducción del espesor de la capa granular se pueden evaluar las diferentes alternativas de

diseño al utilizar un geotextil de refuerzo sobre la subrasante, evaluando las posibilidades del mejoramiento de las

propiedades de los materiales granulares o el incremento de tránsito de diseño o el aumento de la vida útil de la

estructura. lo anterior se determina con base en el incremento de la capacidad portante de todo el sistema al usar

un geotextil, definido por el aumento del módulo resiliente de la subrasante. la metodología de diseño se basa en

el análisis de las deformaciones y los esfuerzos que se presentan en la estructura de pavimento, por lo que se utiliza

un método racional de diseño de pavimentos, que en este caso es el programa cedem.

el diseño inicial sin geotextil es esencial para definir el aporte estructural del geotextil en el pavimento y las

variables que se asumen para el diseño son las mismas que se utilizan en la metodología de refuerzo, por lo tanto

se debe hacer una evaluación de las condiciones de cada proyecto para tener una muy buena aproximación de

lo que va a ocurrir en la realidad y así tener una alternativa de diseño que funcione correctamente durante el

periodo de diseño de la vía.

6ReFueRZo en vÍas con

geomallas B iaXiales coeXtRuÍdas

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6.1 GENERALIDADES

los pavimentos flexibles se caracterizan por ser sistemas multicapa, los cuales están diseñados para absorber y

disipar los esfuerzos generados por el tráfico, por lo general estas estructuras poseen capas de mejor calidad cerca

de la superficie donde las tensiones son mayores. tradicionalmente un pavimento flexible trabaja distribuyendo la

carga aplicada hasta que llegue a un nivel aceptable para la subrasante. este tipo de pavimentos lo conforman una

capa bituminosa apoyada sobre una capa de base que puede ser piedra partida, grava bien gradada o materiales

estabilizados (con cementos, cal o asfalto) y una de subbase con material de menor calidad.

una de las variables que influyen directamente en la vida útil de los pavimentos, es el tráfico vehicular, si este no es

estimado adecuadamente, se someterá el pavimento a mayores repeticiones de ciclos de carga. estas sobrecargas,

actúan sobre la capa de rodadura, generando fisuración por fatiga del material bituminoso. esta fisuración promueve

la intrusión de agua a la estructura del pavimento, lo cual se traduce en una menor capacidad de soporte de los

materiales granulares, produciendo una pérdida progresiva de las propiedades mecánicas de estos y por ende un

deterioro de la estructura.

las geomallas coextruídas Biaxiales son empleadas como una solución para el mejoramiento de suelos de soporte

y capas granulares. estas geomallas proporcionan un confinamiento lateral en el suelo aumentando la resistencia a

la tensión de estos.

6.2 INTRODUCCIÓN

existen diferentes metodologías de diseño para pavimentos flexibles incluyendo métodos empíricos, métodos

limitando la fuerza de corte, métodos limitando la deflexión, métodos regresivos y métodos mecánicos - empíricos.

el método aasHto es un método de regresión basado en resultados empíricos obtenidos por la aasHto Road test

en los años 50.

la metodología aasHto versión 1993 para pavimentos flexibles es la metodología empleada como punto de

partida para el desarrollo de la inclusión de geomallas coextruídas como refuerzo de los materiales granulares. esta

metodología ha sido modificada para explicar la contribución estructural de las geomallas biaxiales coextruídas,

según la investigación desarrollada por Filippo montanelli, aigen Zhao y Pietro Rimoldo, ingenieros investigadores

de tenaX coRP.

Figura 6.1 sección típica de estructuras de pavimento asfáltico con y sin geomalla.

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la modificación del método de la aasHto empleando geomallas biaxiales coextruídas para refuerzo de pavimentos flexibles,

se realizó con base en ensayos de laboratorio y verificaciones en campo a escala real por los autores mencionados.

los datos recolectados fueron analizados y con base a ellos se desarrolló una metodología aplicable a geomallas de alto

módulo de tensión y caracterizadas por su capacidad de trabazón con los agregados y alta resistencia en sus nodos.

6.3 MECANISMOS DE REFUERZO GENERADOS POR LAS GEOMALLAS

a través de múltiples investigaciones (giroud y noiray, 1981; giroud et al. 1985; Berg et al, 2000), se ha encontrado

que los 3 mecanismos principales de refuerzo que proporciona una geomalla biaxial son los siguientes:

6.3.1 Confinamiento lateral de la base o subbase

el confinamiento lateral de los materiales granulares (Base o subbase) se logra a través de la fricción y trabazón de la

geomalla con el agregado. esto se presenta debido a que los módulos de los materiales granulares dependen del estado

de esfuerzos, al aumentar el confinamiento lateral, aumenta el módulo de la capa granular sobre la geomalla.

Figura 6.2 confinamiento lateral generado por la geomalla en un material granular.

6.3.2 Mejoramiento de la capacidad portante

el mejoramiento de la capacidad portante se logra desplazando la superficie de falla del sistema de la subrasante

blanda hacia la capa granular de mucha más resistencia. este mecanismo tiende a tener mayor validez en vías sin

pavimentar o cuando el estado de esfuerzos sobre la subrasante es alto.

Figura 6.3 mejoramiento de la capacidad Portante al emplear una geomalla de Refuerzo.

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6.3.3 Membrana tensionada

el efecto de membrana tensionada se origina con la propiedad por la cual un material flexible elongado, al adoptar

una forma curva por efecto de la carga, el esfuerzo normal sobre su cara cóncava es mayor que el esfuerzo sobre la

cara convexa, lo cual se traduce en que bajo la aplicación de carga el esfuerzo vertical transmitido por la geomalla

hacia la subrasante es menor que el esfuerzo vertical transmitido hacia la geomalla. sin embargo, este mecanismo

solo ocurre a niveles de deformación demasiados altos como los que ocurren en vías sin pavimentar después de un

número de repeticiones de carga elevado.

de acuerdo con lo anterior, el mecanismo de mayor importancia para las estructuras viales es el confinamiento

lateral de los materiales granulares, mediante el cual se alcanzarían 4 beneficios principales:

•Restriccióndeldesplazamientolateraldelosagregadosdelabaseosubbase

la colocación de una o varias capas de la geomalla dentro o en el fondo de la capa de base permite la interacción

por cortante entre el agregado y la geomalla. a medida que la base trata de desplazarse lateralmente, la carga

por cortante es transmitida desde los agregados hacia la geomalla generando tensión en esta. la alta rigidez

de la geomalla actúa para retardar el desarrollo de la deformación por tensión en el material adyacente a esta,

situación que se generará constantemente en la zona donde se encuentra un diferencial de tipos de estructura.

una deformación lateral más pequeña de la base o subbase se traduce en menor deformación vertical de la

superficie de la vía.

•Aumentodelconfinamientoydelaresistenciadelabaseosubbaseenlavecindad del refuerzo

se espera un incremento en la rigidez de la capa granular cuando se desarrolla una adecuada interacción entre esta y

la geomalla. un aumento en el módulo de la base resultaría también en menores deformaciones verticales dinámicas

recuperables de la superficie de la vía, implicando una reducción en la fatiga del pavimento.

•Mejoramientoenladistribucióndeesfuerzossobrelasubrasante

en sistemas estratificados, un aumento en el módulo de los granulares resulta en una distribución de esfuerzos

verticales más amplia sobre la subrasante. en términos generales, el esfuerzo vertical sobre la subbase o subrasante

directamente por debajo de la geomalla debe disminuir a medida que aumenta la rigidez de la base. esto se refleja

en una deformación superficial menor y más uniforme.

•Reduccióndelesfuerzoydeformaciónporcortesobrelasubrasante

la disminución de la deformación por corte transmitida desde la base o subbase hacia la subrasante a medida que el

cortante de la base transmite las cargas tensionales hacia el refuerzo, genera un estado de esfuerzos menos severo

que lleva a una menor deformación vertical de la subrasante.

6.4 MÉTODO AASHTO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES

el método aasHto para pavimentos flexibles, se basa en la capacidad estructural de un conjunto de capas de

espesores y calidades determinadas, expresado en el número estructural, sn, el cual es un valor abstracto que

expresa la resistencia que requiere un pavimento construido sobre una subrasante con un módulo mR.

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la ecuación utilizada para el diseño, derivada de la información obtenida empíricamente por la aasHto Road test

en 1972, con algunas modificaciones luego de investigaciones adicionales, es la siguiente:

∆PSI

log10

4.2 - 1.5

Log10W18 = ZRSO + 9.36log10 (SN + 1) - 0.20 + + 2.32log10MR - 8.07

1094 (6.1)

0.40 +

(SN + 1)5.19

donde:

sn = número estructural requerido

W18 = número de aplicaciones de carga de 80 Kn (8.2 ton)

ZR = desviación estándar normal

so = error estándar combinado de la predicción de tránsito y de la predicción

de comportamiento

∆Psi = diferencia entre el índice de servicio inicial (pi) y el final (pf)

mR = módulo Resiliente (psi)

el número estructural requerido se convierte en los espesores reales de concreto asfáltico, base y subbase multiplicado

cada uno, por los coeficientes de capa respectivos representando el esfuerzo relativo de los materiales de construcción

y la capacidad de drenaje. la ecuación de diseño usada es la siguiente:

sn = a1d1 + a2d2m2 + a3d3m3 (6.2)

donde:

ai = coeficiente correspondiente a la capa i (1/Pulg)

di = espesor correspondiente a la capa i (Pulg)

mi = coeficiente de drenaje de la capa i

los subíndices 1, 2 y 3 se refieren a la capa de concreto asfáltico, base y subbase (si esta aplica), respectivamente. los

coeficientes de capa son basados en el módulo de elasticidad del suelo mR y son determinados con base en cálculos

de esfuerzos y deformaciones en un sistema de pavimento multicapa.

Figura 6.4 sección de la estructura con sus respectivos coeficientes de capa.

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6.4.1 Coeficiente de la capa ai

la contribución estructural de un material de relleno para la resistencia de un pavimento, esta representado por el

adecuado coeficiente de capa, el cual mide el esfuerzo relativo del material en construcción.

de acuerdo con la ecuación (6.2) el diseñador necesita seleccionar valores significativos para los coeficientes de las

capas a1, a2 y a3 de asfalto, base y sub-base en la sección de pavimento a diseñarse.

en la tabla 6.1 se dan los valores típicos de la contribución estructural de los materiales de relleno. las regulaciones

locales o prácticas estándar pueden sugerir factores superiores para los materiales a utilizarse.

Tabla 6.1 Rango de valores recomendados (1/pul) para los coeficientes a1, a2, a3, para diferentes materiales

6.4.2 Coeficiente de drenaje mi

el método aasHto asume que la resistencia de la subrasante y la base se mantendrán en forma constante sobre

el diseño de la vida útil del pavimento. Para que esta suposición sea correcta, la estructura del pavimento debe

tener un sistema de drenaje adecuado. el nivel de drenaje para un pavimento flexible es cuantificado por medio del

uso de los coeficientes modificados de cada capa que conforma la estructura del pavimento. Por ejemplo un alto

coeficiente de drenaje en una capa, se usaría para mejorar las condiciones de drenaje. el factor para modificar el

coeficiente de drenaje es referido como mi y es integrado al número estructural (SN) como se muestra en la ecuación

(6.2). el posible efecto de drenaje en la superficie de la capa del concreto asfáltico no es considerado.

Tabla 6.2 Condiciones de drenaje

la tabla 6.3 presenta los valores recomendados para mi en función de la calidad de drenaje y del porcentaje del

tiempo en el año en el cual la estructura de pavimento estará expuesta a un nivel de humedad.

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Tabla 6.3 Valores de coeficiente de drenaje mi recomendados

6.5 ENSAYO A ESCALA REAL DE UNA ESTRUCTURA REFORZADA CON GEOMALLA BIAXIAL COEXTRUÍDA

las conclusiones y los resultados empíricos fueron obtenidos durante el análisis de una estructura de pavimento con

secciones reforzadas y no reforzadas, utilizadas para realizar el ensayo de pavimento a escala real.

las variables que se estudiaron fueron las siguientes: Resistencia de la subrasante (cBR), espesor de las capas

granulares, Resistencia a la tensión de la geomalla de Refuerzo, número de ejes equivalentes (esal).

Para verificar la capacidad de refuerzo de la geomalla en la base, se construyó una vía con una sección de 210 m

aplicando procesos de laboratorio para poder obtener datos confiables y reproducibles para mediciones “in situ” y

para realizar la comparación entre secciones reforzadas y no reforzadas.

la vía es similar a un semi-óvalo que tiene secciones rectilíneas de 36 y 20 m de longitud y curvas con un radio de

17 m como se muestra en la Figura 6.5.

Figura 6.5 vista de planta de la sección típica de la vía utilizada en el ensayo para analizar el comportamiento de las geomallas.

el borde extremo de las curvas fueron realzadas ligeramente dando un efecto de “parábola” para facilitar el paso

de los vehículos en las curvas evitando la desaceleración.

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Para analizar varias condiciones, se tomaron diferentes valores de cBR en la subrasante (1%, 3% y 8%).

las dimensiones de las capas de refuerzo fueron de 2.2 m por 4.6 m para dejar 0.20 m de traslapo a lo largo de

la vía en el eje central y 0.30 m de traslapo a lo ancho de la sección de la vía entre capas de refuerzo adyacentes.

más de 56 secciones diferentes fueron instaladas con y sin refuerzo, teniendo diferentes valores de resistencia

en la subrasante, y espesores de base. Para la sección típica de la vía se excavó una zanja donde se coloco una

subrasante de espesor 0.7 m y cBR de 1%,3% y 8%. Posteriormente, se colocó la geomalla y por último se rellenó

con espesores entre 0.3 m y 0.5 m con grava seleccionada y debidamente compactada. Para la capa de concreto

asfáltico se mantuvo un espesor constante de 7.5 mm a los largo de toda la sección de la vía.

más de 160 ejes equivalentes fueron aplicados por un vehículo que transitaba en un sólo sentido. el vehículo seguía

un camino definido por las líneas centrales demarcadas en la carpeta asfáltica, de esta forma se garantizaba que las

llantas circularan siempre por el mismo lugar.

el vehículo utilizado en el ensayo, fue un camión estándar con eje tandem en la parte trasera y un eje sencillo en la

parte delantera. los ejes fueron cargados con 90 Kn y 45 Kn respectivamente. el camión mantenía una velocidad

constante de 20Km/h a lo largo de su trayecto, de esta forma cada vuelta era completada cada 60 segundos

aproximadamente.

Figura 6.6 vista en corte de la sección típica de la vía del ensayo.

las conclusiones obtenidas en el ensayo de las secciones reforzadas y no reforzadas, fueron realizadas a través de

gráficos (en función de la resistencia del suelo de la subrasante, número de ciclos y coeficiente de las capas) estos

gráficos permiten a los ingenieros diseñar correctamente, estructuras de pavimento flexible utilizando refuerzo con

geomallas coextruídas.

los datos empíricos conseguidos se pueden aplicar exclusivamente a los tipos de geomalla tenaX aquí especificados:

• GeomallasTenaxLBOSAMP(geomallasrígidasconvaloresdeesfuerzoymóduloderesistenciaaltas,caracterizadas

por una excelente capacidad de efecto “interlock”)

los tipos de geomalla considerados han sido divididos en dos clases basándose en los valores de su resistencia a la

tensión:

• TipoA,conunvalorderesistenciaalatensiónde20KN/m

• TipoB,conunvalorderesistenciaalatensiónde30KN/m

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en la siguiente tabla se listan las diferentes clases de geomalla tenaX de acuerdo a los tipos a y B,

Tabla 6.4 Tipos de geomallas TENAX considerados para el refuerzo de vías en pavimentos flexibles

en la Figura 6.7 se especifican las curvas de iso-deformaciones las cuales muestran el incremento en la vida útil de

servicio de la vía con una estructura reforzada. Por medio de esta gráfica se evalúa el aumento de la vida útil de

diseño (en términos del incremento del número de pasadas) al instalarse una geomalla tenaX como refuerzo en la

sección de la vía.

Figura 6.7 cBR vs. número de ciclos en secciones no reforzadas y reforzadas con geomallas.

en la Figura 6.8 se listan las curvas de traffic improvement Ratio (mejoramiento del índice de tráfico) provenientes de

las geomallas tenaX determinadas anteriormente en la Figura 6.7 el tiF (traffic improvement Ratio) es la proporción

de número de ciclos de carga, en secciones reforzadas y no reforzadas aplicados en el fondo de la vía. el tiF para

periodos de servicio largos, aumenta de forma considerable los valores de cBR y números estructurales bajos.

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Figura 6.8 incremento del factor de tráfico vs. cBR para dos profundidades de ahuellamiento.

la siguiente sección contiene la metodología de diseño paso a paso para la estimación del número estructural

requerido y el diseño de la estructura usando las ecuaciones del método aasHto para pavimentos flexibles, y

la introducción del layer coefficient Ratio -lcR-(Relación del coeficiente de capa), de la geomalla biaxial, el cual

cuantifica la contribución estructural de la geomalla a la estructura de pavimento.

6.6 MÉTODO AASHTO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES REFORZADOS CON GEOMALLAS COEXTRUÍDAS TENAX

la contribución estructural de una geomalla tenaX en un sistema de pavimento flexible puede cuantificarse con el

incremento al esfuerzo del coeficiente de la capa de la base de la vía. Por lo anterior, la ecuación (6.2) se convierte

ahora en:

sn = a1d1 + a2 lcR d2m2 + a3d3m3 (6.3)

donde lcR tiene un valor superior a uno. este valor es determinado basándose en los resultados de laboratorio y

en pruebas de campo en sistemas de pavimentos flexibles con y sin utilización de las geomallas, como se describe

en la ecuación (6.4).

el snr (número estructural de la sección reforzada) y snu (número estructural de la sección no reforzada) fueron

evaluados bajo condiciones de pavimento iguales, por ejemplo igual profundidad de la base, igual valor de cBR en

subrasante, igual profundidad de ahuellamiento (Rut), pero utilizando diferentes períodos de vida de servicio como

se muestra en la Figura 6.7.

snr - snu lcR = + 1 (6.4)

a2d2

Basándose en la ecuación se puede calcular el valor de lcR el cual se obtuvo de los ensayos realizados a la sección

típica de la vía. en la Figura 6.9 se presenta el lcR basado en los ensayos de pavimentos empíricos para la estructura

sin refuerzo y reforzada con geomallas de 20 Kn/m y 30 Kn/m de resistencia a la tensión.

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el valor de lcR oscila entre 1.3 a 1.7 dependiendo básicamente del valor de cBR de la subrasante y los esals para

una profundidad de ahuellamiento de la carpeta asfáltica (Rut) de 12,5 mm.

como se indica en la Figura 6.9 la contribución estructural de la geomalla de refuerzo es casi constante cuando el

valor de cBR de la subrasante es superior a 3% mientras que para valores de cBR entre 1% y 3% la contribución

estructural de la geomalla es significativamente más alta.

la reducción en espesor de la base puede ser evaluada con el uso de una geomalla mediante la ecuación (6.5),

asumiendo que no existe una capa de sub-base.

d2 = snr – a1d1m2 (6.5)

lcR a2m2

se puede reducir el espesor de la capa de asfalto mediante la ecuación,

d1 = snr – lcR a2d2 m2 (6.6)

a1

usando el gráfico de diseño de la Figura 6.9 es posible calcular el espesor de d2 de la base en una vía reforzada en

pavimentos flexibles. de acuerdo a los valores (d1, a1, d2, a2, m2) de una sección no reforzada es posible determinar

el sn (número estructural) para una sección reforzada considerando que el cBR de la subrasante es proporcional al

valor de lcR dado la gráfica de diseño. Posteriormente utilizando la ecuación (6.5) puede determinarse el espesor

d2 (ahorro relativo en costos) para un refuerzo de vía en pavimentos flexibles.

Figura 6.9 lcR vs. cBR de la subrasante.

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Para la construcción de la vía acacias – Puerto lleras entre el tramo K2 + 350 y K3 + 600, los ingenieros consultores del

proyecto elaboraron el siguiente diseño de la estructura de pavimento, con base a los datos recolectados en el lugar.

la estructura recomendada para la construcción de la vía en el tramo mencionado es la siguiente.

debido a que existe alta demanda de los materiales de construcción en la zona del proyecto, a la fecha pactada para

la ejecución del proyecto, no hay disponibilidad de la cantidad de material requerido para la construcción de la vía,

por lo que se requiere de alguna solución técnica y económicamente viable con la cual se disminuya la cantidad de

material procedente de canteras con el fin de reducir el espesor total de la estructura, sin alterar el desempeño y

calidad de la vía.

como solución se plantea la posibilidad de emplear geomalla biaxial coextruída para obtener estas disminuciones.

1. Cálculo del número estructural según metodología AASHTO de la estructura inicial entregada por los diseñadores del proyecto.

utilizando la ecuación (6.2) y con los valores dados en el enunciado, se obtiene el número estructural de la estructura

original o sin refuerzo. los espesores de cada capa deben manejarse en pulgadas.

sn = a1d1 + a2d2m2 + a3d3m3

sn = 0.40 x 2.76 + 0.16 x 7.87 x 1.00 + 0.11 x 19.69 x 1.00

sn = 4.53

2. Cálculo de la estructura sustituyendo la base granular.

una vez calculado el número estructural inicial, se realiza una sustitución de la base granular por subbase granular,

determinando espesores equivalentes obteniendo el mismo valor numérico del número estructural inicial. este nuevo

espesor se denomina d3’.

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sn = 4.53

sn = a1d1 + a3d3’m3

4.53 = 0.40 x 2.76 + 0.11 x d3’ x 1.00

d3’ = 4.53 – 0.40 x 2.76

0.11 x 1.00

d3’ = 31.15 pulg

d3’ = 79.11 cm ≈ 80.00 cm

3. Cálculo del nuevo espesor de la capa de subbase con refuerzo.

empleando una geomalla lBo 202 de 20 Kn/m (tipo a), para una subrasante con cBR = 2%, se obtiene de la Figura

6.9 un valor de lcR o coeficiente de aporte de la geomalla a la capa granular de la estructura de:

lcR = 1.39

Para incluir el aporte de la geomalla dentro de la estructura de pavimento y obtener una disminución de espesor, se

bebe mantener constante a través de los cálculos realizados el valor inicial del número estructural.

snr = sn

snr = 4.53

a continuación se realiza el cálculo del nuevo espesor de la capa granular con el refuerzo incluido como parte

integral de la estructura según la ecuación (6.3).

snr = a1d1 + a3 lcR d3m3

d3r = snr – a1d1

a3 lcR m3

d3r = 4.53 – 0.40 x 2.76

0.11 x 1.39 x 1.00

d3r = 22.41 pulg ≈ 57 cm

4. Cálculo del aporte estructural de la capa reforzada.

una vez hallado el nuevo espesor de la capa granular, por la utilización de la geomalla, se calcula el número

estructural de la misma.

sngR = a3 x d3r x m3 = 0.11 x 22.41 x 1.00 = 2.47

5. Cálculo de nuevos espesores de base y subbase granular.

como la estructura seguirá manteniendo la misma conformación de materiales de base y subbase, se deben calcular

los nuevos espesores de dichas capas en función del número estructural de la capa de subbase obtenido en el paso

anterior y con sus coeficientes de capa respectivos.

sngR = a2 x d2r x m2 + a3 x d3r x m3

2.47 = 0.16 x d2r x 1.00 + 0.11 x d3r x 1.00

debido a que se tienen dos incógnitas y una sola ecuación, se debe realizar un proceso de iteración para obtener

unos espesores de capa razonables para la estructura. Para el espesor de la base granular no se recomienda que

este valor se encuentre por debajo de los 15 cm o 6 pulgadas. Para la solución del problema, se deja constante el

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espesor de la base granular, que para este caso se emplea el espesor mínimo recomendado de 15 cm y se despeja

de la ecuación el espesor de la subbase granular.

sngR = a2 x d2r x m2 + a3 x d3r x m3

d2r = 6 pulg = 15.00 cm

d3r = 13.73 pulg ≈ 35.00 cm

6. Verificación del aporte estructural con los nuevos espesores de capa de material granular e inclusión de geomalla.

Para que la estructura sea constructivamente viable, los espesores calculados por lo general son modificados para

facilitar su proceso constructivo. es por eso que se debe verificar que la variación de estos no altere el desempeño

de la estructura, por lo que el número estructural de las capas granulares con respecto al paso 4, debe ser en lo

posible iguales.

0.16 x 5.90 x 1.00 + 0.11 x 13.78 = 2.46 y 2.47 o.K

7. Análisis de la disminución de espesor debido a la inclusión de la geomalla biaxial.

espesor de la estructura reducido

Base granular: 5 cm

subbase granular: 15 cm

espesor total reducido de la estructura: 20 cm

según el ejemplo anterior, las geomallas coextruídas funcionan como material de refuerzo, en este caso su aporte a

la estructura generó una reducción en los espesores de material granular.

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el ingeniero diseñador debe tener en cuenta todas las posibilidades de diseño que se puedan generar con la inclusión

del refuerzo y escoger la más viable tanto económica como constructivamente posible, en el caso mostrado se

redujeron los espesores de material granular. Para cualquiera de los casos de estudio, se deben realizar los cálculos

teniendo en cuenta la experiencia del ingeniero, sin dejar a un lado el estudio y conocimiento de los materiales que

se emplearan para la construcción de la estructura.

BIBLIOGRAFÍA

• TENAX,TDS006:DesignOfFlexibleRoadPavementsWithTenaxGeogrids

7PavimentaciÓn Y RePavimentaciÓn

con geosintét icos

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uno de los campos de aplicación que ha tenido un mayor grado de desarrollo en la ingeniería vial, es la utilización

de los geosintéticos en obras tales como construcción y la rehabilitación de pavimentos. del correcto entendimiento

sobre las propiedades de este tipo de materiales, de su aplicación, instalación, funciones a desempeñar, beneficios e

incluso las mismas limitaciones que poseen, en buena parte dependerá el éxito que estos puedan tener, brindando

de esta forma ahorros sustanciales en el mantenimiento de las obras viales que se ejecuten en nuestro país.

7.1 ANTECEDENTES

la prolongación de la vida útil de las vías ha sido una permanente preocupación por parte de las entidades públicas

a nivel nacional e internacional, que se encargan de la ejecución y del posterior cuidado de estas. los ensayos

realizados sobre nuevos materiales que racionalicen de alguna manera los costos de mantenimiento que la estructura

de pavimento requiere, han traído nuevos horizontes. con la aparición de los geosintéticos, los investigadores han

hecho un aporte significativo a la ingeniería, aclarando el desempeño de estos en aplicaciones específicas, como lo

es en este caso, la rehabilitación de pavimentos.

a finales de la década de los sesenta, en el departamento de transporte de california, caltrans, se comienza a

experimentar con los geotextiles, teniendo en cuenta que la principal función con la que estos deberían cumplir, era

la de evitar la reflexión o calcado de grietas reemplazando a sistemas tradicionales tales como las bases de gradación

abierta. después de casi dos décadas de ensayos en campo, laboratorio y de estudios se logró cuantificar el beneficio

de los geotextiles en los proyectos de repavimentación, estos se han venido utilizando casi rutinariamente a lo largo

y ancho de la unión americana y de europa.

el último avance mundial en tecnología de pavimentos, para el refuerzo de carpetas asfálticas, buscando minimizar

los costos de mantenimiento, es el uso de geomallas de fibra de vidrio, cuya finalidad es la de reforzar las capas

bituminosas, lo cual incrementa la resistencia a la fatiga y retarda la aparición y reflejo de las fisuras existentes en

dichos materiales bituminosos.

en resumen, el uso de geosintéticos entre las capas asfálticas (geomallas de fibra de vidrio, geotextiles de

repavimentación), son usados dependiendo de la función del geosintético, como una barrera impermeable, como

una provisión de refuerzo a la tensión y al mismo tiempo para reducir los efectos de la reflexión de fisuras.

en latinoamérica, desde hace varios años, la utilización de los geosintéticos (geomallas de fibra de vidrio, geotextiles

de repavimentación) en repavimentación se ha convertido en otra de las alternativas a los sistemas habituales

constructivos utilizados en este tipo de obras, los cuales por lo general no contemplan más que la utilización de

un ligante asfáltico, colocado sobre la superficie de la carpeta asfáltica antigua de una manera poco ortodoxa.

además de la colocación de la nueva capa de rodadura, que en algunos casos no contempla tan siquiera el uso de

modificadores elastoméricos para mejorar sus propiedades.

7.2 FUNCIONES DEL GEOTEXTIL

si se entiende por refuerzo como la redistribución de fuerza, debido a la inclusión de un material rígido de alta

resistencia a la tensión cuyo módulo elástico sea mayor que el del material que irá a reforzar, al incluir un geotextil

dentro de una estructura de pavimento, este no cumplirá con la definición de refuerzo, entonces se preferirá la

utilización de otro término para definir su comportamiento en este tipo de estructuras, este es el de intercapa.

estas intercapas son usadas para prevenir o reducir el calcado de grietas, la aparición de grietas del tipo de piel de

cocodrilo y los fenómenos de ahuellamiento y corrugamiento. las dos funciones básicas que cumple el geotextil

impregnado con asfalto para poder suministrar sus beneficios, son las de:

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7.2.1 Barrera Impermeabilizadora

a pesar que el concreto asfáltico ha sido sometido a un proceso de compactación y que su relación de vacíos es

muy baja, hay que considerársele como un elemento permeable, a través del cual se infiltrará un gran porcentaje

del agua superficial que podrá llegar a las capas granulares y a la subrasante, ablandando estos suelos afectando

los parámetros de resistencia y deformabilidad. otro efecto igualmente adverso es el incremento de presiones de

poros que reduce los esfuerzos efectivos del suelo, además se presentará el efecto “prensa”, que hace disminuir la

disipación de los esfuerzos producidos por cargas de tráfico a través de las capas granulares, siendo estos transmitidos

directamente por el agua que se encuentra entre las partículas de suelo a la subrasante. con el fin de evitar las

situaciones anteriores, es necesario la colocación de una barrera impermeabilizadora que detenga el proceso de

infiltración, prolongando la vida útil del pavimento, disminuyendo los costos de mantenimiento y posponiendo un

nuevo proceso de repavimentación.

tal barrera deberá estar conformada por un geotextil no tejido especial para aplicaciones de pavimentación y

repavimentación, que servirá como medio para albergar una cantidad determinada de asfalto residual hasta lograr

su saturación, además de una cantidad adicional para permitir la adhesión del geotextil a la superficie antigua (capa

asfáltica inferior) y a la nueva capa de rodadura.

la cantidad de cemento asfáltico a utilizar es uno de los puntos donde se debe tener un mayor cuidado. una de las

normas constructivas internacionales para repavimentación, (task Force 25, compuesta por la aasHto, la agc y

la aRtBa) que ha tenido la mayor aceptación por parte de los ingenieros viales en todo el mundo, exige que como

mínimo la cantidad de cemento asfáltico para saturar el geotextil debe ser de 0.9 l/m2 , esta es una de las razones

por las cuales el geotextil a usarse debe ser un no tejido punzonado por agujas, gracias a su espesor y porosidad que

le permiten alojar tal cantidad de asfalto.

se deben considerar otros factores adicionales para determinar la cantidad adecuada del cemento asfáltico o ligante

a usarse, que contemplan el estado de porosidad del concreto asfáltico antiguo.

una cantidad insuficiente de ligante podría causar que el geotextil no se sature totalmente, perdiéndose el efecto

de impermeabilidad o puede que la adhesión entre el geotextil y las capas de concreto asfáltico no sea suficiente,

originando tiempo después una superficie potencial de falla por deslizamiento. una cantidad excesiva de ligante

originará un posible problema de exudación de asfalto.

7.2.2 Membrana Amortiguadora de Esfuerzos

cuando una capa de repavimentación es colocada sobre la superficie antigua, los esfuerzos incluidos por agrietamiento

en la capa de concreto asfáltico antigua, pueden ser transmitidos hacia la nueva capa de repavimentación, originando

un agrietamiento por reflexión temprana.

esto resulta del contacto entre agregados del pavimento antiguo y la capa nueva de repavimentación.

al instalar un geotextil para repavimentación entre las capas de concreto asfáltico nuevas y viejas ayuda a retardar

el agrietamiento por reflexión, suministrando una capa flexible de espesor suficiente que absorbe parte de los

esfuerzos entre la capa de pavimento antiguo y la capa de pavimento nuevo, permitiendo movimientos leves dentro

de la intercapa del geotextil, sin tensionar la capa de repavimentación en concreto asfáltico.

de esta forma se prolonga la vida de servicio de las capas repavimentadas. los geotextiles no tejidos impregnados

con asfalto tienen un módulo de elasticidad bajo y absorben las deformaciones sin transferirlas.

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el geotextil para repavimentación alivia parcialmente la transferencia de esfuerzos inducidos por el tráfico en la

cercanía de las grietas, actuando como una capa aliviadora de esfuerzos. la capa de base se protege de los esfuerzos

cortantes generados por las cargas generadas por el tráfico y de aquí que sean toleradas deflexiones mayores. de

estudios realizados se ha concluido que las 2/3 partes del alivio de esfuerzos se debe al cemento asfáltico que satura

el geotextil y el resto es por el geotextil que funciona como contenedor.

en el caso de que una estructura de pavimento en concreto tenga un espesor mayor, mayores serán los esfuerzos

de tensión en la base cuando se deflecte debido a las cargas de tráfico. la mayoría de los agrietamientos en los

pavimentos comienza en la base del pavimento debido a los esfuerzos de tensión, continuando hasta la superficie.

al colocar una capa de repavimentación sin una intercapa de geotextil se está incrementando el espesor total

de la estructura del pavimento, aumentándose los esfuerzos a tensión en la base del pavimento promoviendo el

agrietamiento.

mediante la colocación de una intercapa que absorba los esfuerzos inducidos por las cargas cíclicas de tráfico,

las capas de concreto asfáltico experimentarán menos esfuerzos desarrolladores de grietas internas que aquellas

secciones que no tengan intercapas. la resistencia a la fatiga de una capa de repavimentación dependerá de las

características de la membrana amortiguadora de esfuerzos incluyendo su módulo de elasticidad, espesor y de la

cantidad de modificadores del asfalto.

7.3 FUNCIONES DE LA GEOMALLA DE FIBRA DE VIDRIO

su principal función consiste en aumentar la resistencia a la tracción de la capa asfáltica y de garantizar bajo una

carga vertical, la distribución uniforme de los esfuerzos horizontales en una mayor superficie, lo cual se traduce a

una vía sin grietas por varios años.

las geomallas de fibra de vidrio, son geomallas flexibles que se utilizan entre capas de concreto asfáltico con el fin de

controlar agrietamientos por reflexión, agrietamientos por fatiga y deformaciones plásticas, en los revestimientos de

concreto asfáltico que se emplean en vías de alto y bajo tráfico, autopistas, aeropuertos, plataformas y parqueaderos

entre otros.

los refuerzos de carpetas asfálticas con geomallas de fibra de vidrio son ideales para los pavimentos asfálticos nuevos

y rehabilitaciones, ya que debido a las propiedades mecánicas de estas geomallas, como su alta resistencia a la

tensión, alto módulo de elasticidad y baja elongación, son ideales para controlar la reflexión de fisuras en pavimentos

asfálticos y pistas de aeropuertos, disminuyendo los costos de mantenimiento a largo plazo e incrementando la vida

útil de estos.

las principales ventajas y beneficios de las geomallas de fibra de vidrio son:

• Reduciralmínimoelagrietamientoreflexivoporesfuerzosdetensiónycambiosdetemperaturaenlascarpetas

asfálticas.

• Reducirlasdeflexionesdelospavimentossujetosagrandestemperaturasambienteeintensasrepeticiones

de carga.

• Aumentarlaresistenciaalafatigadelascapasbituminosas.

• Proporcionabeneficiosdecostoaumentandoelciclodevidadelpavimento.

• Suestabilidaddimensionalpermitequelassolicitacionestérmicasnoladeformen.

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• Debidoalrecubrimientobituminoso,suadherenciaconlasmezclasasfálticasesóptima.

• Suespesorhomogéneopermiteunapoyocontinuosobrelaemulsiónyporendeunamayoradherenciaentrela

nueva capa y el pavimento existente.

• Sugranresistenciaalafatigapermitemantenersuspropiedadesmecánicasoriginalesbajolaaccióndecargas

cíclicas.

• Su escasa fluencia permite que sus deformaciones bajo cargas constantes y su resistencia se mantengan

invariables en el tiempo.

• Reduceelmantenimientoperiódicotípicodelospavimentosflexibles.

7.4 TIPO Y NIVEL DE SEVERIDAD DE LAS FALLAS DEL PAVIMENTO

las fallas en los pavimentos contemplan los tipos que se enunciarán a continuación:

7.4.1 Fallas Superficiales

• Agrietamiento en bloques, longitudinal y/o transversal. Las causas principales de estas son la contracción,

endurecimiento por envejecimiento y condiciones ambientales donde las temperaturas son bajas.

• “Deshilachamiento”debidoaunacantidadpobredeasfalto,envejecimientoy/oalaacciónabrasivadelaguay

las llantas de los vehículos.

• Arrugamientodebidosalexcesodeasfalto,deaguay/opresenciadeagregadosmuyblandosenlamezcladel

concreto asfáltico.

7.4.2 Fallas por Adhesión

• Agrietamientoporcorrimientooriginadosprincipalmenteporunacantidad insuficientedecementoasfáltico

como ligante, superficie del pavimento demasiado delgada, cargas horizontales originadas por el tráfico.

7.4.3 Fallas Estructurales

• Agrietamientos transversales por fatiga debidos a deflexiones excesivas en el pavimento y/o a un diseño

inadecuado de la sección.

• Ahuellamientodebidosauncontenidodehumedadexcesivoy/oaundiseñoinadecuadodelasección.

• Deformacionesseveraslongitudinalesdebidasaunafaltadesoporteenlasbermasalasecciónestructuraldel

pavimento.

en el caso que se presente alguna de estas fallas estructurales, previamente al proceso de recuperación de la vía,

deberán ejecutarse las medidas correctivas para subsanar todos los problemas que en el futuro éstas pudiesen

generar. sería ideal para la rehabilitación de este tipo de fallas tener en cuenta la utilización tanto de la geomalla de

fibra de vidrio para refuerzo como del geotextil saturado de asfalto para generar una barrera impermeabilizadora.

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7.5 EFECTOS DEL AGRIETAMIENTO

durante la vida de servicio de una estructura de pavimento, la superficie de ésta podrá sufrir defectos por las

siguientes causas:

• Agrietamiento debido al envejecimiento de la capa de rodadura, movimientos por gradientes térmicos,

movimientos relativos entre placas y por contracción. inicialmente con la variación de temperaturas se presenta

la propagación inicial de las grietas y posteriormente éste efecto se aumenta debido a la acción de las cargas

generadas por el tráfico.

• Ahuellamientodebidoaunafaltadecapacidadpararesistirdeformaciones.

• Agrietamientoporfatigadebidoaefectosambientalesoaunafaltadecapacidadportantedelaestructura.

el agrietamiento reduce la resistencia estructural del pavimento y lleva a un rápido deterioro de la construcción. Para

que este ocurra, primero debe haber sufrido un proceso de iniciación. las grietas crecerán como resultado de las

cargas de tráfico, temperatura, deformaciones y calcado de grietas. a través de las grietas el agua penetrará a las

capas granulares y a la subrasante, reduciendo su capacidad portante, por esto debe prevenirse la infiltración, dando

como posibles soluciones el sellamiento de las grietas o en casos más extremos la repavimentación. Para el último

caso se utilizan geotextiles no tejidos impregnados con asfalto y/o geomallas de fibra de vidrio.

Agrietamiento por fatiga

una grieta o fisura puede iniciarse y crecer como resultado de la repetición de cargas de tráfico. cuando una rueda

pasa, la abertura se flexa, suministrando esfuerzos de tensión en los extremos de la grieta haciéndola crecer.

Agrietamiento por reflexión

si la capa de repavimentación se aplica sobre grietas, los movimientos horizontales en las grietas existentes también

causarán deformaciones horizontales en la capa de repavimentación, llevando a la continuación del crecimiento de la

grieta existente en la capa de repavimentación, que se conoce como flexión o calcado de grietas. este agrietamiento

ocurre debido a la diferencia de esfuerzos cortantes en ambos costados de la grieta. Pasa cuando una rueda pisa la

grieta, cargando primero un borde de la grieta y posteriormente el otro.

Para evitar o retardar el agrietamiento por reflexión y el control de la infiltración a través del pavimento, existen los

siguientes sistemas que pueden ser utilizados de manera individual o conjunta:

• Geomallasdefibradevidriopara refuerzo:combinacióndegeomallayasfalto,encasosdondesepresente

fisuras de alta severidad.

• Geotextilespararepavimentación:combinacióndegeotextilyasfalto,encasosdondelasgrietasnoseanpor

fallas estructurales.

• Membranasdeintercapaabsorbedorasdeesfuerzos(SAMI):capasdeciertoespesorconasfaltomodificado.

• Sellosdearena-asfaltoysellosdeasfaltosmodificados:enprocesosdeagrietamientoincipiente.

Para escoger entre las opciones mencionadas anteriormente, es necesario llegar a una aproximación de ingeniería

para cada problema especifico, la cual debe incluir los siguientes ítems:

• Identificacióndelproblema.

• Evaluacióndelosfactoresymecanismosinvolucrados.

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• Análisisdelasposiblessolucionesysusrespectivaslimitaciones.

• Posibilidadesentérminosdelaefectividaddecadasoluciónversusloscostosqueacarrea.

• Análisisdelproyectoylasconsideracionesconstructivas.

Pero aparte de esto, se debe mantener en la mente que el momento propio para comenzar con las construcciones

de un sistema que retarda la aparición de grietas, es indudablemente durante las primeras etapas de aparición de

estas, cuando apenas se vislumbran grietas de líneas delgadas en el pavimento. en este punto, apenas poca agua se

ha infiltrado a través de la estructura como para ablandar y debilitar el suelo de la subrasante.

7.6 ASFALTOS

7.6.1 Cemento Asfáltico

el asfalto es un material altamente impermeable, adherente y cohesivo, capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos

y fluir bajo la acción de cargas permanentes. como aplicación de estas propiedades el asfalto puede cumplir, en la

construcción de pavimentos, las siguientes funciones:

• Contribuiraimpermeabilizarlaestructuradelpavimento,haciéndolopocosensiblealahumedadyeficazcontra

la penetración del agua proveniente de la precipitación.

• Proporcionaunaíntimauniónycohesiónentreagregados,capazderesistirlaacciónmecánicadedisgregación

producida por las cargas de los vehículos. igualmente mejora la capacidad portante de la estructura, permitiendo

disminuir su espesor.

el asfalto es un sólido o liquido viscoso, compuesto por una mezcla compleja de hidrocarburos, no volátiles, solubles

en tricloroetileno, y que ablandan al aumentar la temperatura.

el cemento asfáltico es un asfalto refinado o una combinación de asfalto refinado y aceite fluidificante de consistencia

apropiada para trabajos de pavimentación. estos asfaltos refinados son muy duros y se les da la consistencia,

mezclándolos con aceites o residuos provenientes de la destilación del petróleo de base asfáltica.

los cementos asfálticos se dividen en grados según su dureza o consistencia, que es medida mediante el ensaye de

penetración medido en 1/10 mm, valor que es inverso a la dureza.

de acuerdo a esto, los cementos asfálticos más comúnmente usados son los siguientes:

ca 40 - 50 : Para sellado de juntas de pavimento de hormigón

ca 60 - 70 : en concreto asfáltico

ca 85 - 100 : en concreto asfáltico

ca 120 - 150 : tratamientos superficiales

las dos cifras indican los límites máximos y mínimos de la penetración.

Propiedades o características deseables del cemento asfáltico

Para los estudios técnicos y la construcción hay tres propiedades o características del asfalto importantes:

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Consistencia: término usado para describir el grado de fluidez o plasticidad del asfalto a cualquier temperatura

dada, la clasificación de los cementos asfálticos se realiza con base al valor de la consistencia a una temperatura

de referencia. Para especificar y medir la consistencia de un asfalto para pavimento, se usan ensayos de viscosidad,

ensayos de penetración y/o punto de ablandamiento.

Pureza: el cemento asfáltico se compone, casi totalmente de betunes (solubles en bisulfuro de carbono). los asfaltos

refinados son, generalmente, más de 99.5% solubles en bisulfuro de carbono y por lo tanto casi betunes puros. las

impurezas, si las hay, son inertes.

Seguridad: el cemento asfáltico, si se lo somete a temperaturas suficientemente elevadas, despide vapores que

arden en presencia de una chispa o llama. la temperatura a la que esto ocurre es más elevada que la temperatura

normalmente usada en las operaciones de pavimentación. sin embargo, para tener la certeza de que existe un

adecuado margen de seguridad, se debe conocer el punto de inflamación del asfalto.

7.6.2 Emulsiones Asfálticas

son parte de los asfaltos líquidos. es un sistema heterogéneo de dos fases normalmente inmiscibles, como son el

asfalto y el agua, al que se le incorpora una pequeña cantidad de un agente activador de superficie, tensoactivo

o emulsificante, de base jabonosa o solución alcalina, el cual mantiene en dispersión el sistema, siendo la fase

continua el agua y la discontinua los glóbulos del asfalto, en tamaño, entre uno a diez micrones.

cuando la emulsión se pone en contacto con el agregado se produce un desequilibrio que la rompe, llevando a las

partículas del asfalto a unirse a la superficie del agregado. el agua fluye o se evapora, separándose de las partículas

pétreas recubiertas por el asfalto. existen emulsificantes que permiten que esta rotura sea instantánea y otros que

retardan éste fenómeno. de acuerdo con la velocidad de rotura, las emulsiones asfálticas pueden ser:

De rompimiento rápido: la que se designa por las letras Rs (Rapid setting). estas producen una capa relativamente

dura y principalmente es usada para aplicaciones en spray sobre agregados y arenas de sello, así como penetración

sobre piedra quebrada; que por ser de alta viscosidad sirve de impermeabilizante.

De rompimiento medio: las que se designan con las letras ms (medium setting).

De rompimiento lento: designada por las letras ss (slow seting). son diseñadas para una máxima estabilidad de

mezclado. son usadas para dar un buen acabado con agregados compactos y asegurar una buena mezcla con éstos.

el tipo de emulsión a utilizar depende de varios factores, tales como las condiciones climáticas durante la construcción,

tipos de agregados disponibles, etc. las emulsiones asfálticas deben ser afines a la polaridad de los agregados con el

propósito de tener una buena adherencia. esta cualidad se la confiere el emulsificante, el cual puede darle polaridad

negativa o positiva, tomando el nombre de aniónicas, las primeras, afines a los áridos de cargas positivas y catiónica,

las segundas, afines a áridos de cargas negativas; como son las de origen cuarzoso o silíceo.

las emulsiones catiónicas se designan con las mismas letras anteriormente dichas y anteponiéndoles la letra “c”,

como por ejemplo las cRs-1 y css-1.

si el residuo asfáltico de las emulsiones medias y lentas es de penetración 40-90 se le agrega la letra “h” (css-1h,

ms-2h).

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las especificaciones que deben cumplir los asfaltos líquidos están indicados en las tablas:

Tabla 7.1 Asfaltos cortados de curado rápido AASHTO M 81

Tabla 7.2 Asfaltos cortados de curado medio AASHTO M 82

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7.6.3 Asfaltos Modificados

los materiales asfálticos modificados son el producto de la disolución o incorporación en el asfalto de un polímero,

sustancia que es estable en el tiempo y a cambios de temperatura que se añaden al material asfáltico para modificar sus

propiedades físicas y reológicas disminuir su susceptibilidad a la temperatura y a la humedad, así como a la oxidación.

el propósito de modificar el asfalto es el de incrementar su desempeño en términos de rangos de temperatura y

tolerancia al esfuerzo, mediante la modificación del balance en su comportamiento visco-elástico a través del rango

de temperaturas de aplicación y servicio.

la modificación de asfalto es una nueva técnica utilizada para el aprovechamiento efectivo de asfaltos en la

pavimentación de vías. esta técnica consiste en la adición de polímeros a los asfaltos convencionales con el fin de

mejorar sus características mecánicas, es decir, su resistencia a las deformaciones por factores climatológicos y del

tránsito (peso vehicular).

con los asfaltos modificados se pretende contar con ligantes más viscosos a temperaturas elevadas para reducir las

deformaciones permanentes (ahuellamiento), disminuir el fisuramiento por efecto térmico a bajas temperaturas y por

fatiga, aumentando su elasticidad. Finalmente se debe contar con un ligante de mejores características adhesivas.

el efecto principal de añadir polímeros a los asfaltos es el cambio en la relación viscosidad-temperatura (sobre

todo en el rango de temperaturas de servicio de las mezclas asfálticas) permitiendo mejorar de esta manera el

comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas temperaturas.

los asfaltos modificados se deben aplicar, en aquellos casos específicos en que las propiedades de los ligantes

tradicionales son insuficientes para cumplir con éxito la función para la cual fueron encomendados, es decir, en

mezclas para pavimentos que están sometidos a solicitaciones excesivas, ya sea por el tránsito o por otras causas como:

temperaturas extremas, agentes atmosféricos, tipología del firme, etc. si bien los polímeros modifican las propiedades

reológicas de los asfaltos, estos deben mostrar ventajas en servicio.

se pueden enumerar una serie de ventajas y desventajas de los asfaltos modificados con polímeros.

Ventajas:

- disminuye la susceptibilidad térmica.

- se obtienen mezclas más rígidas a altas temperaturas de servicio reduciendo el ahuellamiento.

- se obtienen mezclas más flexibles a bajas temperaturas de servicio reduciendo el fisuramiento.

- disminuye la exudación del asfalto: por la mayor viscosidad de la mezcla, su menor tendencia a fluir y su mayor

elasticidad.

- mayor elasticidad: debido a los polímeros de cadenas largas.

- mayor cohesión: el polímero refuerza la cohesión de la mezcla.

- mejora la trabajabilidad y la compactación: por la acción lubricante del polímero o de los aditivos incorporados

para el mezclado.

- mejor impermeabilización: en los sellados bituminosos, pues absorbe mejor los esfuerzos tangenciales, evitando

la propagación de las fisuras.

- mayor resistencia al envejecimiento: mantiene las propiedades del ligante, pues los sitios más activos del asfalto

son ocupados por el polímero.

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- mayor durabilidad: los ensayos de envejecimiento acelerado en laboratorio, demuestran su excelente resistencia

al cambio de sus propiedades características.

- mejora la vida útil de las mezclas: menos trabajos de conservación.

- Permiten mayor espesor de la película de asfalto sobre el agregado.

- Reduce el costo de mantenimiento.

- aumenta el módulo de la mezcla.

- Permite la reducción de hasta el 20% de los espesores por su mayor módulo.

- mayor resistencia a la flexión en la cara inferior de las capas de mezclas asfálticas.

- Permite un mejor sellado de las fisuras.

Desventajas:

- alto costo del polímero.

- dificultades del mezclado: no todos los polímeros son compatibles con el asfalto base.

- deben extremarse los cuidados en el momento de la elaboración de la mezcla.

- los agregados no deben estar húmedos ni sucios.

- la temperatura mínima de distribución es de 145ºc por su rápido endurecimiento.

Naturaleza del Polímero

los polímeros son sustancias formadas por la unión, de cientos o miles de moléculas pequeñas, llamadas

monómeros. la gran diversidad de materiales poliméricos hacen que su clasificación y sistematización sean difíciles,

pero atendiendo a su estructura y propiedades, se clasifican para uso vial como se presentan a continuación:

Figura 7.1 clasificación de los Polímeros.

Termo-Endurecibles: son polímeros formados por una reacción química de dos componentes (base y endurecedor),

dando lugar a una estructura entrecruzada, por lo que no pueden ser recuperados para volver a transformarse.

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Termoplásticos: son polímeros solubles que se reblandecen con la acción del calor y pueden llegar a fluir. son

generalmente, polímeros lineales o ligeramente ramificados.

7.7 PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN

Para que el desempeño del geosintético (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentación) a utilizar en esta

aplicación sea el correcto y su vida de servicio sea la esperada, deberá ceñirse al siguiente proceso de instalación:

7.7.1 Condiciones y Limpieza de la Superficie

Para garantizar que la adhesión del geosintético (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentación) a la

capa de rodadura vieja y a la de repavimentación sea la adecuada, deberá preverse que la superficie sobre la

cual se colocarán los rollos del geosintético esté razonablemente libre de elementos tales como mugre, agua,

vegetación y escombros que pudiesen entorpecer el contacto entre el ligante asfáltico y la carpeta vieja. los equipos

recomendables utilizados en este tipo de operaciones son compresores neumáticos con boquillas adecuadas para

limpieza o incluso se permite la utilización de escobas.

cuando se trabaja sobre fresado se debe realizar una limpieza muy minuciosa, ya que la superficie debe quedar libre

del polvillo que se genera durante el fresado, preferiblemente se debe realizar esta limpieza con aire comprimido o

con agua dejando secar muy bien la superficie, como se observa en la Figura 7.2.

Figura 7.2 limpieza de la superficie.

7.7.2 Tratamiento de Fisuras

después de terminar el proceso de limpieza, todas las fisuras deberán ser sopleteadas y selladas con un llenante

apropiado para tal fin, sin sobrepasar la cantidad por encima del nivel existente; dichas fisuras deberán recibir

un tratamiento adecuado según su grado de deterioro. en el caso de que las grietas sean originadas por fallas

estructurales, el pavimento será intervenido de la manera más adecuada dependiendo del tratamiento escogido,

según sea el caso.

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7.7.3 Ligante Asfáltico

el material que se utilizará para garantizar una adecuada adhesión del geosintético (geomalla de fibra de vidrio,

geotextil de repavimentación) a la base granular, base estabilizada, losas de concreto o a la mezcla asfáltica existente,

y a la capa superior (capa de refuerzo, o de mantenimiento), podrá ser un cemento asfáltico de penetración 60-70

mm/10, emulsión catiónica de rompimiento rápido tipo 1 o una emulsión catiónica de rompimiento rápido tipo 1

modificada con polímeros de tal forma que se satisfaga la cantidad de asfalto mínima requerida como se verá más

adelante. en el geotextil se debe garantizar la saturación del mismo para generar la membrana viscoelastoplástica,

mientras que en la geomalla solo se necesitará garantizar la adhesión al sistema.

el geosintético (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentación) se podrá colocar solo después del

correspondiente rompimiento de la emulsión en caso de que esa sea la elección a utilizar como ligante. Para esta

aplicación no se podrán utilizar los asfaltos diluidos que contienen solventes.

a continuación se relaciona un cuadro comparativo en cantidades a utilizar si se escoge cemento asfáltico y/o

emulsión asfáltica, valor que debe estar acorde con la prueba que se realice en campo. cuando se usen emulsiones

solicitar inmediatamente la especificación técnica para determinar la dosificación de la misma. Para la escogencia

definitiva de la emulsión se debe tener en cuenta las condiciones climáticas de la zona, influyentes en la aplicación

de la misma.

las cantidades a utilizar de ligante dependerán de si se utiliza geotextil de repavimentación y/o geomalla de fibra

de vidrio. Para el geotextil de repavimentación se debe garantizar que la cantidad a utilizar de ligante sea capaz de

saturar el geotextil y dejar un adicional para que esta membrana se adhiera tanto a la superficie antigua como a

la nueva rodadura, tabla 7.3. Para la geomalla de fibra de vidrio solo se requiere garantizar la cantidad de ligante

necesaria para generar una buena adherencia entre la superficie antigua y la carpeta nueva, tabla 7.4.

Tabla 7.3 Cantidad a utilizar de cemento asfáltico Vs. emulsión asfáltica para geotextil de repavimentación

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Tabla 7.4 Cantidad a utilizar de cemento asfáltico Vs. emulsión asfáltica para geomalla de fibra de vidrio

se recomienda colocar la emulsión asfáltica siempre en dos etapas, en forma homogénea y uniforme, para evitar

desplazamiento por efectos de la pendiente hacia las cunetas y/o bermas según sea el caso. en el caso del geotextil,

se recomienda instalar el 50% de la cantidad total de emulsión, se espera a que rompa esta primera parte; luego,

se instala el geotextil, y por último se aplica el 50% restante esperando un tiempo prudencial para que se evapore

el agua y salga del geotextil para proceder a colocar la nueva carpeta asfáltica encima. en el caso de la geomalla, se

recomienda instalar inicialmente 0,5 l/m2 como mínimo de remanente de asfalto, se debe esperar a que rompa esta

primera parte; luego, instalar la geomalla y posteriormente aplicar 0,2 l/m2 como mínimo de remanente de asfalto,

esperando un tiempo de rompimiento de esta última parte, instalar la nueva carpeta asfáltica.

7.7.3.1 Temperaturas de trabajo

las temperaturas del camión irrigador con cemento asfáltico no deben exceder los 150°c cuando se trabaja con

asfaltos normalizados; ésta temperatura puede ser superada cuando sé esta trabajando con asfaltos modificados.

los patrones de riego con emulsiones asfálticas son mejorados con calentamiento. es deseable un rango de

temperaturas entre 55°c y 70°c. no debe excederse una temperatura de 70°c, puesto que a partir de esta puede

romperse la emulsión.

si se trabaja con emulsiones deberá esperarse hasta que rompa y que el agua se evapore para proceder a colocar el

geosintético que se este trabajando.

la temperatura de la superficie de la carpeta asfáltica sobre la cual se instalará la geomalla de fibra de vidrio debe

estar entre 5°c y 60 °c.

7.7.3.2 Tasa de aplicación del ligante asfáltico teórica para cuando se utiliza geotextil de repavimentación

la cantidad de ligante asfáltico a utilizar depende de la porosidad relativa del pavimento viejo y del geotextil a usarse

en el proceso de repavimentación, siendo esta una de las consideraciones de mayor relevancia para garantizar el

correcto desempeño de esta membrana de intercapa viscoelastoplástica impermeable. de un trabajo presentado por

Button (1982), éste propone la siguiente ecuación para la determinación de la cantidad de ligante asfáltico:

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Qd = 0.362 + Qs + Qc (7.1)

donde:

Qd = cantidad de ligante según diseño. (l/m2).

Qs = cantidad de ligante necesario para lograr la saturación del geotextil (l/m2). este

dato es suministrado por el fabricante. es importante tener en cuenta que según

las recomendaciones de la task Force 25 de la aasHto-agc-aRtBa, este no

podrá ser inferior a los 0.9 l/m2 para lograr formar una capa absorbedora de

esfuerzos, además de la adhesión entre las capas de concreto asfáltico.

Qc = valor de corrección dependiendo de las condiciones de la superficie del concreto

asfáltico de la capa vieja. oscila entre 0.05 l/m2 para superficies niveladas hasta

0.59 para superficies porosas y oxidadas.

sin embargo en varias obras los valores obtenidos de ensayos realizados en campos son bastante menores que los

obtenidos en la fórmula de Button.

7.7.3.3 Tasa de aplicación del ligante asfáltico in situ si se emplea geotextil de repavimentación

es recomendable que antes de iniciar una repavimentación utilizando el geotextil se determine la cantidad óptima

de ligante asfáltico a usarse y de esta forma se eviten posibles problemas de exudación e incluso la generación de

una superficie de deslizamiento. una manera rápida y sencilla es mediante la imprimación de un área determinada

que se sugiere sea de 1.0 m*1.0 m, con diferentes cantidades de ligante, teniendo en cuenta que su distribución

sobre la superficie debe ser uniforme. una manera de verificar si la cantidad de ligante es la adecuada es intentando

desprender manualmente el geotextil de la superficie, si esto no se logra y al pisar el geotextil se ve como este

empieza a absorber el ligante y mediante esta presión este pasa hasta la cara superior, se puede pensar que se ha

llegado el punto óptimo para la tasa de imprimación con ligante asfáltico.

usualmente la tasa de aplicación para el ligante asfáltico es mínimo de 1.3 l/m2 (asfalto residual) incluida la cantidad

necesaria para garantizar la adhesión del conjunto geotextil-asfalto al concreto asfáltico. la cantidad dependerá de

la porosidad y oxidación relativa del pavimento existente (ver tabla 7.3).

las técnicas de imprimación requieren que los equipos a usarse coloquen el ligante a una tasa uniforme, siendo

conveniente el uso de quipos mecánicos, tales como los tanques o camiones irrigadores para este fin; teniendo

en cuenta, que ésta debe ser homogénea y que cumpla con los requerimientos mínimos para lograr una correcta

adhesión y evitar fallas por deslizamiento, corrimiento o exudación como se observa en la Figura 7.3.

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Figura 7.3 imprimación con asfalto.

otro factor importante en el control de temperatura, pues se ha visto en varios casos una degradación del ligante

que llega a cristalizarse, perdiéndose así al saturar al geotextil, su función de membrana viscoelastoplástica y no

logrando un beneficio total.

7.7.3.4 Tasa de aplicación del ligante asfáltico in situ si se emplea geomalla de fibra de vidrio

el riego de liga se debe aplicar de manera uniforme sobre toda la superficie asfáltica en dos partes. la primera antes

de instalar la geomalla de fibra de vidrio sobre la carpeta asfáltica nueva o la capa de nivelación (dependiendo si

es un pavimento flexible nuevo o una rehabilitación respectivamente) y la segunda posteriror a la instalación de la

geomalla, antes de instalar la nueva carpeta.

la primera dosis de riego de liga no debe ser inferior a 0,5 l/m2 (asfalto residual) y debe ser la mínima que garantice

una adherencia de la geomalla a la superficie de al menos 5 Kgf medido mediante el ensayo de adherencia. se debe

permitir que la emulsión rompa antes de instalar el refuerzo.

la segunda dósis de riego de liga es para garantizar la debida impregnación de la cara superior de la geomalla y su

adherencia a la nueva capa de concreto asfáltico. la cantidad del segundo riego de liga no debe ser menor a 0,2

l/m2 (asfalto residual) si se utiliza emulsión. se debe permitir que la emulsión rompa antes de instalar la capa de

rodadura. el segundo riego de liga se aplicará después de estar la geomalla adherida a la superficie, posterior al paso

del equipo de compactación.

al igual que en el geotextil, las técnicas de imprimación requieren que los equipos a usarse coloquen el ligante a una

tasa uniforme, como se observa en la Figura 7.3.

el ensayo de adherencia se ejecuta para determinar la dosis mínima del primer riego de liga. las pruebas de adherencia

se deben ejecutar en situ al menos cada 200 m de longitud teniendo en cuenta el siguiente procedimiento.

cortar una pieza de un (1) m2 de geomalla e instalarla sobre la capa asfáltica nueva o de nivelación previa colocación

y rompimiento de una cuantía establecida de riego de liga (se recomienda iniciar con la cuantía mínima de 0,5 l/m2).

la pieza de geomalla deberá someterse al paso de un equipo compactador para asegurar su adherencia. una vez

adherida la geomalla se inserta en la parte central el gancho de una balanza de resorte (dinamómetro) por debajo de

la geomalla. Halar el dinamómetro de un solo envión hasta que se desprenda la geomalla. la cantidad de emulsión

será aquella para la cual la resistencia a la adherencia sea mayor a 5 Kg-f.

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7.7.4 Capa de Nivelación cuando se utiliza geomalla de fibra de vidrio

si la superficie no está nivelada, un espesor mínimo de 3 cm de concreto asfáltico como nivelación sobre la superficie

de asfalto existente debe ser colocado. si la vía es en concreto hidráulico el espesor mínimo de nivelación será de

4 cm. es importante tener en cuenta un riego de liga entre la carpeta asfáltica antigua o sobre la losa de concreto

antes de aplicar la capa de nivelación.

la capa de nivelación debe proveer suficiente adhesivo a la geomalla. aunque la geomalla de fibra de vidrio posee

un recubrimiento bituminoso que garantiza la correcta adherencia de la geomalla a las capas de asfalto, se debe

emplear un riego de liga entre las capas asfálticas para garantizar una completa adherencia entre estas.

la geomalla de fibra de vidrio no debe ser instalada directamente sobre superficies fresadas. el mínimo tratamiento

debe ser: limpiar, reparar las fisuras y baches y emplear una capa de nivelación de mínimo 3 cm.

7.7.5 Características del geotextil a instalar

el geotextil que se emplea en pavimentaciones y repavimentaciones debe ser del tipo no tejido punzonado con

agujas, los cuales deberán tener la capacidad de absorber la cantidad suficiente de ligante asfáltico; dichos geotextiles

pueden ser de polipropileno o poliéster.

el geotextil a ser empleado en pavimentación y repavimentación durante su proceso de instalación puede estar

sometido a unos esfuerzos; para su supervivencia frente a dichos esfuerzos debe cumplir con las propiedades que

se enuncian en la tabla 7.5.

Tabla 7.5 Requerimientos del geotextil. Especificaciones generales de construcción de carreteras

AASHTO M288-05/Artículo 464 INVIAS


mínimo de los resultados de un muestreo de ensayos de un proceso para dar conformidad a un lote que está bajo comprobación, el promedio

de los resultados correspondientes de los ensayos practicados a cualquier rollo del lote que se está analizando, debe ser mayor o igual al valor

presentado en esta especificación y corresponde a la traducción del nombre en inglés “minimum average Roll value (maRv)”. desde el punto

de vista del productor, corresponde al valor promedio del lote menos dos (2) veces la desviación estándar de los valores de la producción.

(2) la elongación ≥ 50% hace referencia a los geotextiles no tejidos.

(3) la retención asfáltica mínima será de 0.9 l/m2; sin embargo, la retención asfáltica medida en litros por cada metro cuadrado (l/m2) para cada

geotextil debe ser suministrada por el fabricante. el valor no indica la tasa de aplicación de asfalto requerido en la construcción, solamente indica

el valor para saturar el geotextil. la retención asfáltica del producto, representa el vmPR suministrado por el fabricante. el valor de retención

asfáltica esta dado en términos de asfalto residual en caso de trabajar con emulsiones asfálticas.

(4) el punto de fusión del geotextil será ≤ 150°c cuando la nueva capa asfáltica sea preparada con asfalto tradicional. el punto de fusión del

geotextil será ≥ 250°c cuando la nueva capa asfáltica sea preparada con asfaltos modificados con polímeros ó cuando la temperatura de

compactación supere los 150°c.

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7.7.6 Características de la geomalla de fibra de vidrio a instalar

la geomalla de fibra de vidrio a ser empleada en pavimentación y repavimentación, es fabricada por un proceso

de tejido de punto usando una serie de filamentos de fibra de vidrio que forman una estructura de rejilla. estos

filamentos están recubiertos con un polímero que permite que la geomalla posea una buena adherencia a las capas

asfálticas. cada filamento posee alta resistencia a la tensión y alto módulo de elasticidad (69,000 mpa) para elon-

gaciones bajas. esta combinación hace a la geomalla de fibra de vidrio más fuerte que el acero libra por libra. las

principales características de la geomalla son las que se encuentran en la tabla 7.6.

Tabla 7.6 Requerimientos de la geomalla de fibra de vidrio

7.7.7 Instalación del geosintético

la instalación del rollo del geosintético (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentación) puede ser realizado

manual o mecánicamente, existiendo equipos patentados para la colocación de los rollos. en nuestro medio la

instalación se ha venido haciendo manualmente, siendo necesaria una cuadrilla de tres personas (dos manteniendo

la alineación del rollo y desenrollándolo, y otra persona cepillando sobre el geosintético, eliminando al máximo las

arrugas), sin necesidad de ser mano de obra capacitada ni especializada. Para esta aplicación, si se utiliza geotextil,

se debe instalar siempre la parte sin termofundir en contacto directo con el ligante, sin arrugas.

Figura 7.4 instalación del geosintético.

Para facilitar un mayor contacto (adherencia) del geosintético (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentación)

con el ligante y con la capa antigua y eliminar en mayor proporción las arrugas del mismo, se podrán utilizar

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equipos mecánicos como es el caso de un compactador de llantas en una pasada directamente sobre el geosintético

transitando a bajas velocidades. no es necesario realizar la sujeción del geosintético a la capa vieja mediante clavos

o puntillas, solo se permite utilizar puntillas al inicio del rollo de la geomalla de fibra de vidrio.

Figura 7.5 compactador de llantas sobre el geosintético.

cuando se esta en zona de curva, para instalar el geosintético (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de

repavimentación), éste se debe cortar en pequeñas secciones en forma rectangular como si se estuviera armando

la curva por segmentos.

es importante tener en cuenta que se recomienda emplear guantes para manipular la geomalla ya que la fibra de

vidrio al estar en contacto directo con la piel puede generar picazón.

se deben tener cuidados especiales con las condiciones climatológicas, pues nunca se podrá instalar el geosintético

(geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentación) cuando la capa de pavimento antiguo esté en condiciones

húmedas, en el caso de querer hacer grandes avances en la instalación del geosintético es necesario prever que no

lloverá en la zona. esta es la única condición que pudiera llegar a afectar el avance de la obra.

si durante la instalación inicia la lluvia cuando se utiliza geotextil y éste se encontraba extendido se moja

completamente, entonces se debe secar totalmente antes de ser utilizado para esta aplicación.

a manera de solución parcial para casos donde el geosintético (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de

repavimentación) se haya mojado con una llovizna superficial se podrá soplar con aire a presión para eliminar toda

la humedad presente en el mismo. si se llegase a realizar el proceso de instalación de la nueva carpeta sobre el

geosintético en condiciones húmedas, no se logrará una buena adherencia de todo el sistema, generando posibles

fallas posteriores en el funcionamiento del mismo. como recomendación de trabajo en obra, solo se debe instalar la

cantidad de geosintético que sé esta seguro quedará completamente cubierto al finalizar el día.

7.7.7.1 Tratamiento a las arrugas que se puedan formar

otra de las consideraciones críticas es la instalación correcta del geosintético (geomalla de fibra de vidrio, geotextil

de repavimentación) sobre la superficie de la vía impregnada con ligante asfáltico, evitando al máximo la formación

de arrugas ya que estas no permitirán que la absorción del asfalto líquido sea suficiente para la formación de la

barrera impermeable cuando se usa geotextil, ni de una buena adherencia cuando se usa geomalla, reduciendo los

beneficios a largo plazo de esta membrana de intercapa.

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Figura 7.6 Formación de arrugas.

en la Figura 7.6 se puede observar como en la zona de la arruga se genera tras capas del geosintético utilizado,

haciendo imposible la saturación y/o adherencia con el ligante asfáltico. es en estas pequeñas zonas, donde de no

hacerse las correcciones en el momento preciso, no se logrará la impermeabilización esperada en el caso del geotextil,

ni se generará una adhesión adecuada en el caso de la geomalla, generándose fisuras y desprendimientos en

pequeños bloques tiempo después de la carpeta asfáltica que se encuentra justo encima de las arrugas excesivas.

los cuidados principales para el tratamiento de las arrugas incluyen los siguientes:

• Lasarrugasydoblecesdemásde25mmdeberáncortarseconunbisturíyaplanarsesiempreenelsentidodel

avance de los equipos utilizados en la pavimentación, para evitar levantamientos.

• Enelcasodequelaarrugaodoblezsobrepaselos50mm,esteexcesodeberásereliminado.

• Cuandoseutilizageotextil,enlostraslaposnecesariosenlareparacióndearrugasdeberácontemplareluso

de ligante adicional para saturar las dos capas de geotextil y formar una liga, evitando posibles planos de

deslizamiento.

7.7.7.2 Traslapos o solapes

cuando se utiliza geotextil de repavimentación como regla general, se recomienda que los traslapos en cualquier

dirección no deben exceder los 15 cm. en las zonas de traslapos se debe hacer una impregnación adicional con

ligante asfáltico para garantizar la saturación total del geotextil.

cuando se utiliza geomalla, los traslapos en el sentido longitudinal deben ser como mínimo de 10 cm y en el sentido

transversal como mínimo 15 cm. los traslapos deben superponerse en el sentido de la colocación de la mezcla y

deben impregnarse adicionalmente con ligante asfáltico para garantizar una completa adherencia de la geomalla

en la zona de traslapos.

7.7.7.3 Separación de la geomalla a los bordes

Perimetral a los bordes de la vía, en sardineles, pozos, cámaras y estructuras hidráulicas se debe dejar la geomalla de

fibra de vidrio separada con un margen de 10 cm, para evitar absorción de agua por acción capilar.

7.7.8 Espesores mínimos de la capa de repavimentación cuando se utiliza geotextil de repavimentación

se considera al igual que en cualquier procedimiento de repavimentación que el espesor mínimo constructivo de

la nueva capa debe ser mínimo 5 cm para pavimentos flexibles hasta una pendiente máxima del 4% en sentido

longitudinal, mínimo de 7 cm en pendientes longitudinales del 4% al 6%, por encima del 6% debe consultarse

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con el diseñador los espesores mínimos de carpeta asfáltica con el fin de evitar desplazamientos de sobrecarpeta.

cuando se trabaja sobre pavimentos rígidos el espesor mínimo recomendado es de 7 cm. Para lograr un mayor

beneficio cuando se rehabilite un pavimento rígido, dependiendo de su nivel de deterioro, nivelar y estabilizar las

placas en caso de ser necesario, instalando una capa de concreto asfáltico de gradación abierta y sobre esta el

geotextil de repavimentación.

al colocarse capas de repavimentación con espesores menores a los recomendados es posible que la capa conformada

por el geotextil saturado empiece a absorber esfuerzos muy altos a la tracción por efecto del movimiento de los

vehículos sobre la carpeta nueva, esfuerzos para los cuales no esta diseñada dicha capa, ya que no se considera

como una capa de refuerzo, trayendo posible desplazamientos de la nueva carpeta de repavimentación.

cuando se utiliza geotextil de repavimentación, éste puede ser instalado directamente sobre una superficie fresada

siempre y cuando se garantice una homogenización en los surcos que genera la fresadora y que no superen

diferencias entre ellos de más de 1 cm, así mismo se debe garantizar que la superficie este libre del polvillo generado

en este proceso.

7.7.9 Espesores mínimos de la capa de repavimentación cuando se utiliza geomalla de fibra de vidrio

7.7.9.1 Geomalla en rehabilitación de pavimentos flexibles

si la superficie no está nivelada, un espesor mínimo de 3 cm de concreto asfáltico como nivelación sobre la superficie

de asfalto existente debe ser colocado. es importante tener en cuenta un riego de liga sobre la carpeta asfáltica

antigua antes de aplicar la capa de nivelación.

se considera al igual que en cualquier procedimiento de repavimentación que el espesor mínimo constructivo de

la nueva capa asfáltica por encima de la geomalla deberá ser de 5 cm, para pavimentos flexibles con pendiente

longitudinal hasta del 4%.

la geomalla de fibra de vidrio no debe ser instalada directamente sobre superficies fresadas. el mínimo tratamiento

debe ser limpiar , reparar las fisuras y baches y emplear una capa de nivelación de mínimo 3 cm.

Para pendientes longitudinales entre el 4% y el 6% el espesor mínimo de la carpeta asfáltica sobre la geomalla

de fibra de vidrio será de 6 cm. Para pendientes mayores al 6% debe consultarse con el diseñador los espesores

mínimos de carpeta, con el fin de evitar desplazamientos de la sobrecarpeta.

7.7.9.2 Geomalla en pavimentos flexibles nuevos

si la geomalla se utiliza en un pavimento asfáltico nuevo con el fin de aumentar la vida útil de este, no es necesario

emplear la capa de nivelación ya que la geomalla de fibra de vidrio quedará embebida sobre dos capas asfálticas y

estará apoyada sobre una capa asfáltica nueva. se debe tener en cuenta que el recubrimiento mínimo de concreto

asfáltico por encima de la geomalla es de 5 cm y mínimo por debajo como si la superficie de apoyo fuera una capa

de nivelación es de 3 cm.

7.7.9.3 Geomalla en rehabilitación de pavimentos de concreto hidráulico

cuando la geomalla es empleada como rehabilitación de pavimentos de concreto hidráulico, el espesor mínimo

de carpeta asfáltica sobre la geomalla será de 6 cm. así mismo el espesor mínimo de nivelación sobre las losas de

concreto será de 4 cm. es importante tener en cuenta un riego de liga sobre la losa de concreto antes de aplicar la

capa de nivelación.

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7.7.10 Instalación de la capa de repavimentación

la capa de repavimentación de concreto asfáltico podrá ser colocada inmediatamente después de haber sido

instalado el geosintético (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentación); dicha capa se instalará mediante

el empleo de una finisher y se compactará al igual que en cualquier proceso de pavimentación y/o repavimentación.

la única precaución que se debe tener en cuenta es que los equipos de construcción no realicen movimientos

bruscos sobre el geosintético (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentación).

cuando se utiliza geotextil de repavimentación para evitar una adherencia excesiva entre las llantas de los equipos y

el geotextil, este tiene un diseño especial. normalmente el geotextil para esta aplicación tiene termofundida una de

sus caras que será finalmente la que quedará hacia arriba en contacto directo con los equipos y la otra sin ningún

tratamiento especial quedará colocada hacia abajo sobre el ligante asfáltico.

la geomalla de fibra de vidrio presenta un recubrimiento bituminoso por sus dos caras por eso no se debe tener en

cuenta ningún sentido de instalación en especial.

7.7.11 Cuidados de almacenamiento

con el fin de evitar el humedecimiento y la degradación originada por la radiación ultravioleta de los rollos de

geosintético (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentación), estos deberán estar protegidos por una

envoltura plástica, además debe preverse que los rollos estén protegidos con una cubierta impermeable y levantados

sobre el piso. la humedad del rollo genera posibles rechazos durante el proceso de colocación y compactación de

la capa de repavimentación, al no poder escapar al vapor de agua generado.

7.8 EJEMPLO DE DISEÑO CON RELACIÓN BENEFICIO - COSTO

una vía interurbana de 2 carriles soporta una carga promedio de 4000 vehículos por día, 400 (10%) los cuales son

camiones pesados de 30.000 libras promedio de masa en total. la carga por eje sencillo esta limitada a 18.000

lb. el tráfico aumentara a una rata de 4% anualmente. el pavimento existente consiste en 75 mm (3 pulgadas) de

concreto asfáltico y 200 mm (8 pulgadas) de base de piedra picada, sobre un suelo de cBR = 50%. el pavimento en

general esta en buenas condiciones, pero las evaluaciones indican que es necesario un reforzamiento para manejar

el incremento del tráfico.

encontrar el espesor de la capa de asfalto necesaria, para un periodo de diseño de 20 años

a. sin usar geotextil

b. usando el geotextil con FeF = 2.1

c. comparar los dos espesores de capa

Solución:

a. Para la solución del problema se toma como procedimiento de referencia el documento técnico del asfalto

[129], donde se determina un número de tráfico inicial igual a 90, y un factor de ajuste de 1.49, resultando un

número de tráfico de diseño para el caso de no reforzado igual:

dtn = 90 x 1.49

dtn = 134

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Para calcular el espesor de asfalto requerido, teniendo una cBR de 5%, se remite a la Figura 7.7 ”espesor requerido

del asfalto para la estructura de pavimento usando el cBR de la suelo de la subrasante (instituto de asfalto [129])”,

para un periodo de diseño de 20 años.

Figura 7.7 espesor requerido para la estructura del pavimento asfáltico usandoel cBR del suelo del la subrasante (documento técnico del instituto del asfalto).

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donde resulta:

tan = 9.5 pulgadas

el espesor efectivo de pavimento existente (te) calculado usando el factor de carga de 0.8 en el asfalto existente y

0.4 en la base de la estructura del pavimento (valores recomendados por el documento técnico del asfalto [129])

es igual a:

te = 3.0 * 0.8 + 8.0 * 0.4

te = 5.6 pulgadas

Por consiguiente, el espesor de capa requerido (ton) sin el uso del geotextil es de:

ton = tan– te

ton = 9.5 – 5.6

ton = 4.0 pulgadas

b. la solución varia para el caso donde se usa geotextil, de la siguiente forma:

dtn = dtnn / FeF1

Tabla 7.7 Valores FEF

Fuente: "designing With geosynthetics", Quinta edición.

con lo anterior, obtenemos un resultado de:

dtn = 134 / 2.1

dtn = 68

1 donde FeF es el factor de eficacia de fábrica de las diferentes clases de geotextil que se pueden utilizar para esta función. los valores de FeF varían de acuerdo a la tabla 7.7.

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nuevamente, utilizando la Figura 7.7 y usando el valor de cBR = 5, resulta un espesor de asfalto de:

tar = 8.8 pulgadas

Por consiguiente, el espesor de capa requerido (tor) con el uso del geotextil es de:

tor = 8.8 – 5.6

tor = 3.2 pulgadas

c. de tal manera que el “ahorro” de espesor en capa de asfalto usando el geotextil (y basado en la hipótesis de

reforzamiento) es de:

to = ton – tor

to = 4.0 – 3.2

to = 0.8 pulgadas

Ejemplo desarrollado por Robert Koerner en su libro «Designing with Geosynthetics» 5a. Edición. Pag. 280 – 281.

BIBLIOGRAFÍA

• DesigningwithGeosynthetics.5aEdición.

• Huang,YangH.“PredictionofFatigueCrackingandRutting inAsphaltPavements”;SHRP.UnitedStatesOf

america 1991.

• CheckmateGeosynthetics.“TechnicalNote,Solutionforasphaltcracking”2007.

• EspecificacionesGeneralesdeConstrucciónconGeosintéticos.GeosistemasPavcoS.A.,2008.

8sistemas de suBdRenaJe PaRa vÍas

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8.1 GENERALIDADES

en el mundo y especialmente en latinoamérica, la creciente demanda de obras civiles durables y que permanezcan

en buen estado hace que los ingenieros en la actualidad tengan que pensar en diseños óptimos de acuerdo con

los mejores criterios internacionales de calidad. un buen sistema de drenaje y/o subdrenaje está íntimamente

relacionado con una mayor durabilidad de las obras. de hecho, la vida útil de las vías depende en gran parte del

periodo de tiempo en que el exceso de agua esté presente en su estructura.

el buen diseño de un sistema de drenaje que involucre la utilización de geotextiles en las obras civiles, será sin

lugar a duda, un aporte fundamental en la calidad de dichas obras, ya que el exceso de agua en algunos suelos,

especialmente los de grano fino afecta los parámetros de resistencia, susceptibilidad en los cambios volumétricos y

los mecanismos de transmisión de presiones aplicadas.

8.2 INTRODUCCIÓN

este documento es una guía práctica para diseñar sistemas de subdrenaje, de tal forma que se llegue a un diseño,

técnico y económicamente más conveniente. lo que tradicionalmente en la ingeniería se ha llamado filtros, realmente

es un sistema de drenaje o subdrenaje. un sistema de drenaje subsuperficial eficiente y estable, es necesario que esté

compuesto por un medio filtrante y otro drenante.

entendiendo por medio filtrante, el elemento que retiene el suelo pero permite el paso del agua, función que

desempeña el geotextil. el medio drenante es el encargado de transportar el agua que pasa a través del filtro,

función que desempeña cualquier medio poroso que bien puede ser natural o sintético. un sistema de drenaje es

la suma de los dos procesos anteriores.

el objetivo de los subdrenajes para vías es evitar la saturación total de la estructura, captando, conduciendo o

evacuando el agua que pueda entrar en la estructura del pavimento.

Para lograr el buen diseño de un subdrenaje se debe tener en cuenta cuatro aspectos fundamentales:

1. determinar la ubicación y profundidad de la dirección del flujo, que puede ir en sentido longitudinal o

transversalmente con respecto al eje de la vía. Para captar aguas subsuperficiales es conveniente tener en cuenta el

diseño de un sistema de captación, que asegure la rápida llegada del agua al subdrén, verificando la velocidad de

llegada. en la mayoría de los casos es recomendable especificar un sistema de subdrenaje, compuesto por: geotextil

– geored – geotextil; un material granular limpio de gradación abierta protegido por un geotextil, que cumpla la

función de filtro; o por un geotextil de espesor considerable que tenga propiedades de drenaje planar. lo anterior

se debe a que los suelos de subrasante en la mayoría de los casos presentan permeabilidades muy bajas.

2. estimar el caudal crítico para la longitud de descarga, el cual es la sumatoria de los caudales de aporte, que provienen

del nivel freático y de infiltración. el agua de infiltración proviene de aguas lluvia y superficiales que se filtran

directamente a través de la carpeta del pavimento o a través del suelo aledaño al tramo de vía en consideración.

3. dimensionar la sección transversal del subdrén capaz de conducir la suma de los caudales de aporte, con una

velocidad de evacuación adecuada.

4. los sistemas de subdrenaje deben contar un sistema de filtración adecuado, que asegure una mayor vida útil del

sistema y por consiguiente de la estructura del pavimento. el uso de los geotextiles ha venido desplazando los sistemas

tradicionales de filtración, debido principalmente al aumento de la vida útil, facilidad de instalación, reducción de

costos totales de la construcción y en general por ser un sistema constructivo ambientalmente eficiente.

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8.3 METODOLOGÍA DE DISEÑO DE SUBDRENAJES

8.3.1 Determinación de la ubicación de las líneas de Subdrenaje o Subdrenajes

la ubicación del subdrenaje, debe ser de tal manera que intercepten el agua lo más perpendicularmente posible. lo

anterior quiere decir, que en tramos donde la pendiente longitudinal sea mayor que la pendiente de bombeo, es más

eficiente colocar subdrenajes transversales. esto debido a que el agua se moverá en dirección de la suma vectorial

o resultante de las pendientes.

Por ejemplo en un tramo con una pendiente longitudinal del 4% y una pendiente de bombeo del 2%, la resultante

forma un ángulo de 63 grados con respecto al eje horizontal, en esa dirección se moverá el agua (ver Figura 8.1). si

este ángulo es menor a 45 grados las líneas de subdrenaje deben correr paralelas al eje (subdrenajes longitudinales),

si es mayor a 45 grados las líneas de subdrenaje deben correr normal al eje (subdrenajes transversales).

Figura 8.1 dirección de la resultante de dos pendientes dadas.

8.3.2 Estimación del caudal de diseño

Para diseñar subdrenaje laterales en una vía, se debe considerar primero la distancia entre alcantarillas o los sitios

en donde los subdrenajes realizan la descarga de agua. Para establecer las distancias de los tramos, se debe tener

en cuenta que cada tramo conserve en lo posible, características similares, por ejemplo igual pendiente, condiciones

geomorfológicas similares o condiciones geométricas de la vía similares. entre más largo sea el recorrido del agua

dentro de un subdrenaje, mayor tendrá que ser su capacidad de transporte debido a que a lo largo del subdrenaje

se van sumando caudales de aporte.

Posteriormente se identifica las posibles fuentes a tener en cuenta para el cálculo del caudal total.

los subdrenajes son sistemas que se utilizan para retirar el agua infiltrada o subterránea que ha entrado en la

estructura. un sistema eficiente de drenaje en vías se debe complementar con estructuras de drenaje superficial

como son: cunetas, zanjas de coronación, trincheras drenantes, etc.

los caudales de aporte que conforman el caudal total para el diseño de un subdrenaje en la estructura de un

pavimento son:

• Elcaudalgeneradoporlainfiltracióndeagualluvia

• Elcaudalgeneradoporelabatimientodelniveldeaguasubterránea

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es importante determinar adecuadamente las áreas aferentes para el cálculo del caudal por infiltración ya que

muchas veces el subdrenaje puede captar agua de infiltración proveniente de los taludes aledaños.

Caudal por infiltración

el agua lluvia cae directamente en la carpeta del pavimento. una parte de éste inevitablemente se infiltra en la

estructura del pavimento debido a que las carpetas de pavimento tanto rígidas como flexibles, no son permeables.

Por lo tanto el caudal de infiltración se calcula de la siguiente forma:

Qinf = iR * B * l * Fi * FR (8.1)

donde:

iR = Precipitación máxima horaria de frecuencia anual, registrada en la zona del proyecto.

dato que se puede extraer de las curvas anexas a éste documento (ver anexo 3),

las cuales son las de intensidad - duración - frecuencia para las diferentes zonas del

territorio colombiano. usualmente se toma el intervalo entre 60 y 120 minutos y

se escoge la curva de 2 años. alternativamente se pueden emplear ecuaciones para

determinar la precipitación si no se cuenta con curvas idF para la región en estudio.

dichas ecuaciones están correlacionadas con datos pluviométricos medidos en

campo. Para tal efecto se presenta en este manual la investigación realizada por

vargas y díaz-granados para determinar la ecuación más apropiada (ver anexo 4)

a emplearse para determinar la precipitación en el territorio colombiano (estas

ecuaciones se emplearan a criterio del diseñador).

B = Para subdrenajes longitudinales, b es la semibanca de la vía (ancho de la vía/2).

Para el caso de subdrenajes transversales, B es la distancia entre subdrenajes.

l = longitud del tramo de drenaje.

Fi = Factor de infiltración. (ver tabla 8.1)

FR = Factor de retención de la base, refleja el hecho de que las bases dada su tiempo de

servicio disminuye su permeabilidad. (ver tabla 8.2)

Tabla 8.1 Valores recomendados para Fi

Tabla 8.2 Valores recomendados para FR

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Caudal por abatimiento del nivel freático

en sitios donde el nivel freático o el agua proveniente a presión alcancen una altura tal, que supere el nivel de

subrasante afectando a la estructura del pavimento, es necesario abatir este nivel de manera que no genere

inconvenientes por excesos de agua. el cálculo de este caudal se basa en los siguientes parámetros:

QnF = k * i * aa (8.2)

i = (nd – nf) / B

aa = (nd – nf) * l

donde:

k = es el coeficiente de permeabilidad del suelo adyacente.

i = es el gradiente hidráulico.

nd = cota inferior del subdrén. (ver Figura 8.2)

nf = cota superior del nivel freático. (ver Figura 8.2)

aa = es el área efectiva para el caso de abatimiento del nivel freático.

B = Para subdrenajes longitudinales, b es la semibanca de la vía. Para el caso de

subdrenajes transversales, b es la distancia entre subdrenajes.


una vez estimados los caudales de aporte al sistema se obtiene el caudal de diseño:

Qt = Qinf + QnF (8.3)

Nota: el caudal por abatimiento del nivel freático en la mayoría de los casos se presenta a los dos lados de la sección

transversal del subdrén, el caudal de diseño (Qnf) debe ser duplicado.

Figura 8.2 sección transversal del sistemas de subdrenajes laterales en una vía.

Caudal por escorrentía superficial

este caudal puede ser controlado con métodos de captación tales como cunetas, contracunetas y alcantarillas, de

manera tal, que se minimice la entrada de agua a la estructura del pavimento. en tramos donde se considere el

caudal de agua infiltrada proveniente de escorrentía como un caudal de aporte, se debe estimar teniendo en cuenta

los métodos hidrológicos y ser considerado en el diseño.

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8.3.3 Dimensionamiento de la sección transversal

teniendo el caudal total Qt, el cual es la suma de los caudales calculados, se realiza el siguiente procedimiento:

Qt = v * i * a (8.4)

donde:

Qt = caudal total

v = velocidad de flujo, la cual depende de la pendiente longitudinal y del tamaño del

agregado usado en el subdrén. (ver Figura 8.3)

i = gradiente hidráulico que para el caso de subdrenajes es = 1.

a = Área de la sección transversal del subdrén, normalmente se fija el ancho y se

despeja su altura.

una vez obtenida la sección transversal del subdrén, se puede calcular su perímetro. la longitud de desarrollo del

geotextil corresponde al perímetro más el traslapo (0.25 - 0.35m).

Para el caso en que se requiera aumentar la eficiencia de los subdrenajes es recomendable usar tubería perforada,

dentro del subdrén, de esta manera se aumenta la eficiencia de drenaje, permitiendo el paso a un caudal mayor en

una misma sección transversal. el diámetro de la tubería a usar se puede estimar haciendo uso de la ecuación de

manning. Por tanteo se asume un diámetro de tubería y se rectifica si cumple la siguiente igualdad:

Qt = (1/n) * a * R2/3 * s1/2 (8.5)

donde:

Qt = caudal total calculado

n = coeficiente de manning. Para tubería perforada usualmente es 0.013

a = Área del tubo

R = at/Pt (Área total / Perímetro total) a tubo lleno

s = Pendiente del subdrén

la línea superior de flujo o nivel freático no debe superar en ningún momento la cota de subrasante, con este

criterio se debe establecer la profundidad del subdrén nd.

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Figura 8.3 Pendiente vs. velocidad, según el tamaño del agregado(Para agregados de tamaño uniforme).

8.3.4 Evaluación del geotextil a usar en el filtro

el filtro evita una excesiva migración de partículas de suelo y simultáneamente permite el paso del agua, lo anterior

implica que el geotextil debe tener una abertura aparente máxima adecuada para retener el suelo, cumpliendo

simultáneamente con un valor mínimo admisible de permeabilidad, que permita el paso del flujo de una manera

eficiente. Para llegar a la selección del geotextil no sólo hay que tener en cuenta lo anterior, sino además, la

resistencia a la colmatación, supervivencia y durabilidad.

Figura 8.4 Paso del agua a través del sistema de filtración.

la metodología de diseño, consiste en revisar, cuales de los geotextiles, satisfacen las características hidráulicas y

mecánicas que resulten de la revisión de los criterios de diseño que se presentan a continuación:

Criterio de Retención (TAA)1

este criterio asegura que las aberturas sean lo suficientemente pequeñas para evitar la migración del suelo hacia el

medio drenante o hacia donde se dirige el flujo.

1 HoltZ, Robert, geosynthetic engineering. Junio 1997, Pags. 36 – 38.

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de acuerdo con lo establecido en “geotextiles engineering manual” de la Federal Highway administration (FHWa)

y basados en los criterios de retención de christopher y Holtz (1989), carroll (1983), un geotextil debe cumplir con

la siguiente condición:

taa < d85 * B (8.6)

donde:

taa = tamaño de abertura aparente, dato suministrado por el fabricante. corresponde a

la abertura de los espacios libres (en milímetros). se obtiene tamizando unas esferas

de vidrio de diámetros conocidos, cuando el 5% de un tamaño determinado de

esferas pasa a través del geotextil, se define el taa. ensayo astm d4751, inv

e-907.

d85 = tamaño de partículas (en milímetros) que corresponde al 85% del suelo que pasa

al ser tamizado. este dato se obtiene de la curva granulométrica del suelo en

consideración.




función del coeficiente de uniformidad cu, donde cu = d60/d10, de la siguiente manera:

cu ≤ 2 ó cu ≥ 8 ⇒ B = 1

2 < cu ≤ 4 ⇒ B = 0.5 x cu

4 < cu ≤ 8 ⇒ B = 8/ cu

• ParasuelosarenososmalgradadosusarBentre1.5y2.




• SegúnChristopheryHoltz,parasueloscohesivosconuníndicedeplasticidadmayora7,elvalordelTamañode

abertura aparente debe ser de:

taa < 0.30 mm

Criterio de permeabilidad

se debe permitir un adecuado flujo del agua a través del geotextil considerando su habilidad para esto.

el coeficiente de permeabilidad es la propiedad hidráulica por medio de la cual el geotextil permite un adecuado

paso de flujo perpendicular al plano del mismo, para revisar la permeabilidad del geotextil se debe tener en cuenta

lo siguiente:

• Paracondicionesdeflujoestableoflujolaminar2 y suelos no dispersivos3, con porcentajes de finos no mayores

al 50% y de acuerdo con el criterio de schober y teindl (1979); Wates (1980); carroll (1983); cristopher y Holtz

(1985) y numerosos otros:

2 el comportamiento hidráulico de drenajes convencionales como cortinas drenantes o sistemas de captación de lixiviados se asemeja más a las características de flujo laminar.3 los suelos dispersivos son aquellos que efervecen en contacto con el agua, tienen relaciones de vacíos altas, altos contenidos de sales y generan flujos.

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kg > ks (8.7)

donde:

kg = Permeabilidad del geotextil

ks = Permeabilidad del suelo

• Paracondicionesdeflujocrítico4, altos gradientes hidráulicos y buscando un correcto desempeño a largo plazo

reduciendo riesgo, colmatación se recomienda usar el criterio de carroll (1983); chistopher y Holtz (1985):

kg > 10 * ks (8.8)

en estas condiciones también se recomienda colocar una capa de arena media a gruesa.

Criterio de Colmatación

Por definición, la colmatación resulta cuando partículas finas de suelo penetran dentro del geotextil, bloqueando

sus canales de poros o cuando son depositadas del lado aguas arriba del geotextil, produciendo una reducción

significativa de la permeabilidad. Por lo tanto, el geotextil debe tener un porcentaje mínimo de espacios vacíos.

Figura 8.5 colmatación del filtro por penetración de partículas.

en aplicaciones críticas o en proyectos que involucren suelos muy finos se recomienda realizar ensayos de colmatación

con los suelos del sitio, la norma que describe este ensayo es la astm 5101 – 90 la cual se menciona en el capítulo

2 del presente manual.

los geotextiles con una mayor resistencia a la colmatación, son los geotextiles no tejidos punzonados por agujas, en

los cuales el riesgo a que se taponen gran parte de sus orificios es muy bajo debido al espesor que poseen y a los altos

valores de porosidad que presentan. los geotextiles no tejidos unidos por temperatura o calandrados, son mucho más

delgados y rígidos, razón por la cual se parecen en su comportamiento a los geotextiles tejidos, leuttich (1993).

los geotextiles tejidos tienen baja porosidad y el riesgo de colmatación muy alto, con la consecuencia de una pérdida

súbita en la permeabilidad; razón por la cual no se recomienda usarlos como filtros en sistemas de drenaje. de acuerdo

con el criterio de chistopher y Holtz, 1985; R. Koemer, 1990, los geotextiles usados como medios filtrantes deben

tener una porosidad: > 50%, razón por la cual no se deben usar geotextiles tejidos en sistemas de subdrenaje.

este criterio es tal vez el que despierta más controversia para el empleo de geotextiles en aplicaciones de filtración

y drenaje, debido a que es muy difícil cuantificar en el diseño el porcentaje de poros que serán taponados por

la intrusión de finos al filtro dentro del periodo de servicio del sistema. los elementos filtrantes se comportan de

4 el comportamiento hidráulico de subdrenajes laterales en una vía, protecciones de orillas bajo rip-rap o bolsacretos se asemeja más a condiciones de flujo dinámico por el incremento de las presiones de poros bajo cargas cíclicas.

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manera diferente dependiendo del material que se está filtrando, de la cantidad de agua presente y de la disposición

de ésta en el sistema. el geotextil es parte fundamental de un sistema de subdrenaje, debe diseñarse para cada caso

particular, de tal manera, que se garantice un óptimo funcionamiento del sistema del cual forman parte, y para el

periodo de tiempo para el cual fueron diseñados.

una investigación relacionada con el estudio de este comportamiento es el “diseño Racional de elementos Filtrantes

Para sistemas de subdrenaje”5, de la Pontificia universidad Javeriana, proyecto en el cual se evaluaron diferentes

fenómenos que afectan a los sistemas de drenaje a largo plazo, entre estos la variación de la permeabilidad del

sistema con el paso del tiempo, el taponamiento que se produce por las partículas de suelo dentro del geotextil, el

porcentaje de colmatación, entre otros. los ensayos fueron realizados para observar el impacto de diferentes tipos

de suelo y su afectación en la permeabilidad del filtro o geotextil.

los ensayos fueron realizados según la norma astm 5101 en la que a un gradiente determinado se realizaban

mediciones de la permeabilidad del sistema suelo – geotextil en un lapso mayor a las 24 horas. una vez realizado el

ensayo el geotextil era extraído para determinar el nivel de taponamiento el cual es la relación entre la permeabilidad

del geotextil virgen y la permeabilidad después de realizado el ensayo. la colmatación del geotextil era obtenida

mediante la diferencia de la porosidad inicial del geotextil y la porosidad de éste después del ensayo. la porosidad

fue calculada como la relación entre el volumen de vacíos y el volumen total del geotextil, la forma para calcular esta

relación se realiza por medio de la siguiente ecuación:

n = 1 – m / (ρ * t) (8.9)

donde:

n = Porosidad. (adimensional)

m = masa por unidad de área. (g/m2)

ρ = densidad. (g/m3)

t = espesor. (m)

los suelos para realizar los ensayos fueron suelos que comúnmente se encuentran en el sitio de la instalación de

sistemas de drenaje, tales como limos, materiales granulares y arenas.

se enfatizó en el comportamiento del sistema en presencia de material fino, en el cual la porosidad del geotextil

se redujo del 89% al 68%, registrando un taponamiento del 62% debido al tamaño de las partículas de suelo

empleadas en el ensayo, sin embargo la permeabilidad del geotextil después del ensayo seguía siendo muy superior

a la permeabilidad del suelo a filtrar.

con el fin de mejorar el comportamiento del sistema, se optó por incluir una capa de arena entre el limo y el

geotextil con el fin de reducir la colmatación del filtro. después de realizado el ensayo, la permeabilidad del geotextil

siguió siendo alta pero se pudo determinar que la porosidad del geotextil disminuyó tan sólo un 4%, comparado a

21% en el ensayo sin ésta capa de transición.

según los ensayos realizados se pudo concluir que al añadir una capa de transición (arena) al sistema, el

comportamiento para el geotextil no tejido punzonado por agujas en cuanto al tiempo de estabilización y

disminución de la permeabilidad del sistema a través del tiempo, sería prácticamente la misma que la del sistema sin

dicha capa; no obstante, la magnitud de la permeabilidad del geotextil y el valor de la porosidad mejoran de manera

significativa, disminuyendo la colmatación en casi un 70%.

5 FaJaRdo a., RodRÍgueZ s., diseño Racional de elementos Filtrantes Para sistemas de subdrenaje, P.u.J., 1999

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el factor de taponamiento medido en los experimentos para filtros de geotextil no tejido punzonado por agujas

se encuentra en un rango entre 33 y 74%, sin embargo, el nivel de taponamiento no afecta la eficiencia del filtro

puesto que la permeabilidad obtenida en los geotextiles después de ser ensayados, fue en orden de magnitud

mucho mayor que la permeabilidad del suelo base.

un incremento de la permeabilidad implica un aumento de la porosidad para suelos finos, mientras que todo lo

contrario ocurre para suelos granulares, ya que la arena mostró que a medida que la permeabilidad del sistema

aumenta la porosidad disminuye. esto ocurre porque después de un tiempo la permeabilidad de la arena y de

geotextil se estabilizan creando un régimen de agua determinado por lo cual el conjunto termina trabajando como

un sólo elemento de filtro.

la colmatación del geotextil depende de la distribución del tamaño del grano del suelo base, por esta razón, para

suelos finos la cantidad de partículas que quedan retenidas en el geotextil es mayor que para suelos granulares;

debido a esto, la porosidad del geotextil se ve disminuida cuando se utilizan suelos finos en el sistema de filtración

y por ende la colmatación del mismo aumenta, sin afectar la permeabilidad del sistema.

Para la evaluación de los criterios de colmatación, la mayoría de los autores tienen en cuenta una serie de parámetros

que no cuantifican verdaderamente el potencial de colmatación en los filtros, puesto que el aspecto fundamental a

tener en cuenta es la porosidad, ya que ésta establece la cantidad de partículas de suelo que quedan retenidas en el

geotextil permitiendo que a pesar de esto se mantenga el flujo de agua, siendo este el factor de mayor importancia

para la evaluación del criterio de colmatación. como se dijo anteriormente los geotextiles usados como medios

filtrantes deben tener una porosidad mayor del 50% lo que garantiza que en caso de colmatación parcial del

material, siga existiendo una alta porosidad, suficiente para permitir el paso del flujo en el sistema.

Criterio de supervivencia

el geotextil en el proceso de instalación y a lo largo de su vida útil puede estar sometido a esfuerzos, los cuales deben

ser soportados de tal manera que no afecten drásticamente sus propiedades hidráulicas y físicas. s.m. leuttich, J.P.

giroud, R.c. Bachus 1992.

el geotextil debe tener unos valores mínimos de resistencia mecánica con el objeto que soporte las actividades de

instalación y manipulación. estas propiedades son: resistencia a la tensión, resistencia al punzonamiento, resistencia

al estallido, resistencia al rasgado. en la tabla 8.3 se presentan las propiedades mínimas que se deben cumplir.

Tabla 8.3 Especificaciones generales de construcción de carreterasArtículo 673 INVIAS – AASHTO M288-05

Criterio de durabilidad

este criterio se basa en la resistencia que debe tener un geotextil en el tiempo, bien sea por ataque químico,

biológico o por intemperismo.

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los geotextiles por ser un material fabricado en polipropileno no son biodegradables y son altamente resistentes al

ataque químico como en aplicaciones de manejo de lixiviados.

en casos donde el geotextil vaya a quedar expuesto a la intemperie por un tiempo prolongado, se recomienda

utilizar geotextiles no tejidos fabricados por compuestos que le proporcionen alta resistencia a la degradación uv.

8.3.5 Cálculo hidráulico para la escogencia del geotextil

en el caso en donde los geotextiles sean usados como recubrimiento de tubos que a su vez se encuentran en

un medio drenante en espaldones de estructuras de contención que involucren suelos de alta permeabilidad o

en general cuando se usan como medios filtrantes para grandes caudales, se debe revisar la cantidad de flujo

volumétrico que puede pasar por unidad de área (tasa de flujo), en el plano normal al geotextil, frente a la cantidad

de flujo volumétrico a evacuar por metro lineal. Para lo cual se realiza el siguiente procedimiento:

Ψ = k / t (8.10)

donde:

Ψ = Permitividad. (s-1)

k = Permeabilidad del geocompuesto. (m/s)

t = espesor del geotextil de una cara del geocompuesto. (m)

1. teniendo el caudal que se requiere pasar por el filtro, el cual es el caudal calculado por metro lineal de subdrén,

se calcula la permitividad requerida del geotextil, haciendo uso de la ecuación de darcy.

Q = k * i * a

Q = k * ∆h/t * a

k / t = Q / (∆h * H * l)

Ψreq = Q / (∆h * H * l)

Ψreq = qw / (∆h * H) (8.11)

donde:

Ψreq = Permitividad requerida del geotextil, k/t.

qw = caudal por unidad de longitud (teniendo el caudal final y la longitud del tramo en

consideración, Q/ l.

Q = caudal total a evacuar calculado.

∆h = cabeza hidráulica, que es igual a la altura del subdrenaje.

a = Área conformada por la cara perpendicular a la entrada del caudal.

H = altura del subdrén.

l = longitud del tramo de drenaje en consideración.

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2. calcule la permitividad admisible, la cual se obtiene de la permitividad entregada por el fabricante (norma astm

d4491, inv e-905), dividida por unos factores de reducción, según el tipo de proyecto (ver tabla 3.3).

Ψadm = Ψult / (FRscB* FRcR * FRin* FRcc* FRBc) (8.12)

donde:

Ψadm = Permitividad admisible.

Ψult = Permitividad última, entregada por el fabricante.

FRscB = Factor de reducción por colmatación y taponamiento.

FRcR = Factor de reducción por creep o fluencia.

FRin = Factor de reducción por intrusión.

FRcc = Factor de reducción por colmatación química.

FRBc = Factor de reducción por colmatación biológica.

3. calcule el factor de seguridad global:

Fsg = Permitividad admisible

Permitividad Requerida

Fsg > 1.0


Subdrén longitudinal de una vía

se requiere diseñar los subdrenajes longitudinales en una vía que va a quedar ubicada en la zona andina. el tramo

seleccionado para este ejemplo, tiene una longitud de 50 metros y una pendiente longitudinal del 1%, el ancho de

la vía es de 10.5 metros. luego de la exploración del subsuelo, se detectó el nivel freático a una profundidad de 0.50

metros a partir del nivel original. en el diseño de la estructura del pavimento se estableció que se excavará 0.4 m y se

remplazará colocando una base granular, compactada al 95% del Proctor modificado. sobre dicha base se colocará

una carpeta de pavimento rígido de 20 cm de espesor. el material de la subrasante es un limo arenoso (ml), el cual

presenta las siguientes características:

Permeabilidad (k) = 2.5 x 10-5 m/s (obtenida por ensayos in-situ).

d85 = 0.085 mm (dato extraído de la curva granulométrica del suelo)6.

1. diseñar la sección transversal del subdrén.

2. establecer que características hidráulicas y mecánicas debe tener el geotextil a usar en el filtro.

6 el valor de permeabilidad que presenta este ejemplo corresponde al de una permeabilidad alta en la mayoría de los casos los suelos de subrasante en colombia exhiben valores muy bajos de permeabilidad, típicos de suelos finos.

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Solución:

1. Cálculo del caudal total de diseño

• Caudalporinfiltración

Qinf = iR * B * l * Fi * FR

iR = 60 mm/h = 1.67 x 10-5 m/s

b = 5.25 m (semibanca)

l = 50.0 m

Fi = 0.67 (ver tabla 8.1)

FR = 1/3 (ver tabla 8.2)

Qinf = 1.67 x 10-5 m/s * 5.25 m * 50.0 m * 0.67 * 1/3

Qinf = 9.79 x 10-4 m3/s

• Caudalporabatimientodelnivelfreático

QnF = k * i * aa

k = 2.5 x 10-5 m/s

i = (nd - nf) / B = (1.0 - 0.5) / 5.25 = 0.095

aa = (nd - nf) * l = 0.50 m * 50.0 m = 25.0 m2

QnF = 2.5 x 10-5 m/s * 0.095 * 25.0 m2

QnF = 5.94 x 10-5 m3/s

el nivel freático se encuentra a los dos lados de la sección transversal de subdrén.

QnF = 5.94 x 10-5 m3/s * 2 = 1.188 x 10-4 m3/s

Qt = Qinf + QnF = 9.79 x 10-4 m3/s + 1.188 x 10-4 m3/s

Qt = 1.10 x 10-3 m3/s

Qt = v * i * a

el agregado disponible para colocar como material drenante, es una grava, la cual tiene un tamaño uniforme de

19 mm (3/4”).

de la Figura 8.3 se obtiene la velocidad, entrando con la pendiente del subdrén y el tamaño del agregado.

v = 0.32 cm/s = 0.0032 m/s

i = 1.0

a = (1.10 x 10-3 m3/s) / (0.0032 m/s)

a = 0.344 m2

se fija el ancho, el cual por lo general corresponde al ancho de la pala de la retroexcavadora y se calcula la longitud

que cumpla con el área encontrada. en el caso en que la trinchera sea excavada a mano se recomienda un ancho

mínimo de 0.6 m.

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a = l * ancho

a = 0.344 m2

ancho = 0.60 m

l = 0.344/0.60 = 0.57 ≈ 0.60 m aprox.

sección transversal 0.60 x 0.60 m.

2. Evaluación del geotextil a usar en el filtro

• Criterioderetención(TAA)

taa < B * d85

B = 1.8; Para geotextiles no tejidos

d85 = 0.085 mm

taa < 1.8 * 0.085 mm

taa 0.153 mm

• Criteriodepermeabilidad

como es un suelo fino, se debe cumplir:

kg > 10 * ks

ks = 2.5 x 10-5 m/s

kg > 2.5 x 10-4 m/s

• Criteriodecolmatación

la porosidad de los geotextiles no tejidos punzonados por agujas son superiores al 80%, por lo tanto este tipo de

geotextiles cumplen con este criterio. los geotextiles tejidos y los no tejidos termounidos o calandrados no cumplen

este criterio.

• Criteriodesupervivencia

cuando se presentan condiciones severas de instalación con esfuerzos de contacto altos. se evalúan todas las

características mecánicas que tienen los posibles geotextiles a usar frente las especificaciones según el artículo 673

del invias o en su defecto la norma aasHto m288-05 (ver tabla 8.3).

con base en los criterios anteriores y comparando las especificaciones de los geotextiles (ver apéndice a), los

geotextiles que cumplen estos criterios son: nt2500, nt3000, nt4000, nt5000, nt6000 y nt7000. se selecciona

el geotextil nt2500 por ser el técnica y económicamente más conveniente.

3. Cálculo hidráulico para la escogencia del geotextil

cálculo de la permitividad requerida por el geotextil como medio filtrante.

Q = k * i * a

Q = k * ∆h / t * a

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k / t = Q / (∆h * H * l)

Ψreq = Q / (∆h * H * l)

Ψreq = 1.10 x 10-3 m3/s / (0.6 m * 0.6 m * 50.0 m)

Ψreq = 6.11 x 10-5 s-1

una vez calculada la permitividad requerida por el sistema, se toma la permitividad suministrada por el fabricante

como la permitividad última para la realización del diseño.

Ψult = 1.8 s-1 (ver apéndice a. especificaciones de Productos)

con base a la permitividad última del geotextil no tejido nt 2500, se calcula la permitividad admisible, teniendo en

cuenta los factores de reducción para sistemas de subdrenaje que aparecen en la tabla 3.3.

Ψadm = Ψult / (FRscB* FRcR * FRin* FRcc* FRBc)

Ψadm = 1.8 s-1 / (2.0 * 1.1 * 1.1 * 1.2 * 2.0)

Ψadm = 0.31 s-1

Finalmente se compara la permitividad admisible con la requerida para determinar el factor de seguridad global:

Fsg = Ψ adm / Ψ req

Fsg = 0.31 s-1 / 6.11 x 10-5 s-1

Fsg >> 1.0

Por lo que el geotextil nt 2500 es apto como medio “filtrante” en el sistema.

8.5 EJEMPLO DE RELACIÓN BENEFICIO - COSTO

evaluar la reducción del índice de serviciabilidad en función de las cargas equivalentes entre una estructura de

pavimento con un sistema de drenaje adecuado y una estructura de pavimento sin ningún tipo de sistema de

captación de aguas. adicionalmente, determinar el incremento en costos en una vía principal que fue diseñada con

la siguiente estructura de pavimento flexible:

espesor de la carpeta asfáltica: 7.5cm

espesor de la base granular: 30cm

espesor de la subbase granular: 40cm

cBR de la subrasante: 5%

solución:

1. Basándose en la metodología aasHto para el cálculo de pavimentos flexibles, se calcula el número estructural

de la siguiente forma:

sn = a1d1m1 + a2d2m2 + a3d3m3

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donde:

ai = coeficiente de la capa (1/pulg)

di = espesor de la capa (pulg)

mi = coeficiente de drenaje de la capa

Realizando el cálculo de sn, para nuestra estructura se obtiene un valor de 4.45

los datos utilizados en los coeficientes de capa m1, m2, m3 se tomaron de la tabla 8.4 donde se especifica el rango

de valores recomendados por aasHto.

Tabla 8.4 Valores de coeficiente de drenaje mi recomendados

2. con el número estructural calculado, determinamos el número de ejes equivalentes que es capaz de soportar la

estructura.

Parámetros para el cálculo:

confiabilidad: 95% (Para autopistas y vías principales)

desviación global: 0.45 (Pavimentos flexibles y construcciones nuevas)

módulo Resiliente: cBR subrasante x 1500 = 5 x 1500 = 7.500 psi

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Índice de serviciabilidad inicial: 4.0 (Bueno)

Índice de serviacibilidad final: 2.5 (Para autopistas y vías principales)

3. se calcula el nuevo número estructural considerando una reducción en los coeficientes de drenaje, ocasionados

por la presencia de agua en la estructura del pavimento, por la falta de un sistema de drenaje adecuado.

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4. con el nuevo sn, se calcula el nuevo número de ejes equivalentes que soportará la vía:

5. se calcula la reducción del índice de serviciabilidad en el periodo de vida útil de la vía, relacionando la variación

de ejes equivalentes en las dos situaciones antes evaluadas:

6. Para determinar la disminución de costos, tomamos como referencia del libro “drenaje en pavimentos de

autopistas y aeropuertos” de Harry R. cedergren, el capítulo no. 2 “clase de daños causados por la presencia

de agua en los pavimentos” y el capítulo no. 8. ”economía en pavimentos drenados y no drenados”, en donde

se muestran los resultados obtenidos en diferentes investigaciones y estudios realizados por entidades como

FHWa, Highway Research Board´s, autopistas del estado de georgia y la asociación de cemento Pórtland

entre otras, de varias autopistas principales en cuanto al comportamiento de las estructuras de los pavimentos,

bajo los efectos de carga de trafico en presencia de agua. con estos resultados se comprobó una disminución

considerable de su vida útil de servicio. Por ejemplo, a un pavimento sin daños ocasionados por el agua, se le

puede dar una vida de servicio de 20 años, pero si en el transcurso de un año, presenta exceso de agua en un

10% del tiempo, su vida de servicio puede reducirse a 10 años.

Basándonos en lo anterior, realizamos el siguiente cálculo para la estructura de la vía especificada inicialmente.

7. Para efectos prácticos, se tomará en cuenta sólo el costo de los materiales, ya que la mano de obra, equipo y

transporte de material varían de acuerdo a la zona donde se realice el proyecto.

a. diseño sin drenajes (vida efectiva = 10 años)

carpeta asfáltica = 7.5 cm

Base granular = 30 cm

subbase = 40 cm

costo por m2 diseño sin drenajes

carpeta asfáltica = 0.075 x (145.83 u$) = 10.94 u$

Base granular = 0.300 x (14.580 u$) = 4.37 u$

subbase = 0.400 x (12.080 u$) = 4.83 u$

Total = 20.14 U$

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Para una “vida útil” de 10 años, el (costo/m2/año) es igual a 20.14 u$/10 = 2.014 u$.

costo anual por m2 = 2.014 u$.

b. diseño con drenajes laterales (vida efectiva = 20 años)

carpeta asfáltica = 7.5 cm

Base granular = 30 cm

subbase = 40 cm

sección de subdrén = (60x40) cm

costo por m2 diseño con drenajes laterales

carpeta asfáltica = 0.075 x (145.83 u$) = 10.94 u$

Base granular = 0.300 x (14.58 u$) = 4.37 u$

subbase = 0.400 x (12.08 u$) = 4.83 u$

análisis de sección subdrén con geotextil y grava (medio filtrante) = 8.35 u$

Total = 28.49 U$

Para una “vida útil” de 20 años, el (costo/m2/año) es igual a 28.49 u$/20 = 1.42 u$.

costo anual por m2 = 1.42 u$.

Para este ejemplo, un diseño de pavimento bien drenado tiene un costo anual de 1.42 u$/2.014 u$ = 29.5% sobre

un pavimento no drenado.

BIBLIOGRAFÍA

• CEDERGRENH.R.,DrainageOfHighwayAndAirfieldPavements.

• CEDERGRENH.R.,Seepage,DrainageAndFlowNets.

• FAJARDO A., RODRÍGUEZ S., Diseño Racional De Elementos Filtrantes Para Sistemas De Subdrenaje, P.U.J.,

1999.

• FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, Geosynthetics Design And Constructuon Guidelines Publication No.

FHWa Hl-95-038.

• GEOTEXTILESANDGEOMEMBRANES,GEOSYNTHETICSINFILTRATION,DRAINAGEANDEROSIONCONTROL,

vol. 11.

• KOERNERR.M.,GeosyntheticsInFiltration,DrainageAndErosionControl.

• LAFLEURJ.,ROLLINA.L.,Geofilters’96,ComptesRendusProceedings,ÉcolePolytechniqueMontréal,1996.

• NOS4-6,1992,AnOfficialJournalOfTheInternationalGeotextileSociety.

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9sistemas de suBdRenaJe

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9.1 GENERALIDADES

el agua siendo un elemento fundamental para la existencia de la vida, es también la principal causa de los problemas

en la ingeniería geotécnica y una de las causas más relevantes del deterioro prematuro de las obras civiles. es por eso

que es necesaria la construcción de obras de drenaje adecuadas para cada caso. un correcto manejo de los fluidos

debe involucrar procesos de captación, conducción y evacuación, los cuales son de igual importancia.

cuanto más rápido se capte el agua en las obras civiles, se garantiza una mayor durabilidad de éstas. esto debido

a que el exceso de agua en los suelos afecta sus propiedades geomecánicas, los mecanismos de transferencia de

carga, incrementos de presiones de poros, subpresiones de flujo, presiones hidrostáticas y afecta la susceptibilidad

a los cambios volumétricos.

la utilización del geodrén Pavco es una excelente alternativa para el manejo del agua porque permite captarlos

y conducirlos de una manera rápida y eficiente, disminuyendo notablemente el tiempo de construcción de los

subdrenes por su facilidad de instalación. esto da como resultado una disminución de costos frente a otras alternativas

convencionales al reemplazar la explotación y transporte de materiales pétreos no renovables, disminuyendo el

fuerte impacto ambiental que esto genera.

Por tal motivo, los geodrenes representan una novedosa solución de ingeniería en obras de infraestructura y en

obras del sector predial.

9.2 INTRODUCCIÓN

este documento es una guía práctica para diseñar sistemas de drenaje, usando geodrén Pavco.

lo que tradicionalmente en la ingeniería se ha llamado filtros, realmente es un sistema de drenaje o subdrenaje.

un sistema de drenaje eficiente y estable es necesario que esté compuesto por un medio filtrante y otro drenante.

Para el caso de sistemas de drenaje con geodrén, la función de filtración (retener el suelo permitiendo el paso del

agua) la desempeña el geotextil no tejido punzonado por agujas. el medio drenante es el encargado de captar y

conducir el agua que pasa a través del filtro, función realizada por un elemento sintético que se conoce con el

nombre de geored. el geodrén planar Pavco es un geocompuesto que combina dos geosintéticos (geotextiles y

geored). cuando se le coloca un tubo de drenaje para evacuar los fluidos captados se le denomina geodrén circular.

(ver Figura 9.1)

Para lograr un buen diseño de un sistema de drenaje usando geodrén, se deben tener en cuenta los siguientes

aspectos fundamentales:

1. establecer el sitio o los sitios más convenientes en donde se requieran captar los fluidos.

2. estimar el caudal crítico para un tramo de diseño, el cual es la sumatoria de los caudales de aporte que provienen

del agua subterránea e infiltrada superficialmente.

3. establecer el geotextil a usar en el sistema de filtración. el uso de los geotextiles ha venido desplazando los

sistemas tradicionales de filtración, debido principalmente al aumento de la vida útil del sistema de drenaje,

facilidad de instalación y reducción de los costos totales de la construcción.

adicionalmente los geotextiles son materiales de alta calidad que se fabrican siguiendo unos procesos

normalizados, con el fin de lograr unas resistencias mecánicas y propiedades hidráulicas establecidas según

normas internacionales.

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4. establecer el sistema de evacuación de los líquidos que capta el geodrén. es necesario que este sistema sea un

tubo especial para drenaje.

Figura 9.1 diagrama de geodrén circular.

9.3 METODOLOGÍA DE DISEÑO DE SISTEMAS DE DRENAJE CON GEODRÉN

9.3.1 Sitios en donde se requieren captar los fluidos

las líneas de subdrenaje o subdrenes deben correr de tal manera que intercepten el agua lo más perpendicularmente

posible.

Figura 9.2 dirección de la resultante de dos pendientes dadas.

Para el caso de subdrenes en vías en donde la pendiente longitudinal sea mayor que la pendiente de bombeo, es

conveniente colocar subdrenes transversales. esto debido a que el agua se moverá en dirección a la suma vectorial

o resultante de las pendientes. Por ejemplo, un tramo con una pendiente longitudinal del 4% y una pendiente de

bombeo del 2%, la resultante está a 63 grados con respecto a la horizontal, en esa dirección se moverá el agua.

(ver Figura 9.2). en tramos de diseño de subdrenes, en donde las pendientes longitudinales sean mayores a las

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pendientes de bombeo, es más eficiente colocar subdrenes transversales, para que intercepten el agua lo más

perpendicularmente posible.

entre más cortas sean las líneas de flujo menor va ser el tiempo en que una estructura de pavimento permanezca

saturada, razón por la cual se recomienda colocar geodrén planar en contacto con los materiales granulares. en

este caso el gradiente hidráulico será igual a 1 y la máxima distancia que deberá recorrer el agua será el espesor de

la estructura de pavimento, la línea superior de flujo por abatimiento del nivel freático no llegaría a la estructura

de pavimento.

además el geodrén planar cumple la función de separar los materiales seleccionados de la estructura con el suelo

de subrasante, impidiendo la contaminación. (ver Figuras 9.3a y 9.3b).

Figura 9.3a trayectoria de las líneas de flujo.

Figura 9.3b trayectoria de las líneas de flujo.

la profundidad del subdrén debe ser tal, que la línea superior de flujo generada por abatimiento del nivel freático

no toque la estructura de pavimento.

Para el caso de muros en suelo reforzado, gaviones, muros en concreto, presas, diques, sótanos, cimentaciones

y zonas ajardinadas, es indispensable la colocación de sistemas de drenaje con el fin de mantener disipadas las

presiones hidrostáticas y/o subpresiones de flujo. Para estos casos el geodrén planar presenta excelentes ventajas,

principalmente por la gran área geométrica que se puede llegar a tener en contacto con los suelos y su gran

capacidad de recibir grandes caudales. (ver ejemplos de diseño).

en el caso de rellenos sanitarios además de disipar subpresiones de flujo y subpresiones de gases, tiene la capacidad

de drenar lixiviados ya que está compuesto por materiales sintéticos no biodegradables.

(ver Figura 9.4).

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Figura 9.4 aplicación del geodrén en rellenos sanitarios.

9.3.2 Estimación del caudal de diseño

a continuación se presenta una metodología para estimar el caudal de diseño en el caso de sistemas de subdrenajes

en vías.

los posibles caudales de aporte, que conforman el caudal final, los cuales pueden afectar la estructura de un

pavimento son:

• Elcaudalgeneradoporlainfiltracióndeagualluvia.

• Elcaudalgeneradoporelabatimientodelniveldeaguasubterránea.

• Elcaudalgeneradoporescorrentíasuperficial.

esta guía incluye la manera de estimar los dos primeros caudales, los cuales en la mayoría de los casos van a estar

presentes en el diseño de los subdrenes para vías. Para el caudal generado por escorrentía, como puede ser el caudal

proveniente de taludes aledaños a la vía y que no sea posible captar sus aguas, este debe ser cuantificado para ser

incluido en el diseño.


el agua lluvia cae directamente en la carpeta del pavimento. una parte de éste inevitablemente se infiltra en la

estructura del pavimento debido a que las carpetas de pavimento, tanto rígidas como flexibles, no son impermeables.

Por lo tanto el caudal de infiltración se calcula de la siguiente forma:

Qinf = iR * B * l * Fi * FR (9.1)

donde:

iR = Precipitación máxima horaria de frecuencia anual, registrada en la zona del proyecto.

dato que se puede extraer de las curvas anexas a éste documento (ver anexo 3),

las cuales son las de intensidad - duración - frecuencia para las diferentes zonas del


se escoge la curva de 2 años. alternativamente se pueden emplear ecuaciones para

determinar la precipitación si no se cuenta con curvas idF para la región en estudio.

dichas ecuaciones están correlacionadas con datos pluviométricos medidos en

campo. Para tal efecto se presenta en este manual la investigación realizada por

vargas y díaz-granados para determinar la ecuación más apropiada (ver anexo 4)

a emplearse para determinar la precipitación en el territorio colombiano (estas

ecuaciones se emplearan a criterio del diseñador).

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B = Para subdrenes longitudinales, B es la semibanca de la vía (ancho de la vía/2). Para

el caso de subdrenes transversales, B es la distancia entre subdrenes.


Fi = Factor de infiltración. (ver tabla 9.1)

FR = Factor de retención de la base. Refleja el hecho que las bases, dada su permeabilidad,

entregan lentamente el agua al subdrén. (ver tabla 9.2)

Tabla 9.1 Valores recomendados para Fi

Tabla 9.2 Valores recomendados para FR

Caudal por abatimiento del nivel freático

en sitios donde el nivel freático o el agua proveniente a presión alcancen una altura tal, que supere el nivel de

subrasante afectando a la estructura del pavimento, es necesario abatir este nivel de manera que no genere

inconvenientes por excesos de agua. el cálculo de este caudal se basa en los siguientes parámetros:

QnF = k * i * aa (9.2)

i = (nd – nf) / B

aa = (nd – nf) * l

donde:

k = es el coeficiente de permeabilidad del suelo adyacente.

i = es el gradiente hidráulico.

nd = cota inferior del subdrén. (ver Figura 9.3a)

nf = cota superior del nivel freático. (ver Figura 9.3a)

aa = es el área efectiva para el caso de abatimiento del nivel freático.

B = Para subdrenes longitudinales, B es la semibanca de la vía. Para el caso de subdrenes

transversales, B es la distancia entre subdrenes.


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Nota: el caudal por abatimiento del nivel freático en la mayoría de los casos se presenta a los dos lados de la sección

transversal del subdrén, el caudal de diseño (QnF) debe ser duplicado.

Caudal por escorrentía superficial

este caudal puede ser controlado con métodos de captación tales como cunetas, contracunetas y alcantarillas, de

manera tal, que se minimice la entrada de agua a la estructura del pavimento. en tramos donde se considere el

caudal de agua infiltrada proveniente de escorrentía como un caudal de aporte, se debe estimar teniendo en cuenta

los métodos hidrológicos y ser considerado en el diseño.

Caudal total de diseño

una vez estimados los caudales de aporte al sistema se obtiene el caudal de diseño:


Para el caso de estimar el caudal en estructuras de contención, se recomienda el uso de las redes de flujo, como se

ilustra en el ejemplo de diseño de drenaje de muros de contención.

9.3.3 Evaluación del geotextil a usar en el geodrén

el filtro evita una excesiva migración de partículas de suelo y simultáneamente permite el paso del agua, lo anterior

implica que el geotextil debe tener una abertura aparente máxima adecuada para retener el suelo, cumpliendo

simultáneamente con un valor mínimo admisible de permeabilidad que permita el paso del flujo de una manera

eficiente a la geored. Para la selección del geotextil no sólo hay que tener en cuenta lo anterior, sino además, la

resistencia a la colmatación y durabilidad, los anteriores criterios se explican a continuación:

Criterio de Retención (TAA)1

Este criterio asegura que las aberturas sean lo suficientemente pequeñas para evitar la migración del

suelo hacia el medio drenante o hacia donde se dirige el flujo.

De acuerdo con lo establecido en “Geotextiles Engineering Manual” de la Federal Highway Adminis-

tration (FHWA) y basados en los criterios de retención de Christopher y Holtz (1989), Carroll (1983), un

geotextil debe cumplir con la siguiente condición:

TAA < D85 x B (9.4)

donde:

taa = tamaño de abertura aparente, dato suministrado por el fabricante. corresponde a la

abertura de los espacios libres (en milímetros). se obtiene tamizando unas esferas de

vidrio de diámetros conocidos, cuando el 5% de un tamaño determinado de esferas

pasa a través del geotextil, se define el taa. ensayo astm d4751, inv e-907.

d85 = tamaño de partículas (en milímetros) que corresponde al 85% del suelo que pasa

al ser tamizado. este dato se obtiene de la curva granulométrica del suelo en

consideración.



1 HoltZ, Robert, geosynthetic engineering. Junio 1997, Pags. 36 – 38.

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función del coeficiente de uniformidad cu, donde cu = d60/d10, de la siguiente manera:

cu ≤ 2 ó cu ≥ 8 ⇒ B = 1

2 < cu ≤ 4 ⇒ B = 0.5 x cu

4 < cu < 8 ⇒ B = 8/ cu

• Parasuelosarenososmalgradados:Bentre1.5y2




• SegúnChristopheryHoltz,parasueloscohesivosconuníndicedeplasticidadmayora7,elvalordelTamañode

abertura aparente debe ser de:

taa < 0.30 mm

Criterio de Permeabilidad

debe permitir un adecuado flujo del agua a través del geotextil considerando su habilidad para esto.

el coeficiente de permeabilidad es la propiedad hidráulica por medio de la cual, el geotextil permite un adecuado

paso de flujo perpendicular al plano del mismo; para revisar la permeabilidad del geotextil se debe tener en cuenta

lo siguiente:

• Paracondicionesdeflujoestableoflujolaminarysuelosnodispersivos,conporcentajesdefinosnomayoresal

50%, y de acuerdo con el criterio de schober y teindl (1979); Water (1980); carroll (1983); christopher y Holtz

(1985) y otros:

kg > ks (9.5)

donde:

kg = Permeabilidad del geotextil

ks = Permeabilidad del suelo

• Paracondicionesdeflujocrítico,altosgradienteshidráulicosybuscandouncorrectodesempeñoa largoplazo

reduciendo los riesgos de colmatación se recomienda usar el criterio de carroll (1983); chistopher y Holtz (1985):

kg > 10 * ks (9.6)

en estas condiciones también se recomienda colocar una capa de arena media a gruesa.

Criterio de Colmatación

en aplicaciones críticas o en proyectos que involucren suelos muy finos se recomienda realizar ensayos de colmatación

con los suelos del sitio, la norma que describe este ensayo es la astm 5101 – 90 la cual se menciona en el capítulo

2 del presente manual.

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este criterio considera que existe la posibilidad de taparse algunos de sus vacíos debido a incrustación de partículas

de suelo, con una incidencia en la reducción de la permeabilidad, por lo tanto el geotextil debe tener un porcentaje

mínimo de espacios vacíos o una alta porosidad.

los geotextiles con una mayor resistencia a la colmatación, son los geotextiles no tejidos punzonados por agujas,

en los cuales la probabilidad a que se taponen gran parte de sus orificios es muy bajo debido al espesor que poseen

y a los altos valores de porosidad que presentan. los geotextiles no tejidos unidos por temperaturas o calandrados,

son mucho más delgados y rígidos, razón por la cual se parecen en su comportamiento a los geotextiles tejidos,

leuttich (1993).

los geotextiles tejidos tienen baja porosidad y el riesgo de colmatación muy alto, con la consecuencia de una pérdida

súbita en la permeabilidad; razón por la cual no se recomienda usarlos como filtros en sistemas de drenaje. de acuerdo

con el criterio de chistopher y Holtz, 1985; R. Koemer, 1990, los geotextiles usados como medios filtrantes deben

tener una porosidad: > 50%. Razón por la cual no se deben usar geotextiles tejidos en sistemas de subdrenaje.

Criterio de Durabilidad

este criterio se basa en la resistencia que debe tener un geotextil en el tiempo, bien sea por ataque químico,

biológico o por intemperismo.

los geotextiles por ser un material fabricado de polipropileno, no son biodegradables, son altamente resistentes al

ataque químico como por ejemplo en el manejo de lixiviados.

no se recomienda el uso de los geotextiles como sistemas de drenaje en sitios donde vayan a quedar expuestos a los

rayos ultravioleta por un tiempo prolongado. donde por razones de instalación y funcionamiento los geotextiles estén

expuestos al ataque de los rayos ultravioleta, estos deberán estar fabricados por compuestos, que les proporcionen

una alta resistencia a la degradación uv.

9.3.4 Cálculo hidráulico para la escogencia del geodrén

Evaluación según la permitividad del sistema

en el caso en donde el geodrén sea usado como sistema de subdrenaje en espaldones de estructuras de contención

o como sistemas de subdrenaje en vías, donde se involucren suelos de alta permeabilidad o en general cuando se

use este geocompuesto como medio filtrante para grandes caudales, se debe revisar la cantidad de flujo volumétrico

que puede pasar por unidad de área (tasa de flujo), en el plano normal al geodrén, frente a la cantidad de flujo

volumétrico a evacuar por metro lineal. Para lo cual se realiza el siguiente procedimiento:

Ψ = k / t (9.7)

donde:

Ψ = Permitividad. (s-1)

k = Permeabilidad del geocompuesto. (m/s)

t = espesor del geotextil de una cara del geocompuesto. (m)

1. teniendo el caudal que se requiere pasar por el filtro, el cual es el caudal calculado por metro lineal de subdrén,

se calcula la permitividad requerida del geotextil, haciendo uso de la ecuación de d´arcy.

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Q = k * i * a

Q = k * ∆h/t * a

Ψreq = Q / (∆h * H * l) (9.8)

donde:

Ψreq = Permitividad requerida del geotextil, k/t.

Q = caudal total a evacuar calculado.

∆h = cabeza hidráulica, que es igual a la altura del geodrén.

a = Área conformada por la cara perpendicular a la entrada del caudal.

H = altura del geodrén.

l = longitud del tramo de drenaje en consideración.

2. calcule la permitividad admisible, la cual se obtiene de la permitividad entregada por el fabricante (norma astm

d4491- inv e-905), dividida por unos factores de reducción (ver tabla 3.3).

Ψadm = Ψult / (FRscB* FRcR* FRin* FRcc* FRBc) (9.9)

donde:

Ψadm = Permitividad admisible.

Ψult = Permitividad última, entregada por el fabricante.

FRscB = Factor de reducción por colmatación y taponamiento.





3. calcule el factor de seguridad global:

Fsg = Permitividad admisible

Permitividad Requerida

Fsg > 1.0

Evaluación de la conducción del agua en el plano del geodrén

una vez se ha verificado que el geotextil permite la entrada del caudal total al sistema, se debe revisar la capacidad

del geodrén para transportar una cantidad de flujo volumétrico en su plano, conduciéndolo de esta manera a un

sistema de evacuación. esta capacidad del geodrén se conoce como tasa de flujo; para entender este concepto

analizaremos dicho valor haciendo uso de la ecuación de d´arcy.

Qt = k * i * a

Qt = k * i * (W * t)

Qt = (k * t) * i * W

Qt / W = (k * t) * i

qw = θ * i (9.10)

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donde:

qw = tasa de flujo. (m3/s-m)

θ = transmisividad requerida. (m2/s)

i = gradiente hidráulico.

Qt = caudal total estimado.

W = ancho del geocompuesto. (longitud del sistema de drenaje).

se puede observar que las unidades para la tasa de flujo y la transmisividad son las mismas, aunque se emplea una

nomenclatura diferente para poder diferenciarlas. los valores de la tasa de flujo y la transmisividad son los mismos

para un gradiente igual a uno (i = 1.0), valor que se adquiere cuando el geodrén es instalado de forma vertical, como

por ejemplo en el espaldón de un muro de contención o a los costados de una vía.

debido a que no siempre se cumplen las condiciones de flujo laminar y condición saturada en el sistema se

recomienda trabajar con la tasa de flujo.

calculada la tasa de flujo requerida por el sistema, se determina la tasa de flujo última, la cual se obtiene con base en los

datos suministrados por el fabricante y calculada por medio de la norma astm d4716 – 03 referenciada en el capítulo

2. la tasa de flujo última es variable y cambia para las condiciones de cada proyecto. los factores que modifican la

capacidad de transmitir un fluido a través de su plano en el caso de los geocompuestos son los siguientes:

Esfuerzo normal sobre el Geodrén

se debe establecer el esfuerzo normal máximo al que el geocompuesto será sometido, debido a que la presión de

tierras o las cargas aplicadas sobre el sistema en casos críticos pueden reducir la capacidad de transmisión del fluido

como consecuencia del cambio de espesor del geodrén.

σn = γ * h * Ka (9.11)

donde:

σn = esfuerzo normal máximo. (kPa)

γ = Peso específico del suelo en el cual se va instalar el geocompuesto. (Kn/m3)

h = altura a la cual el esfuerzo normal es máximo. (m)

Ka = coeficiente lateral de presiones.*

* en aplicaciones en las cuales el geodrén se encuentre instalado en posición vertical se tendrá en cuenta este factor debido a que los esfuerzos

laterales son menores a los esfuerzos verticales, generados por el suelo y las cargas aplicadas.

Gradiente Hidráulico

debido a que la tasa de flujo del sistema es proporcional al gradiente hidráulico, la pendiente o inclinación que tenga

el geodrén afectará directamente la cantidad de fluido que éste pueda transmitir.

en aplicaciones para sistemas de subdrenaje en espaldones de muros o en vías el valor de gradiente es 1.0, debido a

que el geodrén esta ubicado de forma vertical por lo que los fluidos tendrán una mayor facilidad para ser transmitidos

en el geocompuesto.

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en los casos donde el geodrén sea instalado de forma horizontal o con muy poca pendiente, como por ejemplo, en

casos donde se necesite abatir el nivel freático de una estructura de pavimento, o en rellenos sanitarios, se maneja

un gradiente aproximado de 0.1. condición en la cual la transmisión de flujo es menor debido a la pérdida de cabeza

hidráulica por unidad de distancia que es mayor en comparación a la pérdida de cabeza hidráulica del geodrén

instalado de forma vertical. este valor es recomendado y debe ser calculado para cada proyecto.

a continuación se presentan las gráficas para la estimación de la tasa de flujo en función del gradiente hidráulico y

el esfuerzo normal al que esta sometido el geodrén.

Figura 9.5 tasa de flujo en función del esfuerzo normal y el gradiente hidráulicogeodrén 1600/1600/4 mm.

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Figura 9.6 tasa de flujo en función del esfuerzo normal y el gradiente hidráulico geodrén 3000/3000/5 mm.

una vez se obtiene el valor de la tasa de flujo última, suministrada en las Figuras 9.5 y 9.6 se calcula el valor

admisible teniendo en cuenta los factores de reducción, los cuales varían según las condiciones del proyecto. los

rangos de estos factores se mencionan en la tabla 3.4 del presente manual.

qw adm = qw ult / (FRin* FRcR* FRcc* FRBc) (9.12)

donde:

qw adm = tasa de flujo admisible. (m3/s-m)

qw ult = tasa de flujo última. (ver Figuras 9.5 – 9.6)





Finalmente para la verificación del geodrén propuesto se verifica el factor de seguridad global:

Fsg = tasa de Flujo admisible

tasa de Flujo Requerida

Fsg > 1.0

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9.3.5 Sistema de evacuación de líquidos captados por el geodrén

una vez los fluidos son captados se deben evacuar. Para establecer el tipo y diámetro de tubería se deben revisar lo

siguiente:

Que el tubo tenga la capacidad de conducir la totalidad del caudal de diseño. Para estimar el caudal máximo que

puede transportar el tubo se estableció un nomograma con base en la ecuación de Prandtl colebrook, Figura 9.7.

en donde conociendo la pendiente y el caudal de diseño se puede establecer el diámetro de la tubería a usar.

en el anexo 2 de este capítulo se encuentran diferentes longitudes de descarga para cada uno de los geodrenes que

se pueden emplear en las obras con base en unos datos promedio establecidos inicialmente.

Figura 9.7 nomograma para el cálculo del diámetro de tubería a usar.

9.3.6 Aplicación en campos deportivos

se entiende por sistemas de subdrenaje todo el conjunto de subsistemas y elementos técnicamente interrelacionados

que permiten captar, conducir y evacuar un caudal previamente estimado en corto tiempo. una excelente alternativa

para cumplir con estas funciones y que además disminuye el tiempo de construcción debido a la facilidad de

instalación, es el geodrén Pavco, como ya se analizó en la sección anterior.

el sistema de subdrenaje en campos deportivos es de vital importancia debido a que el manejo adecuado del agua

es parte del funcionamiento óptimo de estas zonas, permitiendo el desarrollo de la actividad deportiva.

adicionalmente el correcto manejo del agua de exceso, permite el desarrollo de la capa vegetal, proporcionando

la aireación necesaria para la respiración de las plantas, de tal manera que se evita condiciones anaeróbicas con la

consecuente muerte de la vegetación.

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el caudal de agua de excesos que se debe manejar en los campos deportivos, con un sistema de subdrenaje, es el

aportado por precipitaciones directas en estas zonas, más el caudal generado por ascenso del nivel freático; cuando

este último se presenta.

Para realizar un correcto diseño y lograr una evacuación rápida del agua presente en las áreas de actividad deportiva

se debe tener en cuenta la siguiente metodología:

1. Estimación del caudal de diseño

a continuación se presenta una metodología para estimar el caudal de diseño en el caso de sistemas de subdrenaje

en campos deportivos.


el agua lluvia cae directamente sobre la grama del campo deportivo. gran parte de ésta se infiltra debido a la

permeabilidad del suelo. Para calcular el caudal por infiltración aportado al sistema de subdrenaje se utiliza la

siguiente ecuación:

Qinf = iR * a * Fi (9.13)

donde:

iR = Precipitación máxima horaria de frecuencia anual, registrada en el sitio más cercano

al proyecto. dato que se puede extraer de las curvas anexas a éste documento, las

cuales son las de intensidad - duración - frecuencia para las diferentes zonas del


se escoge la curva de 2 años.

a = Área del campo deportivo en consideración.

Fi = Factor de filtración que considera el efecto de pérdida de agua por efecto de

evaporación y saturación del suelo. (se sugiere usar de 0.7 a 0.8).

Caudal por abatimiento del Nivel Freático

Para el cálculo del caudal por abatimiento del nivel freático se puede emplear la metodología expuesta en el numeral

9.3.2.

Caudal total de diseño

una vez estimados los caudales de aporte al sistema se obtiene el caudal total de diseño:


2. Permeabilidad de la capa orgánica, incluyendo la capa vegetal

es importante tener una permeabilidad adecuada en la capa orgánica para entregar en el menor tiempo posible, el

caudal de agua lluvia, que cae directamente en el campo deportivo al sistema de captación.

como el suelo de la capa orgánica es un suelo conformado por partículas finas, con una permeabilidad muy baja,

se recomienda mezclar este material con un porcentaje de arena media a gruesa y de esta manera incrementar su

permeabilidad.

la mezcla obtenida debe conservar una adecuada proporción de nutrientes necesarios para el desarrollo de la

capa vegetal.

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se recomienda que el material que conforma la capa orgánica tenga una permeabilidad superior a 1x10–3 cm/s, para

lo cual se debe hacer ensayos de permeabilidad con los materiales del sitio y establecer el porcentaje de arena a usar

para cumplir esta condición, normalmente este porcentaje de arena es superior al 50%.

si no es posible garantizar una adecuada permeabilidad del conjunto, capa orgánica y grama es recomendable

colocar unos pequeños sumideros.

Figura 9.8 sumideros para incremento de velocidad de respuesta del sistema de drenaje.

estos sumideros son elementos de drenaje vertical que pueden ser cortinas de geotextil con capacidad de drenaje

en su plano o sifones de geotextil o de arena (ver Figura 9.8).

estos elementos de drenaje vertical se deben colocar mínimo uno por metro cuadrado.

3. Método de captación de agua

una vez el agua se ha infiltrado a través de la capa orgánica ésta se debe captar para ser llevada a los sistemas de

subdrenaje.

la captación del agua se puede hacer de las siguientes maneras:

la primera es considerar el diseño de un colchón drenante.

la segunda es considerar el diseño de subdrenes de captación en forma de espina de pescado o subdrenes transversales.

la tercera y más eficiente es contemplar la implementación de las dos alternativas anteriores como un sistema más

eficiente.

Colchón drenante con material granular y geotextil

el colchón drenante está constituido por un espesor de material granular, que debe cubrir toda la superficie y debe

protegerse con un geotextil adecuado que cumpla la función de filtración de manera que pase el agua y retenga los

suelos finos de la capa vegetal así se evitará la contaminación del colchón drenante.

Para la solución del geotextil adecuado, para esta función, remitirse a la selección de geotextil de drenaje en el

capítulo 8.

Para diseñar el espesor necesario del colchón drenante se debe tener en cuenta lo siguiente:

Qc.o. = Qc.d.

Qc.o. = kc.o. * i * ac.o.

Qc.d. = kc.d. * i * ac.d.

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donde:

Qc.o. = caudal que pasa a través de la capa orgánica.

kc.o. = Permeabilidad de la capa orgánica.

i = gradiente hidráulico.

ac.o. = Área de la sección transversal de la capa orgánica por metro lineal.

Qc.d. = caudal que pasa a través del colchón drenante.

kc.d. = Permeabilidad del colchón drenante.

ac.d. = Área de la sección transversal del colchón drenante por metro lineal.

Reemplazando las ecuaciones anteriores se tiene:

Qc.o. = Qc.d.

Qc.o. = kc.d. * i * ac.d.

Qc.o. = kc.d. * i * 1.0 * ec.d.

ec.d. = Qc.o. / (kc.d. * i * 1.0) (9.15)

donde:

ec.d. = espesor del colchón drenante.

adicionalmente se debe cumplir que el espesor del colchón drenante no debe ser menor a 10 cm.

Colchón drenante con geodrén planar

otra alternativa para el colchón drenante es el uso del geodrén planar, el cual presenta fuertes ventajas tales como:

• Facilidaddeinstalación.

• Grancapacidaddedrenajeapendientesmuybajas.

• Espesormuypequeño.(Aprox.1cm.)

el geodrén planar reemplaza el colchón drenante que normalmente se construye, con geotextil y material granular

con un espesor de 20 o 30 cm.

el diseño y selección de este tipo de sistemas, se basa en la metodología de diseño de sistemas de drenaje, numerales

9.3.3 a 9.3.5 en los cuales se evalúan las propiedades del geotextil como medio filtrante y al geocompuesto como

medio drenante, verificando su permitividad y su capacidad de conducción en el plano del mismo con pendientes

mínimas.

Colectores principales y colectores secundarios

los colectores secundarios son los encargados de transportar el agua hasta el o los colectores principales.

estos colectores pueden ser subdrenes de tipo francés (ver capítulo 8) o subdrenes compuestos por geodrén circular.

las configuraciones geométricas más usuales se ilustran en la Figura 9.9.

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Figura 9.9 configuraciones geométricas en sistemas de subdrenaje.

Para la escogencia del geocompuesto que cumpla con las características hidráulicas y mecánicas que resulten de los

diseños y la tasa de flujo que se presenta en el sitio, se debe seguir la metodología descrita en los numerales 9.3.3

a 9.3.5 de este manual.

Para el diseño de los colectores secundarios y el colchón drenante se utilizan áreas aferentes para determinar la

cantidad de flujo que aporta cada sector al geodrén, en caso de que el factor de seguridad global no cumpla para

el sistema, se recomienda aumentar el número de colectores secundarios con el fin de reducir su área aferente, para

que estos estén en la capacidad de transmitir el fluido al colector primario.

el ejemplo 9.4.3 presenta los pasos a seguir para el diseño de un sistema de drenaje para campos deportivos,

utilizando geodrén planar como colchón drenante y geodrén con tubería como colectores primarios y secundarios.

9.3.7 Aplicación en predial

así como el geodrén planar y geodrén circular se pueden emplear en sistemas de sub-drenaje para vías y campos

deportivos, otra de sus aplicaciones se encuentra en el sector predial. la principal aplicación en este sector se

presenta para protección de los muros de sótanos en edificios, los cuales y debido a su condición de encontrarse

bajo el nivel final del terreno pueden verse afectados por fuerzas hidrostáticas para los cuales no están diseñados

y que deben ser disipadas. adicionalmente la presencia del geodrén sirve como complemento de un sistema para

controlar humedades en estos muros.

el emplear un sistema de sub-drenaje incluyendo geodrén planar y geodrén circular permite obtener varias ventajas

entre las que se encuentran principalmente grandes rendimientos de instalación que representan menores costos

de construcción, manejo adecuado de aguas de infiltración y subsuperficiales que pueden generar problemas en

los muros y su flexibilidad al poderse obtener sistemas de sub-drenaje de diversas alturas empleando un sistema

complementario con geodrén circular y geodrén planar.

el caudal de agua de deberá ser evacuado por un sistema de subdrenaje de este tipo es el aportado por precipitaciones

directas en estas zonas que aporta el caudal por infiltración (si se tienen zonas verdes aledañas al muero), más el

caudal generado por ascenso del nivel freático cuando hay presencia de este último.

con el fin de determinar el caudal aportado por infiltración y por abatimiento de nivel freático, se deberán emplear

las metodologías expuestas en el numeral 9.3.2. la diferencia principal entre la primera metodología y aquella

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empleada para este caso radica en la diferencia del concepto aplicado para determinar B, que en este caso será

la longitud de afectación de las zonas verdes frente al muro. adicionalmente los parámetros de infiltración que se

deben tener en cuenta para esta metodología varían, según el criterio que adopte el diseñador.

con el fin de presentar una ilustración más clara para aplicaciones en predial, se presenta un ejemplo ilustrativo

dentro de la siguiente sección.

9.4 EJEMPLOS DE DISEÑO

9.4.1 Drenaje para un muro de contención

se va a construir un muro en suelo reforzado para estabilizar una ladera, el muro va a tener 7 m de alto y 30 m de

largo. el material de la ladera es una arena limosa (sm), con un peso específico de 18Kn/m3 y una permeabilidad ks

de 1.6 x 10-5 m/s, de acuerdo con la curva granulométrica presenta un d85 de 0.25 mm.

diseñar y evaluar el sistema de drenaje utilizando inicialmente geotextil y verificar si es adecuado para el proyecto.

luego realice el mismo diseño empleando geodrén Pavco con red de 5 mm.

Solución:


número de canales de flujo nc= 4

número de equipotenciales nf= 5

Qt = k * h * nc / nf * l (9.16)

Qt = 1.6 x 10-5 m/s * 7.0 m * (4/5) * 30.0 m

Qt = 2.688 x 10-3 m3/s

Figura 9.10 muro de contención en suelo reforzado.

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2. Escogencia del tipo de geotextil a usar como material drenante

Para escoger el geotextil más adecuado para esta aplicación se realiza un chequeo con base en los criterios de dicha

aplicación y los datos del enunciado.

• Criterio de retención (TAA)

taa < B * d85

B = 1.8; Para geotextiles no tejidos

taa ≤ 1.8 * 0.25 mm

taa < 0.45 mm

• Criterio de permeabilidad

como es un suelo con alto contenido de finos, se debe cumplir:

kg > 10 * ks

ks = 1.6 x 10-5 m/s

kg > 1.6 x 10-4 m/s

• Criterio de colmatación

la porosidad de los geotextiles no tejidos punzonados por agujas son superiores al 80%, por lo tanto todos los

geotextiles no tejidos punzonados por agujas cumplen con este criterio. los geotextiles tejidos y los no tejidos

termounidos o calandrados no cumplen con este criterio.

• Criterio de supervivencia

cuando se presentan condiciones severas de instalación con esfuerzos de contacto altos. se evalúan todas las

características mecánicas que tienen los posibles geotextiles a usar frente las especificaciones según el artículo 673

del invias o en su defecto la norma aasHto m288-05.

Tabla 9.3 Especificaciones generales de construcción de carreterasArtículo 673 INVIAS – AASHTO M288-05

con base en los criterios anteriores y comparando las especificaciones de los geotextiles (ver apéndice a), los

geotextiles que cumplen estos criterios son: nt2500, nt3000, nt4000, nt5000, nt6000, nt7000. se selecciona el

geotextil nt2500 por ser el técnica y económicamente más conveniente.

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3. Cálculo hidráulico para la escogencia del geotextil

el caudal por unidad de longitud ó tasa de flujo que se requiere evacuar es:

Qt = 2.688 x 10-3 m3/s

qw req = Qt / l

qw req = 2.688 x 10-3 m3/s / 30.0 m

qw req = 8.96 x 10-5 m3/s-m

cálculo de la tasa de flujo última del geotextil:

Q = k * i * a

Q = k * i * t * W

Q / W = i * (k * t)

qw ult = i * (k * t)

donde:

qw ult = Q / W. tasa de flujo última del geotextil

i = gradiente hidráulico

k = Permeabilidad del geotextil

t = espesor del geotextil

Reemplazando los valores se obtiene la tasa de flujo última para el geotextil nt2500 es:

qw ult = 1.0 * (3.6 x 10-3 m/s * 2.0 x 10-3m)

qw ult = 7.20 x 10-6 m3/s-m

una vez obtenida la tasa de flujo última para el geotextil, se calcula la tasa de flujo admisible, teniendo en cuenta

los factores de reducción para drenaje por gravedad que aparecen en la tabla 3.3.

qw adm = qw ult / (FRscB * FRcR * FRin * FRcc * FRBc)

qw adm = 7.20 x 10-6 m3/s-m / (2.0 * 2.0 * 1.2 * 1.2 * 1.2)

qw adm = 10.417 x 10-7 m3/s-m

Finalmente se compara la tasa de flujo admisible con la requerida para determinar el factor de seguridad global:

Fsg = qw adm / qw req

Fsg = 10.417 x 10-7 m3/s-m / 8.96 x 10-5 m3/s-m

Fsg = 0.012 << 1.0

Por lo que no es viable usar un geotextil no tejido como medio “drenante” en el sistema debido a la magnitud de

caudal a conducir en su plano. es por esto que se hace necesaria para este tipo de proyectos la colocación de un

sistema de subdrenaje compuesto por grava y geotextil no tejido ó estudiar la opción de colocar un geodrén planar

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como medio de captación que pueda captar y conducir caudales considerables como los que se presentan en este

tipo de proyectos.

4. Evaluación del geotextil a usar en el geodrén

debido a que en la selección del geotextil como material drenante ya se revisaron los criterios para la escogencia, se

sabe que el geotextil nt3000 con el cual se fabrica el geodrén 3000/3000/5 mm cumple con todos los criterios de

selección y es apropiado para este diseño en particular.

5. Cálculo hidráulico para la escogencia del geodrén

• Evaluación según la permitividad del sistema

Cálculo de la permitividad requerida por el geotextil del geodrén como medio filtrante.

Q = k * i * A

Q = k * ∆h / t * a

k / t = Q / (∆h * H * l)

Ψreq = Q / (∆h * H * l)

Ψreq = 2.688 x 10-3 m3/s / (7.0 m * 7.0 m * 30.0 m)

Ψreq = 1.83 x 10-6 s-1




con base a la permitividad última del geodrén, se calcula la permitividad admisible, teniendo en cuenta los factores

de reducción para filtros en el espaldón de muros de contención que aparecen en la tabla 3.3.


Ψadm = 2.0 s-1 / (2.0 * 1.5 * 1.1 * 1.0 * 1.0)

Ψadm = 0.60 s-1



Fsg = 0.60 s-1 / 1.83 x 10-6 s-1

Fsg >> 1.0

Por lo que el geotextil nt3000 es apto como medio “filtrante” en el sistema.

• Evaluación de la conducción del agua en el plano del geodrén

se determina el esfuerzo normal al geodrén con base al peso específico del suelo y a la profundidad más crítica

donde se encuentra el geodrén, debido a que para este proyecto el geodrén se instalará de forma vertical, el

esfuerzo normal es equivalente al esfuerzo lateral de tierras, por lo que se tiene en cuenta el coeficiente de presión

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activo, este se debe calcular para cada proyecto según los parámetros dados por el tipo de suelo y geometría del

sistema, para este caso y con el fin de ilustrar el cálculo se toma un valor aproximado:

σn = γ * h * Ka

σn ≈ 18.5 Kn/m3 * 7.0 m * 0.5

σn ≈ 64.75 kPa

debido a que el geodrén se ubicará de forma vertical, el valor del gradiente hidráulico será igual o aproximado a 1.0.

con estos dos valores, se determina la tasa de flujo última para el geodrén 3000/3000/5 mm según la Figura 9.6.

qw ult = 2.5 x 10-4 m3/s-m

con base a este dato, se calcula la tasa de flujo admisible. teniendo en cuenta los factores de reducción para muros

de contención que aparecen en la tabla 3.4.

qw adm = qw ult / (FRcR * FRin* FRcc* FRBc)

qw adm = 2.50 x 10-4 m3/s-m / (1.3 * 1.2 * 1.1 * 1.0)

qw adm = 1.46 x 10-4 m3/s-m



Fsg = 1.46 x 10-4 m3/s-m / 8.96 x 10-5 m3/s-m

Fsg = 1.62 > 1.0

Por lo tanto el geodrén 3000/3000/5 mm es adecuado para el sistema de subdrenaje en el espaldón del muro.

6. Sistema de evacuación de los líquidos

se revisa la capacidad de conducción del caudal total (ver Figura 9.7). las tuberías que cumplen lo anterior son:

φ100, φ160, φ200. se escoge la tubería φ100 mm por ser la solución técnica y económicamente más conveniente.

9.4.2 Sistemas de subdrenaje en una vía

se requiere diseñar los subdrenes para una vía ubicada en la zona andina. el sector en consideración presenta una

pendiente promedio del 1%, el ancho de la vía es de 12 metros. la posición del nivel freático es 0.20 m a partir del nivel

original. en el diseño de la estructura de pavimento se estableció que se excavará 0.50 m por debajo del nivel freático

y se reemplazará por materiales seleccionados. el material de subrasante presenta las siguientes características:

clasificación u.s.c.: cl

Permeabilidad (k) = 8.5 x 10-6 m/s (obtenida por ensayos in-situ)

d85= 0.06 mm (dato extraído de la curva granulométrica).

diseñar el sistema de subdrenaje con geodrén estableciendo la longitud máxima en donde la tubería podrá realizar

la descarga a la atmósfera.

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Figura 9.11 geodrén circular (con tubería perforada).

solución:


• Caudal por infiltración

Qinf = iR* B * l * Fi* FR

iR = 60 mm/h = 1.67 x 10-5 m/s

(obtenido de las curvas de intensidad – duración- frecuencia)

B = 6.0 m (semibanca)

l = ?

Fi = 0.4

FR = 0.5

Qinf = 1.67 x 10-5 m/s * 6.0 m * l * 0.4 * 0.5

Qinf = 2.004 x 10-5 m2/s * l

• Caudal por abatimiento del nivel freático

QnF = k * i * a

i = (nd - nf)/B = (0.7 - 0.2) / 6 = 0.0834

k = 8.5 x 10-6 m/s

a = (0.7 m - 0.2 m) * l

QnF = 8.5 x 10-6 m/s * 0.0834 * 0.5 m * l * 2 = 7.09 x 10-7 m2/s * l

• Caudal total de diseño

Qt = Qinf+ QnF= 2.075 x 10-5 m2/s * l

Para establecer la longitud de tramos en donde se requiere hacer la descarga de agua a la atmósfera se debe considerar

la capacidad máxima de flujo de la tubería. en este caso para 1% de pendiente (ver anexo 2 de este capítulo).

2. Determinación del diámetro de la tubería

se diseña para que cada 150 m se realicen descargas de agua a la atmósfera usando una tubería de 4” de diámetro.

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entonces:

Qt = 150.0 m * 2.075 x 10-5 m2/s

Qt = 3.11 x 10-3 m3/s

3. Evaluación del tipo de geotextil a usar en el geodrén

se revisa si el geotextil del geodrén cumple con todos los criterios de diseño.


Para suelos cohesivos con un índice de plasticidad mayor a 7, el valor del tamaño de abertura aparente debe ser de:

taa < 0.30 mm

0.15 mm < 0.30 mm (ver apéndice a: especificaciones de Productos)



kg = 0.0042 m/s (ver apéndice a: especificaciones de Productos)

ks = 8.5 x 10-6 m/s

kg > 10 * ks


la porosidad de los geotextiles no tejidos punzonados por agujas son superiores al 80%.

4. Cálculo hidráulico para la escogencia del geodrén


Se realiza el cálculo de la permitividad requerida por el geotextil como medio filtrante.

Q = k * i * a

Q = k * ∆h / t * a

k / t = Q / (∆h * H * l)

Ψreq = Q / (∆h * H * l)

Ψreq = 3.11 x 10-3 m3/s / (0.70 m * 0.70 m * 150.0 m)

Ψreq = 4.23 x 10-5 s-1





de reducción para sistemas de subdrenaje que aparecen en la tabla 3.3.

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Ψadm = 2.0 s-1 / (2.0 * 1.1 * 1.1 * 1.2 * 2.0)

Ψadm = 0.34 s-1



Fsg = 0.34 s-1 / 4.23 x 10-5 s-1

Fsg >> 1.0


•Evaluacióndelaconduccióndelaguaenelplanodelgeodrén

se calcula el esfuerzo normal actuante con base al peso específico del suelo y a la profundidad más crítica donde se

encuentra el geodrén, debido a que el geodrén se ubicará de forma vertical se calcula el esfuerzo normal, teniendo

en cuenta el coeficiente lateral de presión de tierras:

σn = γ * h * Ka

σn ≈ 20.0 Kn/m3 * 0.70 m * 0.5

σn ≈ 7.0 kPa

el valor del gradiente hidráulico será igual o aproximado a 1.0, debido a la posición del geodrén.

con estos dos valores, se determina la tasa de flujo última para el geodrén 3000/3000/5 mm según la Figura 9.6,

se toma el esfuerzo normal mínimo de la gráfica, debido a que el geodrén está a una profundidad menor de 1.0 m

de profundidad.

qw ult = 3.5 x 10-4 m3/s-m

con base a este dato, se calcula la tasa de flujo admisible. teniendo en cuenta los factores de reducción para

sistemas de subdrenaje en vías que aparecen en la tabla 3.4.


qw adm = 3.5 x 10-4 m3/s-m / (1.2 * 1.5 * 1.1 * 1.0)

qw adm = 1.77 x 10-4 m3/s-m

el valor de la tasa de flujo requerida se determina dividiendo el caudal total de diseño sobre la longitud del geodrén

entre descarga y descarga:

qw req = Qt / l

qw req = 3.11 x 10-3 m3/s / 150.0 m

qw req = 2.075 x 10-5 m3/s-m

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Fsg = 1.77 x 10-4 m3/s-m / 2.075 x 10-5 m3/s-m

Fsg = 8.5 >> 1.0

Por lo tanto el geodrén 3000/3000/5 mm es adecuado para el sistema de subdrenaje en el tramo de la vía en

consideración.

9.4.3 Sistema de Subdrenaje en un campo deportivo

se requiere diseñar el sistema de subdrenaje para una cancha de fútbol en un campo deportivo ubicado en la ciudad

de manizales, de dimensiones 100 m x 60 m.

se encontró en el terreno un suelo orgánico (limo) con las siguientes características:

ll = 40, lP = 31, iP = 9

clasificación usc: ml, 100 % fino

Permeabilidad (k) = 3.86 x 10-7 m/s


el caudal de diseño está conformado por el caudal procedente de agua lluvia, llamado caudal por infiltración

únicamente, debido a que en el terreno en consideración no hay presencia de nivel freático.

• Caudal por Infiltración

Qinf = iR * at * Fi

donde:

iR = 32 mm/h = 8.88 x 10-6 m/s

Precipitación máxima horaria de frecuencia anual, registrada en el sitio más cercano

al proyecto. como no se tiene precipitación máxima horaria para manizales, se

toma la de la estación más cercana, en este caso guamo – tolima, basado en las

curvas intensidad, duración y frecuencia. curva 2 años, 120 min)

alternativamente se pueden emplear ecuaciones para determinar la precipitación

si no se cuenta con curvas idF para la región en estudio. dichas ecuaciones están

correlacionadas con datos pluviométricos medidos en campo. Para tal efecto se

presenta en este manual la investigación realizada por vargas y díaz-granados para

determinar la ecuación más apropiada (ver anexo 4) a emplearse para determinar la

precipitación en el territorio colombiano (estas ecuaciones se emplearan a criterio

del diseñador).

at = 100 m * 60 m = 6000 m2

Fi = 0.7

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entonces:

Qinf = iR * at * Fi

Qinf = 8.88 x 10-6 m/s * 6000 m2 * 0.70

Qinf = 0.037 m3/s

Qt = 0.037 m3/s, debido a que no hay presencia de nivel freático

2. Permeabilidad de la capa orgánica

como el suelo encontrado es un limo orgánico, se hace necesaria una mezcla con arena, buscando aumentar la

permeabilidad del suelo sobre el sistema de drenaje.

en la tabla 9.4 se presentan unos resultados de ensayos de permeabilidad de cabeza constante realizados para

diferentes mezclas de un limo orgánico con una arena de tamaños medios a gruesos.

Tabla 9.4 Ensayos de permeabilidad de cabeza constante, realizados en el laboratorio dela facultad de Ingeniería Civil de la Pontificia Universidad Javeriana

arena media a gruesa: nl - nP

clasificación usc: sP

con base en lo anterior se observa que un porcentaje óptimo de arena, en este caso y para este tipo de material

orgánico, para aumentar la permeabilidad es del 40%.

la permeabilidad del limo orgánico es de 3.86 x 10-7 m/s, al mezclarlo con 40% de arena aumenta a 2.38 x 10-5 m/s.

es importante conocer que para el buen funcionamiento de un sistema de subdrenaje, la permeabilidad del suelo

no puede ser menor a 1 x 10-5 m/s.

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3. Método de captación de agua

los colectores principales y secundarios son diseñados con el sistema geodrén con tubería de drenaje y son función

de la geometría del terreno y del caudal de diseño definido.

3.1 Colchón drenante con geodrén planar

evaluación del tipo de geotextil a usar en el colchón drenante.

se revisa si el geotextil del geodrén cumple con todos los criterios de diseño.


Para suelos finos con un índice de plasticidad mayor a 7, el valor del tamaño de abertura aparente debe ser de:

taa < 0.30 mm

0.15mm < 0.30 mm (ver apéndice a: especificaciones de Productos)



kg = 0.0042 m/s (ver apéndice a: especificaciones de Productos)

ks = 2.38 x 10-5 m/s

kg > 10 * ks


la porosidad de los geotextiles no tejidos punzonados por agujas son superiores al 80%.

cálculo hidráulico para la escogencia del geodrén planar como colchón drenante.


asumiendo una altura promedio de 10 cm de capa orgánica sobre el geodrén planar, se calcula la permitividad

requerida del geotextil.

Q = k * i * a

Q = k * ∆h / t * a

k / t = Q / (∆h * H * l)

Ψreq = Q / (∆h * H * l)

Ψreq = 0.037 m3/s / (0.10 m * 60.0 m * 100.0 m)

Ψreq = 6.17 x 10-5 s-1

Para este cálculo se tomó el caudal total de diseño y el área de todo el campo de fútbol, como sección transversal

perpendicular al flujo.



Ψult = 2.0 s-1 (ver apéndice a. especificaciones de Productos).

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de reducción para sistemas de subdrenaje que aparecen en la tabla 3.3.


Ψadm = 2.0 s-1 / (2.0 * 1.1 * 1.1 * 1.2 * 2.0)

Ψadm = 0.34 s-1



Fsg = 0.34 s-1 / 6.17 x 10-5 s-1

Fsg >> 1.0


• Evaluación de la conducción del agua en el plano del geodrén

Para el diseño del colchón drenante se utiliza el área aferente para determinar la cantidad de flujo que debe manejar

el geodrén planar, en caso de que el factor de seguridad no cumpla para el sistema, se recomienda disminuir la

longitud de descarga del colchón drenante, para estos casos la distancia entre colectores, reduciendo de esta forma

su área aferente, para que estos estén en la capacidad de transmitir el fluido a los colectores secundarios.

aa = lc-c * W (9.17)

aa = 6.0 m * 1.0 m

aa = 6.0 m2

donde:

aa = Área unitaria del colchón drenante con geodrén planar (m2)

lc-c = longitud entre colectores, es la longitud máxima que el agua debe recorrer en el

colchón drenante para ser captada por el colector (m)

W = ancho del geodrén planar, dimensión normal al sentido del flujo (m)

el caudal para esta área aferente se calcula de la siguiente forma:

Qaa = Qt * aa / at (9.18)

Qaa = 0.037 m3/s * 6 m2 / 6000 m2

Qaa = 3.7 x 10-5 m3/s

una vez obtenido el caudal que capta el colchón drenante por área aferente, se verifica si el geodrén a seleccionar

puede conducir en su plano el caudal calculado.

qw req = Qaa / W (9.19)

donde:

qw req = tasa de flujo requerida para el colector (m3/s-m)

Qaa = caudal calculado para el área aferente del colector (m3/s)

W = ancho del geodrén planar (m)

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en este caso el ancho del geodrén es la unidad por lo que el valor de la tasa de flujo será la misma que el caudal del

área aferente. Reemplazando los valores en la fórmula anterior se obtiene:

qw req = 3.7 x 10-5 m3/s / 1.0 m

qw req = 3.7 x 10-5 m3/s-m

Para determinar la tasa de flujo última del geodrén planar como colchón drenante se utiliza la Figura 9.6 y como

datos de entrada el gradiente igual a 0.1 por la posición casi horizontal del geodrén y el esfuerzo normal mínimo de

la gráfica, debido a que el geodrén está a una profundidad menor de 1.0 m de profundidad.

qw ult = 7.16 x 10-5 m3/s-m

con base a la tasa de flujo última para el geodrén instalado de forma horizontal, se calcula la tasa de flujo admisible,

teniendo en cuenta los factores de reducción para colchón drenante, propuestos en la tabla 3.4.


qw adm = 7.16 x 10-5 m3/s-m / (1.3 * 1.2 * 1.0 * 1.0)

qw adm = 4.59 x 10-5 m3/s-m



Fsg = 4.59 x 10-5 m3/s-m / 3.7 x 10-5 m3/s-m

Fsg = 1.24 > 1.0

Por lo tanto el geodrén 3000/3000/5 mm es adecuado como colchón drenante para la cancha de fútbol.

3.2 Colectores Secundarios

los colectores secundarios se diseñan para manejar el caudal de agua aferente a cada una de las áreas en las que se

encuentran y luego se conectan al colector principal que permite evacuar el agua hacia los desagües existentes.

la forma de conectarse con los geodrenes con tubería circular de 160 mm de diámetro (6”), que corresponde a

los colectores principales, es directamente en el sitio de la obra, empleando un accesorio denominado silla t para

la tubería.

lo importante es que lleguen en una cota superior a la del tubo del geodrén de los colectores principales, en

contacto directo con el geotextil y la geored.

se colocarán 16 colectores secundarios con geodrén en cada lado de los colectores principales, separados por una

distancia de 6 m entre ellos. Ya que se verificó que a esta distancia el colchón drenante es capaz de manejar el flujo

aportado por la infiltración en la cancha de fútbol.

estos colectores secundarios deben llegar a una cota superior a los colectores principales y en el momento de

interceptarlos se les debe dar una pequeña curva hacia el sentido del flujo para que se acoplen correctamente. es

importante que en estos sectores de intersección se rellene la zanja con arena para que el agua llegue al sistema del

colector principal sin problema y para darle soporte al geodrén en este sector.

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Para el diseño de los colectores secundarios se calculan sus áreas aferentes para determinar la cantidad de flujo que

aporta cada sector al geodrén. se debe revisar que el factor de seguridad cumpla para el sistema, garantizando la

transmisión del fluido al colector primario.

aa = 6.0 m * 60.0 m / 2 = 180 m2 por cada colector secundario

Qaa = Qt * aa / at

Qaa = 0.037 m3/s * 180 m2 / 6000 m2

Qaa = 1.11 x 10-3 m3/s

teniendo una pendiente del 1% y en relación con el nomograma basado en la ecuación del Prandtl -colebrook (Figura

9.7), se determina que el diámetro de la tubería más adecuado para los colectores secundarios es de 100mm (4”).

una vez obtenido el caudal que capta cada colector por área aferente, se verifica si el geodrén a seleccionar puede

conducir en su plano el caudal calculado.

qw req = Qaa / lc (9.20)

donde:

qw req = tasa de flujo requerida para el colector (m3/s-m)

Qaa = caudal calculado para el área aferente del colector (m3/s)

lc = longitud del colector secundario (m)

en este caso la longitud de cada colector secundario es la misma y equivale a la mitad del ancho del campo de

fútbol, por lo que reemplazando los valores en la fórmula anterior se obtiene:

qw req = 1.11 x 10-3 m3/s / 30.0 m

qw req = 3.7 x 10-5 m3/s-m

Para determinar la tasa de flujo última del geodrén se utiliza la Figura 9.6 y como datos de entrada el gradiente igual

a 1.0 por la posición vertical del geodrén y el esfuerzo normal mínimo de la gráfica, debido a que el geodrén esta a

una profundidad menor de 1.0 m de profundidad.

qw ult = 3.5 x 10-4 m3/s-m

el cálculo de la tasa de flujo admisible del colector secundario se realiza utilizando los factores de reducción para

campos deportivos, propuestos en la tabla 3.4.


qw adm = 3.5 x 10-4 m3/s-m / (1.0 * 1.0 * 1.0 * 1.1)

qw adm = .18 x 10-4 m3/s-m



Fsg = 3.18 x 10-4 m3/s-m / 3.7 x 10-5 m3/s-m

Fsg = 8.6 >> 1.0

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Por lo tanto el geodrén 3000/3000/5 mm es adecuado como colector secundario para la cancha de fútbol.

Figura 9.12 detalle recorrido del agua colchón drenante y colector secundario.

3.3 Colectores Principalesse van a diseñar 4 colectores principales, con geodrén con tubería circular, que corren de manera longitudinal y

paralela con la longitud mayor del campo de fútbol; debido a las condiciones topográficas se recomienda conectar

los colectores a los desagües existentes en la zona.

at = 100m * 60m = 6000m2

Qt = 0.037 m3/s

s = 1% (seleccionada)

el diámetro de la tubería a usar puede ser determinado utilizando el nomograma basado en la ecuación de Prandtl

- colebrook (Figura 9.7)

según el nomograma para una pendiente del 1% y los cuatro diámetros de tuberías existentes para geodrén el

caudal máximo a transportar es el siguiente:

tubería de 65 mm (2.5”) ⇒ Qmax = 0.00119 m3/s

tubería de 100 mm (4”) ⇒ Qmax = 0.00433 m3/s



el caudal requerido para cada colector principal es igual a 0.009 m3/s, por lo tanto la tubería a usar para los

conectores principales es de 160 mm (6”).

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Figura 9.13 distribución esquemática de los colectores principales y los colectores secundarios.

los geodrenes con tubería se pueden fabricar de 1.05 m de altura ó de 0.52 m (media malla) de acuerdo a la

profundidad de excavación que se defina. sin embargo, el sistema de geodrén es muy flexible y si en algunos tramos

sobra un poco de altura, se puede doblar sin ningún problema.

el ancho mínimo de las zanjas debe ser de 20 cm, ancho que se consigue con una pala pequeña de excavación y la

profundidad se debe definir de acuerdo a la pendiente y a la cota en que se encuentran los desagües y el pozo final.

el material de relleno de las zanjas debe ser un material permeable, que permita el paso del agua a los geodrenes,

pero no necesariamente debe ser un material seleccionado como se utilizaría en los sistemas tradicionales de drén

francés. de acuerdo a las propiedades de permeabilidad del material de excavación, este puede ser utilizado si la

permeabilidad es adecuada y si el contenido de limos y arcillas es mínimo. Para definir si el material de excavación

se puede utilizar es necesario conocer su tipo y sus propiedades.

9.4.4 Sistemas de Sub-drenaje en Predial Ejemplo 1

Para un proyecto en la ciudad de Pasto, colombia, se plantea la construcción de un edificio de seis pisos y un nivel

de sótano. de acuerdo con los estudios geotécnicos se conoce que la profundidad del nivel freático esta ubicada

a 6 m por debajo del nivel del terreno en época de invierno, y que no se presentarán ascensos por capilaridad que

puedan afectar la estructura.

el suelo de fundación es un limo arenoso ms con una permeabilidad igual a 2.5 x 10-5 m/s. con el fin de dar un

manejo adecuado al agua que por infiltración puede afectar la edificación, se plantea la construcción de un sistema

de sub-drenaje empleando geodrén circular para captar, conducir y evacuar dicha agua. el estudio hidrosanitario

arrojó que se tendrán cajas de inspección cada 30 m y que la pendiente a manejar entre cada una es el 1%.

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Figura 9.13 esquema ejemplo sistema de sub-drenaje.


debido que no se encontró presencia de nivel freático que pueda afectar la estructura, solamente se tiene en cuenta

el caudal por infiltración de la superficie (zona verde) adyacente a la estructura.

•Caudalporinfiltración

Qinf = iR * at * Fi

donde:

iR = 24 mm/h = 6.66 x 10-6 m/s

Precipitación máxima horaria de frecuencia anual, registrada en el sitio más cercano

al proyecto. como no se tiene precipitación máxima horaria para Pasto, se toma la

de la estación más cercana, en este caso Río mira – nariño, basado en las curvas

intensidad, duración y frecuencia. Para la curva de 2 años y 120 min.

alternativamente se pueden emplear ecuaciones para determinar la precipitación

si no se cuenta con curvas idF para la región en estudio. dichas ecuaciones están

correlacionadas con datos pluviométricos medidos en campo. Para tal efecto se

presenta en este manual la investigación realizada por vargas y díaz-granados para

determinar la ecuación más apropiada (ver anexo 4) a emplearse para determinar la

precipitación en el territorio colombiano (estas ecuaciones se emplearan a criterio

del diseñador).

at = 30 m * 6 m = 180 m2 (área aferente de cada colector).

Fi = 0.7

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entonces:

Qinf = iR * at * Fi

Qinf = 6.66 x 10-6 m/s * 180 m2 * 0.70

Qinf = 0.00084 m3/s

Qt = 0.00084 m3/s, debido a que no hay presencia de nivel freático.

2. Selección del Geodrén Adecuado

según el nomograma para una pendiente del 1% y los cuatro diámetros de tuberías existentes para geodrén circular,

el caudal máximo que pueden transportar es el siguiente:





el caudal determinado para cada tramo de 30 metros entre caja y caja para cada colector principal es igual a 0.00084

m3/s. con este caudal total se determina que la tubería adecuada a emplear para estos colectores principales es de

65 mm (2.5”).

Figura 9.14 esquema de la propuesta para el sistema de sub-drenaje.

Para la selección de la altura del geodrén el parámetro más adecuado en este caso es la altura que tendrá la

estructura directamente en contacto con el suelo. en este caso el nivel más bajo del sótano estará a 2.4 m por debajo

del nivel del terreno, por lo tanto esta es la altura seleccionada.

9.4.5 Sistemas de Sub-drenaje en Predial Ejemplo 2

se plantea la construcción de una bodega de dos niveles que cuenta con un área de 80m x 120m. de acuerdo

a los resultados obtenidos por el estudio geotécnico, se determinó que la altura del nivel freático se encuentra

a 0.5 m por debajo del nivel final del terreno. el suelo de fundación es una arcilla normalmente consolidada que

clasifica como cH, que de acuerdo a los ensayos realizados tiene una permeabilidad igual a 1.5 x 10-5 m/s. debido

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a consideraciones estructurales de diseño para el proyecto se determinó que la profundidad de la cimentación se

realizará mediante zapatas aisladas a una profundidad de 1 m por debajo del nivel final del terreno.

debido a la necesidad de controlar el nivel freático que afectará la estructura a nivel de cimentación y del suelo

de fundación, se instalará un sistema de sub-drenaje con geodrén circular el cual es necesario diseñar. el estudio

hidrosanitario determinó que se ubicarán cajas de inspección cada 40m con una pendiente del 1%.

Figura 9.15 esquema ejemplo sistema de sub-drenaje.


debido a que la superficie aledaña a la estructura se hará en pavimento asfáltico y tendrá un sistema adecuado de

drenaje superficial, no se considerará aporte de caudal por infiltración.

Primero se deberá definir un esquema en planta de la distribución del los geodrenes con el fin que estos no interfieran

con la cimentación, otras redes, y que este de acuerdo con los puntos de desagüe más adecuados; de esta forma se

determinará el área aferente para cada geodrén (se recomienda que dicha distancia no sea mayor a 10 m). dicha

situación se muestra a continuación:

Figura 9.16 Planta de las áreas aferentes propuestas.

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•Caudalporabatimientodenivelfreático

QnF = k * i * a

i = (nd - nf)/B

i = (0.1 - 0.5) / 10 = 0.05

k = 1.5 x 10-5 m/s

a = (1.0 m - 0.5 m) * 40 = 20 m2. (Área de afectación sobre el geodrén para el caso

de abatimiento del nivel freático)

QnF = 1.5 x 10-5 m/s * 0.05 * 20 m2 * 2 = 3.0 x 10-5 m3/s

Qt = 3.0 x 10-5 m3/s, debido a que no hay presencia de caudal de infiltración

2. Selección del Geodrén Adecuado para los colectores secundarios

según el nomograma para una pendiente del 1% y los cuatro diámetros de tuberías existentes para geodrén circular,

el caudal máximo que pueden transportar es el siguiente:





el caudal determinado para cada tramo seleccionado es igual a 0.00003 m3/s. con este caudal se determina que los

colectores secundarios (internos) se pueden hacer con geodrén circular con tubería de 65 mm (2.5”).

3. Selección del Geodrén Adecuado para los colectores primarios

luego de la selección de la solución adecuada para los colectores secundarios o internos, es necesario conectarlos

a un colector primario que será el que evacuará el agua finalmente a los desagües con que se disponga, y de

ahí fuera de la estructura. el colector principal tendrá conducirá un caudal aportado por un área aferente de

40 m (distancia entre descoles), según lo establecido por el diseño hidrosanitario, más el aporte de caudal de tres

colectores secundarios que se conectan a éste.

Figura 9.17 Planta esquema de los colectores propuestos.

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9.5 EJEMPLO DE RELACIÓN BENEFICIO – COSTO

un tramo de una vía en ejecución tiene un ancho de calzada de 14m, longitud de 250 m, pendiente de 2%,

y presenta problemas de estabilización ocasionados por el nivel freático de la zona. se requiere diseñar los

subdrenes longitudinales y evaluar la alternativa más económica entre el uso de un geodrén y un dren francés

convencional si el caudal estimado para la zona es de 5.600 cm3/s. el material del agregado disponible en la zona

tiene un tamaño de 1”.

solución:

con un caudal de 5600 cm3/s y una pendiente del 2%, según el nomograma de Prandtl colebrook (Figura 9.7) se

necesita emplear una tubería perforada de drenaje de 100 mm (φ 4") para el sistema de geodrén.

Para calcular la dimensión necesaria de la sección del subdrén francés en una vía con pendiente de 2%, se tomó

como referencia las tablas guía de diseño del anexo 1 de este capítulo.

donde:

Haciendo la comparación de costos de las dos alternativas, tenemos lo siguiente:

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265

Para una longitud de 250 ml, y construyendo el drenaje a los dos lados de la sección transversal de la vía, tenemos:

costo geodrén φ 4”:

10.25 u$/m.l x 250 m x 2 = 5,125.44 u$

costo subdrén francés:

15.42 u$/m.l x 250 m x 2 = 6,624.04 u$

lo que equivale a una diferencia en costos de 30%, entre el uso del geodrén y el tradicional subdrén francés.

BIBLIOGRAFÍA

• CEDERGRENH.R.,DRAINAGEOFHIGHWAYANDAIRFIELDPAVEMENTS,REPRINTED.,U.S.A.,1987.

• KOERNERR.M.,DESINGNINGWITHGEOSYNTHETICS,5ED.,U.S.A.,2005.

• KOERNERR.M.GEOSYNTHETICSINFILTRATION,DRAINAGEANDEROSIÓNCONTROL,REPRINTED.,ENGLAND,

1992.

• HOLTZR.,GeosyntheticEngineering.Junio1997,Pags.36–38.

• VARGAS R., DIAZ-GRANADOS M., CURVAS SINTÉTICAS REGIONALIZADAS DE INTENSIDAD-DURACIÓN-

FRecuencia PaRa colomBia. 1998.

• FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, GEOSYNTHETICS DESING AND CONSTRUCTION GUIDELLINES,

PuBlication. no Hi – 95 038, 1995.

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ANEXO 2

guÍa PaRa el cÁlculo de longitud de descaRga en geodRenes

Datos iniciales

Precipitación máxima horaria anual (iR) 45 mm/h

Permeabilidad del suelo (K) 0,00085 cm/s

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ANEXO 2


Datos iniciales



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Datos iniciales



ANEXO 2


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ANEXO 3

cuRvas de intensidad - duRaciÓn - FRecuencia

Regió

n del

caribe

Regi

ón d

el P

acífi

co Región andina

Región orinoquia

Región amazonia

Regiones climatológicas de colombia

•Matitas

•SantaLucía

tulio ospina saravena

condoto el dorado gaviotasguamo

Rio Palo

el mira

sibundoy

•Leticia

ubicación de las estaciones en las regiones climatológicas de colombia

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RESUMEN

las curvas intensidad-duración-Frecuencia (idF) permiten la estimación de volúmenes de drenaje superficial mediante

modelos lluvia-escorrentía en cuencas pequeñas para las cuales no existen registros de caudal. los métodos

tradicionales de cálculo de curvas idF requieren el uso de información pluviográfica. el empleo de ecuaciones que

permitan estimar las curvas idF a partir de información pluviométrica constituye una alternativa para aquellas zonas

que solo disponen de registros de lluvias a nivel diario. a partir de 165 curvas idF ubicadas en diversas zonas

de colombia y los resúmenes multianuales pluviométricos de las mismas, se evaluaron las principales ecuaciones

propuestas en la literatura y se establecieron nuevas ecuaciones para cuatro grandes regiones de colombia.

Introducción

en el diseño de obras de drenaje y de estructuras hidráulicas es indispensable conocer el comportamiento hidrológico

del área. en las zonas en las cuales no se disponen registros de caudales, éstos se deben determinar mediante modelos

hidrológicos lluvia-escorrentía. en estos modelos es necesario precisar la profundidad de precipitación máxima que se

espera tener con un determinado período de recurrencia. al analizar esta información se puede obtener el volumen

máximo de agua que debe ser evacuado en un cierto lapso de tiempo. de ahí se obtiene el caudal de diseño de la

obra, el cual establece el tamaño de la misma y afecta directamente los costos de construcción.

en general, las zonas de las cuales no se dispone de información histórica de caudales son cuencas pequeñas o

subcuencas en las cuales el tiempo de concentración es relativamente corto. usualmente las duraciones de estos

eventos son menores a 24 horas, siendo las 3 primeras horas las más importantes.

las curvas intensidad-duración-Frecuencia (idF) sintetizan el comportamiento pluvial de una zona y su determinación

es de vital importancia por los motivos antes mencionados. en estas curvas se puede conocer la intensidad máxima

de precipitación que se espera tener durante determinada duración de lluvia, en un evento que en promedio

ocurriría cada cierto número de años.

Justificación y Objetivos

usualmente las curvas idF se determinan mediante análisis del mayor número posible de registros pluviográficos

pertenecientes a la estación de estudio. en las cartas pluviográficas están consignados los perfiles de cata tormenta,

es decir la profundidad de precipitación acumulada en función del tiempo. el problema que se presenta es la escasez

de estaciones que registran información de este tipo, probablemente a causa de sus altos costos de instalación y

mantenimiento. la mayor parte de estaciones existentes en el país son pluviométricas y registran la información

de precipitación a nivel diario, por lo cual no se puede realizar el análisis de frecuencia tradicional. la información

generada por éstas es discreta y no continua, por lo cual no se conoce la forma en que se distribuye la precipitación

ANEXO 4

cuRvas s intét icas RegionaliZadas de intensidad-duRaciÓn-

FRecuencia PaRa colomBia

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283

a lo largo de cada tormenta, sino únicamente con un nivel de agregación de 24 horas. la estimación de curvas idF a

partir de información pluviométrica se presenta como una alternativa muy importante para resolver este problema.

a través de los años se han propuesto diversas ecuaciones empíricas que pretenden describir las curvas idF de una

forma generalizada. adicionalmente, se han elaborado otras que permiten generar curvas idF sintéticas a partir

de información pluviométrica. mediante esta investigación se evaluó la aplicabilidad de las principales ecuaciones

propuestas en la literatura en el caso particular de colombia, y se analizaron nuevas ecuaciones empíricas como

alternativa a las probadas en otros sitios del planeta. se realizaron análisis en conjunto y por regiones climatológicas,

esto último con el fin de aumentar la confiabilidad de las curvas sintéticas.

Procedimiento

Recopilación de curvas IDF

la primera gran etapa del análisis la constituyó la recopilación de cerca de 250 curvas idF para diferentes estaciones

del país. estas curvas fueron tomadas de diversos estudios de ingeniería, anuarios metereologicos y artículos

publicados. las principales fuente de información fueron el Fonade, la eaaB, la c.v.c., las eePPmm, cenicaFe, y

algunas de las principales firmas de consultoría del país. se consideraron aquellas curvas que fueron calculadas por

métodos tradicionales de análisis de frecuencia puntuales y de las cuales se pudieran conocer como unos mínimos

criterios de determinación.

Selección de Curvas IDF Reales

a partir de las curvas recopiladas, se tomaron en cuenta únicamente aquellas que fueron determinadas con por lo

menos diez años de registros pluviograficos, con lo cual se tendría una mejor calidad de información. el número de

curvas reales se redujo a cerca de 170.

Recopilación de Información Pluviométrica

se consiguió la información pluviométrica correspondiente a las estaciones para las cuales se habían escogido las

curvas reales. de acuerdo con las ecuaciones utilizadas para estimar curvas idF sintéticas, la información pluviométrica

requerida corresponde a los resúmenes multianuales de precipitación máxima en 24 horas, el número de días

con lluvia y la precipitación multianual. esta información fue solicitada a la entidad operadora de cada estación

en medio magnético, aunque en algunos casos fue necesario consultar directamente los anuarios metereológicos

correspondientes al período de registro con el cual fueron calculadas las curvas. Para algunas estaciones no se logró

conseguir esta información, con lo cual el grupo final de estaciones analizadas fue de 165.

Regionalización de las Estaciones

con el propósito de aumentar la confiabilidad de las ecuaciones propuestas, y en razón al número de curvas

disponibles durante la segunda etapa de la investigación, se decidió dividir el territorio nacional en 5 grandes

zonas. esto permitió hacer análisis independientes con estaciones que pertenecieran a la misma región geográfica,

buscando condiciones metereológicas regidas por fenómenos similares para cada grupo de estaciones.

la división se hizo con base en la propuesta por vélez (1983), la cual contempla las siguientes regiones climatologicas:

Región andina (R1), Región del caribe (R2), Región del Pacífico (R3), Región orinoquía (R4) y Región amazonía (R5).

en la figura 1 se muestra la ubicación de las 165 estaciones utilizadas en los análisis.

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Regió

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caribe

Regi

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co

Región andina

Región orinoquia

Región amazonia

Figura 1. Regiones climatológicas de colombia

Ecuaciones que describen las curvas IDF

en 1932, Bernard propuso una ecuación general para las curvas idF.

i = a * (tb / tc)

en donde i es la intensidad media en mm/h, t es el tiempo de retorno en años, t es la duración en horas; a, b, y c

son constantes que dependen del sitio.

Powell por su parte, propuso en el mismo año los valores de b y c de la ecuación de Bernard como 0.25 y 0.75

respectivamente.

de esta forma la ecuación de Powell es:

i = K * (t0.25 / t0.75)

donde K es una constante que depende del sitio; t y t son los mismos parámetros de las ecuación de Bernard.

como parte del análisis, se estableció la aplicabilidad de estas dos ecuaciones. en la primera fase del estudio (vargas,

1997), después de analizar 62 estaciones se concluyó lo siguiente: siendo la ecuación de Powell un caso particular

de la ecuación de Bernard, restringe las pendientes de las curvas y la separación entre las mismas (lo cual sucede al

asignar valores únicos a los coeficientes c y b respectivamente).

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en la segunda fase del estudio (vargas, 1998) se verificó la ecuación de Bernard con las 165 curvas idF obteniendo

los valores para cada parámetro de la ecuación que se presentan en la tabla 1. el análisis se hizo por regiones y para

el conjunto total de curvas.

Tabla 1 Valores estadísticos de los parámetros de la Ecuación de Bernard

la ecuación de Bernard es válida para duraciones de lluvia mayor o igual a 5 minutos.

Ecuaciones para la estimación de curvas IDF

en 1969, Bell propuso un método para poder estimar las curvas idF, utilizando como base información de estados

unidos continental, Hawai, alaska, Puerto Rico, australia, sudáfrica y Rusia. Bell propuso una ecuación para estimar

las curvas a partir de lluvias agregadas cada 10 minutos (P2,10) y otra para información a nivel horario (P2,60). esta

última es:

Pt,t = (0.35 * ln(t) + 0.76) * (0.54 * t0.25 - 0.50) * P2,60

válida para t entre 2 y 100 años y t entre 5 y 120 minutos. en esta ecuación Pt,t es la profundidad de precipitación, en

pulgadas, correspondiente a un evento de precipitación con una duración de t minutos y un período de retorno de t

años. Bell propone estimar P2,60 a partir de información a nivel diario con base en relaciones empíricas desarrolladas

previamente por Hershfield y Wilson en 1955:

P2,60 = 0.17 m n0.33 si 0.0 < m < 2.0 pulg. y 1 < n <=80

P2,60 = 0.21 m0.67 n0.33 si 2.0 < m < 4.5 pulg. y 1 < n <=80

en donde m es el promedio del valor máximo anual de precipitación diaria y n es el número promedio anual de días

con tormenta (thunderstorm days).

sin embargo, los resultados obtenidos mediante la utilización de la ecuación que emplea P2,60 en vez de P2,10 son

descritos por el propio Bell como “desafortunadamente menos satisfactorios”. es por esto que se recomienda su

uso sólo en caso de ser necesario.

en la primera etapa de este estudio se analizó la aplicabilidad de la ecuación de Bell para colombia. Para las 62

estaciones inicialmente analizadas, en el 50% de los casos el valor estimado de intensidad tuvo error relativo menor

a ±40% y solo en el 32% de los casos fue menor a ±20%. se concluyó que la ecuación de Bell no es confiable

para su aplicación en el país, probablemente por la diferencia de condiciones hidroclimatológicas que existen con

las regiones en las cuales fue derivada. esta ecuación resulta aplicable exclusivamente en zonas que presenten

precipitaciones máximas diarias que sean menores a 2 pulgadas. en colombia una gran parte de regiones no se

ajustan a esa condición.

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R10/

en 1983 chen propuso una fórmula generalizada para las curvas idF en los estados unidos:

it = a *i10log(102-xtx-1)

t 1

(t+b)c

en donde es la intensidad en pulg/h, t es el tiempo de retorno en años, t es la duración en horas, x es la relación

; a, b y c son parámetros que dependen de la relación . esta definida como la profundidad de

precipitación correspondiente a una duración t y un tiempo de retorno t.

en 1992, Kothyari y garde realizaron un estudio de curvas idF para la india con 80 curvas idF reales, en el cual

verificaron diferentes ecuaciones propuestas en la literatura y propusieron una nueva ecuación. Partieron de los

resultados obtenidos por Raudkivi(1979), quien encontró que las propiedades de las celdas convectivas asociadas

con lluvias de corta duración (menor a 24 horas) son similares en regiones hidrológicamente diferentes. además, a

partir de una comparación entre las ecuaciones que representan curvas idF para duraciones cortas propuestas por

chow(1964), Raudkivi(1979), Pert et al.(1987), chen(1983), y Hargreaves(1988), encontraron que los exponentes

de los parámetros t y t de la ecuación 1 varían entre 0.18 y 0.26 para t y entre 0.7 y 0.85 para t. los resultados

obtenidos de la ecuación de chen(1983) no resultaron satisfactorios por los cual los investigadores decidieron

calibrar diferentes ecuaciones semejantes a la de Bernard(1932). después de un detallado estudio encontraron que

aquella que permite estimar las curvas idF de la manera más aproximada es la siguiente:

i = c t0.20 (R2 )0.33

t0.71 24

en donde i es la intensidad media en mm/h, t es el tiempo en retorno en años, t es la duración en horas, es

la profundidad de precipitación en mm correspondiente a un período de retorno de 2 años y una duración de 24

horas, y c es una constante que depende de las estaciones analizadas. en el caso de la india c=8.31, con errores

menores a ±30% en el 95% de los casos.

Para una misma estación el valor de c es diferente para t ≤ 10 min. esto indica que la inclusión del término no

refleja todos los factores que afectan un punto de la curva.

Ecuaciones propuestas para Colombia

en la primera etapa de la investigación se consideró apropiado utilizar la ecuación de Kothyari y garde pero en una

forma más generalizada:

i = a * tb (R2 )d

tc 24

de este modo se calculó el valor para cada una de las 53 estaciones de las cuales se tenían registros multianuales

de precipitación máxima diaria. se calibró la ecuación con 36 de las estaciones y luego se verificó con las restantes

17. los resultados de la regresión indicaron que la ecuación de mejor ajuste, con un coeficiente de determinación

r2=0.91, es:

i = 0.65 t0.22 (R2 )0.92

t0.62 24

it

t

Rt

tR100

/R10

t t R10

/R10

1 24

R10

24

R2

24

R2

24

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287

en la segunda etapa de la investigación la ecuación de Kothyari y garde fue modificada para facilitar el procesamiento

de la información. se reemplazó el término por el promedio del valor máximo anual de precipitación diaria m,

de tal manera que quedó:

i = a * tb * md

tc

a partir de esta ecuación se realizaron variaciones en los diferentes parámetros obteniendo después de muchos

análisis que la ecuación anterior es la que finalmente se ajusta más a las diferentes condiciones evaluadas para

colombia.

el ajuste de la ecuación con base en las 165 estaciones agrupado por regiones produjo los valores de los parámetros

que se presentan a continuación

Tabla 2 Valores de los parámetros de la Ecuación de Kothyari y Garde para Colombia

Conclusiones y Recomendaciones

• Elniveldeconfiabilidaddelascurvassintéticasestádirectamenterelacionadoconlacantidaddeinformación

disponible para calibrar las ecuaciones correspondientes a cada región climatológica. el error esperado al

estimar una intensidad de lluvia en la Región orinoquía (R4) es mayor que en las Regiones 1, 2 y 3. esto no es

sorprendente si se tiene en cuenta que para esta zona del país sólo se recopilaron 4 curvas idF reales.

• EnlaregiónAndina(R1)seobtuvieronlosmayoresnivelesdeconfiabilidad.Lagranmayoríadeintensidades

estimadas se concentran alrededor de las intensidades observadas, con una baja dispersión de datos.

• EnlasregionesCaribeyPacífico(R2yR3respectivamente)seobtuvieronresultadosbastanteaceptables,apesar

de que la dispersión es mayor que en la región andina (R1). el menor número de curvas analizadas parece ser la

razón.

• EsnecesariodisponerdeunmayornúmerodecurvasrealesparaaquellaszonasdelpaíscomolaOrinoquíay

amazonía. en esta última no se consiguió ninguna curva real, por lo cual no es pudo obtener ninguna ecuación

regionalizada.

BIBLIOGRAFÍA

Bell F.c., generalized Rainfall-duration-Frequency Relationships, Journal of Hydraulics division, vol.95, no. HY1,

enero 1969.

Bernard m, m. Formulas for Rainfall intensities of long durations, trans, asce, vol.96, 1932.

R2

24

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LO

9

chen c., Rainfall intensity-duration-Frequency Formulas, Journal of Hydraulic engineering, vol.109, no.12,

diciembre 1983.

chow v.t. Handbook of applied Hydrology, macgraw Hill Book co, new York, n.Y., 1964.

gert, a., Wall, d.J., White, e.l., dunn, c.n., Regional Rainfall intensity-duration-frequency curves for Pennsylvania,

Water Resour. Bulletin, 23(3), 1987.

Hargreaves g.H., extreme Rainfall for africa and other developing areas, Journal of irrigation and drainage

engineering, vol 114, no.2, mayo 1988.

Hershfield d.m., Weiss l. l. y Wilson W.t., synthesis of Rainfall-intensity Frequency Regime, Journal of Hydaulics

division, asce, vol.81, no.HY Proc. Paper 774, Julio 1955.

Kothyari u.c. y garde R.J., Rainfall intensity-duration-Frequency Formula for india Journal of Hydraulic engineering,

vol.118, no.2, Febrero 1992.

Powell R.W., discussion of Formulas for Rainfall intensities of long durations, de Bernard m.m., trans., asce,

96,1932.

Raudkivi a.J., an advance introduction to Hydrological Processes and modelling, oxford Pergamon Press, new York,

1979.

vargas R., curvas sintéticas de intensidad-duración-Frecuencia para colombia, departamento de ingeniería civil,

universidad de los andes, Julio 1997.

vargas R., curvas sintéticas de intensidad-duración-Frecuencia para colombia, Regionalización e implementación

de un sig, departamento de ingeniería civil, universidad de los andes, Julio 1998.

velez F., curvas intensidad-duración-Frecuencia en Regiones climatológicas de colombia, Facultad de ingeniería

civil, universidad santo tomas de aquino, 1983.

Trabajo de Investigación realizado por:

Rodrigo vargas m., ing. civil, Programa magíster en ing. civil, universidad de los andes, Bogotá d.c.- colombia.,

1998.

mario diaz-granados o., Profesor asociado, dpto. ingeniería civil y ambiental, universidad de los andes, Bogotá

d.c. – colombia, 1998.

10muRos de contenciÓn ReFoRZados

con geosintét icos

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10.1 GENERALIDADES

uno de los tipos de obras más comunes en la ingeniería son los muros de contención, bien sea para la conservación

de las dimensiones de la banca en vías, contención de suelos o conformación de áreas planas.

tradicionalmente se han venido utilizando muros de contención por gravedad que absorben las presiones horizontales

gracias a su gran masa. una de las alternativas presentadas a mediados de la década de los sesenta, fue creada

por el ingeniero francés Henry vidal, que consistía en la inclusión de una serie de tiras metálicas, amarradas a unos

elementos externos que componían la cara del muro, hasta una determinada longitud dentro del relleno utilizado,

para conformar así la masa de contención.

este es un sistema que se ha venido empleando con relativo éxito en la actualidad y tiene el nombre registrado

de tierra armada. aunque el sistema ha presentado un buen desempeño, su principal problema radica en la

determinación de la duración del refuerzo metálico dentro del suelo, teniendo en cuenta que se encuentra expuesto

a un proceso permanente de corrosión.

gracias al desarrollo de nuevos materiales que pueden soportar las condiciones de humedad y de acidez o

alcalinidad dentro del suelo, se ha venido implementando el uso de mantos sintéticos tales como los geotextiles

y geomallas, para que suministren refuerzo, debido a las características mecánicas que estos poseen, como es su

resistencia a la tensión.

los estudios que condujeron al uso de esta nueva tecnología tuvieron origen en Francia y suecia a finales de la

década de los setenta.

los muros de contención reforzados con geosintéticos se han convertido mundialmente en una alternativa de

construcción frente a los muros de concreto reforzado y a los terraplenes conformados, principalmente cuando hay

deficiencias en la capacidad portante del suelo de fundación o cuando las condiciones geométricas de la sección

a desarrollar no permiten que las zonas de relleno sean conformadas con un ángulo igual o menor al de reposo

natural del suelo de relleno.

no es necesario que las condiciones sean tan críticas como las mencionadas anteriormente, la gran ventaja es que

son alternativas más económicas, de hecho bajo las mismas condiciones geotécnicas y constructivas, un muro de

suelo reforzado puede originar una reducción de los costos totales de un 30 a un 60%, si se compara con los muros

reforzados en concreto, debido al hecho que se pueden emplear materiales térreos del sitio.

alrededor del mundo, este sistema es empleado masivamente en vías y con el fin de ganar área útil en lotes que la

han perdido por efecto de deslizamientos.

la evolución en este campo ha sido tan grande que hoy en día, gracias a investigaciones realizadas por la FHWa

(Federal Highway administration) de los estados unidos, se han desarrollado métodos constructivos y de diseño para

conformar terraplenes de acceso a puentes en suelo reforzado con geosintéticos.


al incluir un material con resistencia a la tensión dentro de una masa de suelo que debe soportar una serie de

empujes, se logra aumentar la resistencia general del conjunto, básicamente por el esfuerzo friccionante desarrollado

entre el geosintético y las capas de suelo adyacentes.

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existen un sinnúmero de planteamientos para resolver el diseño de un muro en suelo mecánicamente estabilizado,

dentro de los cuales se pueden nombrar el del servicio Forestal de los estados unidos (Revisado en 1983), Broms

(1978), collin (1986), Bonaparte et al. (1987), leshinsky y Perry (1987), schmertmann et al. (1987), Whitcomb y Bell

(1979) y gómez (1998).

la diferencia entre estos métodos radica principalmente en la manera de enfocar las distribuciones de esfuerzos,

la superficie de falla y los valores para los diversos factores de seguridad involucrados. su similitud se basa en

que asumen que en la estructura no se presentan presiones hidrostáticas y que la superficie de falla activa es una

superficie plana definida por la metodología de Rankine. sin embargo, se ha demostrado que la inclusión de un

refuerzo altera el estado de esfuerzos y tensiones en una masa de suelo, haciendo que la superficie de falla sea

diferente a la de una masa de suelo no reforzada.

Para permitir una familiarización con el proceso de diseño que los muros en suelo reforzado requieren, se listará a

continuación la serie de pasos necesarios con el fin de evaluar tanto la estabilidad interna como externa del muro.

10.2.1 Establecer los límites del diseño, condiciones iniciales, alcance del proyecto y cargas externas

10.2.1.1 determinar la altura máxima del muro, variaciones de alturas, sección transversal y longitud total. el nivel

superior servirá como referencia para la construcción de todas las capas en el caso de muros con alturas variables,

es decir, se recomienda que el muro tenga continuidad en su sentido longitudinal. (ver Figura 10.1).

Recomendable No Recomendable

Figura 10.1 continuidad de las capas de refuerzo

10.2.1.2 determinar la inclinación de la cara del muro en relación con la horizontal. se define 70° como la inclinación

mínima para los muros de contención, de lo contrario el caso sería el de un terraplén o un talud, donde la superficie

de falla es curva y los métodos a utilizar para determinarla no se ajustan al modelo de falla de Rankine.

10.2.1.3 evaluar las cargas externas y su ubicación (ver Figura 10.2).

a. Presión lateral de tierras

b. sobrecarga uniforme, q = γ * d (10.1)

c. sobrecargas concentradas, Fv, Fh

d. cargas vivas, ∆q

e. cargas sísmicas, αg

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Figura 10.2 conceptos de presión de suelos y teoría de muros con geotextil.

10.2.1.4 en el caso de existir un terraplén sobre el muro, determinar la inclinación β con respecto a la horizontal y

definirlo como una sobrecarga.

10.2.1.5 Para proteger el muro de la acción ambiental (radiación ultravioleta), de actos vandálicos o de la posible

acción de roedores, este se debe cubrir con elementos rígidos o flexibles, tales como:

• Mampostería: se puede pensar en utilizar cualquier tipo de bloques para conformar la fachada, la cual no

soportará ningún tipo de empuje horizontal originado por el muro reforzado con geosintético. se deberá verificar

el comportamiento estructural de la fachada independientemente de la estructura en suelo reforzado.

• Panelesde concreto: sedeberápensardurante el cálculode la separación vertical entre capasde refuerzo,

la posición para la inclusión de las varillas de anclaje para los paneles. se recomienda que los pases queden

ubicados de tal manera que no vayan a romper el geotextil sobre la cara vertical del muro.

• Recubrimientoenmorterooconcretolanzadoofundidoin-situ:paraestetipodeacabados,sedebeconsiderar

la utilización de una malla de vena, colocada adecuadamente sobre la cara vertical del muro.

• Recuperaciónempleandovegetación:paratalefectosepuedenemplearmantosparaelcontroldelaerosión

permanentes tipo Pece (Productos enrollados para el control de la erosión) tRm 450 junto con una mezcla de

semillas y lodo fertilizado. estos mantos protegerán el geotextil, las semillas y el lodo fertilizado hasta que se

establezca la vegetación.

• Silasobrassontemporales,estoes,laduracióndelavidaútildelmuronocomprenderáunperíododetiempo

mayor a los 6 meses, el geotextil podrá dejarse expuesto.

• Paraelcasoenquelosmurosensueloreforzadoempleengeomallascomorefuerzo,estospodránserrecubiertos

con cualquiera de los sistemas anteriormente mencionados. se deberá hacer énfasis en la construcción de la

fachada empleando elementos prefabricados en concreto, los cuales están conectados con el refuerzo y son de

fácil colocación. igual que los recubrimientos realizados con mampostería estructural, el comportamiento de

estos debe ser verificado garantizando su estabilidad independientemente de la estructura en suelo reforzado.

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10.2.1.6 determinar la separación entre cada una de las capas de refuerzo con geosintético. se recomienda por

comodidad en la etapa de diseño, que únicamente se trabaje con un sólo tipo de geosintético y dejar que la

separación vertical sv entre capas sea el factor variable.

sin embargo, otra alternativa que resulta técnica y económica factible en el diseño de muros en suelo reforzado

en especial para alturas mayores a 8m, es la de usar para el mismo muro dos o más referencias de geotextiles o

geomallas conservando un mismo espesor de capa, según la resistencia requerida para cada capa del refuerzo. (ver

numeral 10.3).

10.2.1.7 Para garantizar que el muro trabaje bajo los supuestos de diseño, principalmente bajo condición sin presión

hidrostática se deberá incluir un adecuado sistema de drenaje. Para tal efecto se considera lo siguiente:

• Drenajeenlabasedelmuro:Paracontrolarlosascensosdelosnivelesfreáticosconlassubsiguientespresiones

hidrostáticas se deberá construir un sistema de drenaje en su base. este drenaje estará compuesto por un

geotextil no tejido punzonado por agujas que cumpla la función de filtro y dentro del cual se colocará un

material drenante que podrán ser gravas con granulometría entre 1/2” y 3” (este sistema se conoce como

colchón drenante). otra alternativa es la colocación de un sistema de drenaje con geodrén (ver capítulo 9) o

cualquier otra forma de drenaje sugerida por el ingeniero diseñador del proyecto.

el colchón drenante tendrá un espesor no menor a 0.3 m en lo posible cubrirá toda la superficie de cimentación

del muro. el colchón ayudará a la disipación de la presión de poros y al abatimiento del nivel freático.

la presencia del colchón drenante afectará el valor del ángulo de fricción generado por el muro en la cimentación.

este ángulo de fricción será el generado por el contacto del geotextil punzonado por agujas y el suelo, sobre el que

se apoya (δ). este valor varía entre el 92 al 96% de φ dependiendo del tipo de suelo (ver tabla 10.5).

• Lluvias,escorrentíasyaguasdeinfiltración:Paraelcontroldelaguaaportadadeestaformaexistendossistemas

principales; a saber lloraderos y drenes al espaldón del muro. los lloraderos evacuarán el agua que por infiltración

pueda llegar hasta la zona reforzada con el geosintético. estos lloraderos se podrán construir con tubería

perforada forrada con un geotextil no tejido punzonado por agujas, o con geodren planar con pendiente no

menor al 3% en el área de refuerzo y que sobresalga de la cara del muro. Para la recolección del agua evacuada

por los lloraderos se recomienda construir una canaleta en la parte inferior de la cara del muro para evitar la

socavación en la base del mismo.

Para el espaldón del muro se recomienda la instalación de un sistema compuesto por geodrén planar cubriendo la

altura total del muro terminando el sistema con un geodrén circular o un drén trinchera tipo sub-drén francés (ver

capítulos 8 y 9).

10.2.2 Determinar las propiedades ingenieriles del suelo de fundación

10.2.2.1 determinar los parámetros de resistencia cu, o c’ y φ’.

10.2.2.2 determinar los pesos unitarios γt, γd y las propiedades índice del material.

10.2.2.3 localización del nivel freático.

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10.2.3 Determinar las propiedades del suelo a usar en la construcción del muro y Ias del relleno de confinamiento

10.2.3.1 determinar la gradación y el índice de plasticidad, verificando si cumplen con las especificaciones mínimas

exigibles para los materiales de relleno. estas recomendaciones mínimas son:

se recomienda que para el material de conformación del muro se emplee un material que posea un índice de

plasticidad máximo de 20 y un contenido de finos < 50%, evaluando las deformaciones que se puedan presentar.

en el caso de utilizarse un material granular deberá evaluarse la supervivencia del geosintético a las condiciones de

instalación, esto es, el tamaño máximo del agregado, la altura mínima de las capas de compactación y la presión

de contacto que generen los equipos de construcción, como se explica en la guía sobre diseño de estabilización y

separación de subrasantes (ver capítulo 4). en el caso de geomallas uniaxiales se recomiendan utilizar suelos en su

mayoría granulares debido al efecto de trabazón que este tipo de refuerzo genera en el suelo.

algunas entidades gubernamentales manejan sus especificaciones de construcción particulares. Por ejemplo

las normas generales de construcción de carreteras empleada por el ministerio de transporte a través instituto

nacional de vías en su artículo 220 de 2007, establece los requisitos para materiales a utilizar en la conformación

de terraplenes. estos requisitos son los siguientes:

Tabla 10.1 Especificaciones generales del material para construcción de terraplenes INVIAS Art. 220-07

otras entidades como la FHWa para la construcción de suelos en tierra reforzada en proyectos viales como accesos a puentes

donde los asentamientos deben ser mínimos, recomiendan que el suelo de relleno tenga las siguientes propiedades:

Tabla 10.2 Especificaciones suelos de relleno, según la FHWA1

Índice de plasticidad no debe ser mayor a 6

1 national HigHWaY institute, FedeRal HigHWaY administRation, mechanically stabilized earth Walls and Reinforced soil slopes design and construction guidelines, FHWa-nHi-00-043, march 2001.

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Por lo general el material más apropiado para ser utilizado en rellenos de tierra reforzada es aquel de tipo granular

con un mínimo de finos (se pueden emplear materiales tipo sub-base granular). sin embargo este tipo de material es

cada vez más escaso y su transporte incrementa los costos del proyecto, haciendo que este no sea económicamente

viable. una de las ventajas más importantes de este tipo de sistemas de refuerzo, es la posibilidad de trabajar con los

mismos materiales que se encuentran en el sitio de la obra. sin embargo hay que tener en cuenta los procedimientos

de compactación de este tipo de suelo, debido a que en épocas de lluvia se incrementa la dificultad de compactarlos y

llevarlos a una densidad considerable. se debe hacer énfasis en el sistema de drenaje a emplear ya que un aumento del

contenido de humedad en la masa de suelo disminuye la resistencia al corte rápidamente. en el caso de considerarse

la utilización de materiales plásticos o arcillosos se recomienda que estos sean mejorados con materiales granulares

con el fin de reducir sus características de deformación bajo condiciones de humedad y carga.

en colombia se han presentado experiencias en las cuales se emplearon materiales con una fracción granular menor

al 50% y plasticidades medianas a baja. en el caso de emplear este tipo de materiales es importante obtener los

análisis completos del material para determinar el comportamiento del sistema en suelo reforzado, comparado con

respecto a las deformaciones a largo plazo según el uso o aplicación que se le de al muro. el estudio y análisis de

estos comportamientos generados principalmente por los asentamientos y consolidación del material de relleno

pueden ser medidos en un programa de elementos finitos.

10.2.3.2 determinar la humedad óptima ωopt y el γdmax, datos obtenidos de un ensayo Proctor modificado. se

recomienda que el material a usar en la construcción del muro se compacte al 95% del Proctor modificado.

10.2.3.3 obtener el ángulo de fricción interna por medio de los ensayos de corte directo drenados o un ensayo triaxial.

10.2.4 Establecer los factores de seguridad a usar durante el diseño

10.2.4.1 estabilidad interna

determinar la resistencia a la tensión admisible del geotextil.

tadm = tult / Fs (10.2)

Fs = (FRid * FRFl* FRdQB) (10.3)

donde:

tult = Resistencia última del geotextil por el método de la tira ancha. (astm d 4595)2.

Fsg = valores recomendados de 1.3 a 1.5 para condiciones estáticas. el ingeniero diseñador

debe revisar y seleccionar el factor de seguridad más apropiado de acuerdo a las

características de cada proyecto, según las características de los materiales y la

aplicación que se le de a este tipo de estructura.

FRid = Factor de Reducción por daños durante la instalación.

FRFl = Factor de Reducción por carga continua sobre el geotextil (fluencia).

FRdQB = Factor de Reducción por degradación química/biológica.

los valores recomendados para los factores de reducción se encuentran en la tabla 3.1 y tabla 3.2 del presente manual.

2 es importante recordar que los valores obtenidos del ensayo de resistencia a la tensión por el método grab, si se pasan a un ancho equivalente de 1.0 metro, serán mayores a los obtenidos por el método de la tira ancha, principalmente por el efecto de adelgazamiento que sufre la muestra durante el ensayo, haciendo que la relación de Poisson exceda el valor de 0.5. el ensayo grab es representativo para los valores de producción y nunca refleja el comportamiento ingenieril del geotextil como refuerzo.

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10.2.4.2 estabilidad externa y asentamientos

los factores que se mencionan a continuación son los factores mínimos recomendados por la aasHto para el

cálculo y diseño de muros en suelo reforzado para accesos a puentes según los lineamientos de la FHWa. la

selección de estos valores deben ser establecidos por el ingeniero diseñador según las características geomecánicas

de los materiales a utilizar y de las condiciones propias del proyecto.

Tabla 10.3 Factores de seguridad mínimos para análisis estático

Tabla 10.4 Factores de seguridad para análisis sísmico

10.2.5 Diseño de Estabilidad Interna

10.2.5.1 determinar las dimensiones preliminares del muro.

Por razones constructivas y para evitar el embombamiento en la cara externa en cada una de las capas se

recomienda que la altura de las mismas no exceda los 50 cm, aunque el resultado obtenido en los cálculos haya

arrojado valores mayores.

dimensión de la base del muro. en la mayoría de los casos se asume inicialmente mayor o igual a 0.7 veces la altura

máxima.

10.2.5.2 desarrollar los diagramas de presión lateral de tierras para la sección reforzada. estos se componen por la

sumatoria de los valores obtenidos para el empuje lateral de tierras, por cargas muertas, cargas vivas y sísmicas.

10.2.5.3 calcular los máximos esfuerzos horizontales en cada capa de refuerzo.

10.2.5.4 diseñar la separación vertical entre capas y las longitudes de desarrollo del geotextil para cada una de estas.

• DimensionamientodelaseparaciónverticalentrecapasderefuerzoSv:

se evalúan primero las presiones de tierra originadas por la presión del suelo, de las cargas, sobrecargas y las

cargas vivas.

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σPs = Ka * γ * z (10.3)

σsc = Ka * q (10.4)

σcv = P (x2z / R5) (10.5)

σh = σPs + σsc + σcv (10.6)

donde:

σPs = Presión debida al suelo

Ka = tan2 (45° - φ/2), coeficiente de presión activa

φ = Ángulo de fricción del suelo de relleno en la zona reforzada

γ = Peso unitario del suelo de relleno

z = Profundidad desde la superficie hasta la capa en estudio

σsc = Presión debida a sobrecargas

q = γ*d. sobrecargas en la superficie, donde γ es el peso unitario de la sobrecarga

d = Profundidad del suelo de sobrecarga

σcv = Presión debida a las cargas vivas

P = cargas concentradas

x = distancia horizontal entre la carga y la cara vertical del muro

R = distancia radial entre el punto de carga sobre el muro y donde la presión está

siendo calculada

al determinar cada una de estas presiones se hace su sumatoria, teniendo en cuenta que esta se realiza en la

profundidad correspondiente a cada una de las capas de refuerzo.

al hacer un diagrama de cuerpo libre en el diagrama de presiones laterales totales y sumando las fuerzas en

la dirección horizontal, se obtiene la siguiente ecuación para calcular la separación vertical entre las capas

de refuerzo.

sv = tadm / (σh * Fs) (10.7)

donde:

sv = separación vertical (espesor de cada capa)

tadm = esfuerzo admisible del geosintético, calculado según ecuación (10.2)

σh = la presión lateral total en la profundidad total

Fsg = Factor de seguridad global (usar 1.3 a 1.5)

• Cálculodelaslongitudesdedesarrollodelrefuerzocongeosintético:

estas se componen por tres longitudes que sumadas arrojan la longitud total a utilizarse por capa en la sección

transversal del muro.

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1. longitud geométrica hasta la zona de falla, lg (ver Figura 10.3)

lg / (H-z) = tan (45° - φ/2)

lg = (H-z) * tan (45° - φ/2) (10.8)

Figura 10.3 despiece de las capas.

2. longitud de empotramiento, le

esta corresponde a la superficie de empotramiento por detrás de la zona de falla, donde debido a la interacción de

suelo-geotextil o suelo-geomalla se desarrollan las fuerzas resistentes.

Figura 10.4 cálculo de la longitud de empotramiento del refuerzo

Haciendo sumatoria de fuerzas en X: Σ Fx, se obtiene:

σh * sv * Fs = 2 * Fza. corte

Fza. corte = τ * le

τ = c + σ*tanδ

le = σh * sv * Fs / 2 (c + σ*tanδ) (10.9)

donde δ es el ángulo de fricción entre el suelo y el geosintético de refuerzo, obtenido por medio del método de

ensayo de la norma astm d 5321, con el cual se determina la resistencia al corte en la superficie de contacto entre

el suelo y el geosintético ó entre geosintético y geosintético según sea el caso. este es uno de los ensayos más

importantes a nivel de diseño que se recomienda realizar en aplicaciones de refuerzo con geosintéticos, con los

cuales se obtienen diseños óptimos y eficientes según los materiales presentes en cada proyecto.

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la fuerza de adherencia suelo – geotextil disipa los esfuerzos generados por las presiones laterales a las que se ve

sometida la estructura en suelos friccionantes y cohesivos de la siguiente forma:

Fc = 2 le (ca * l + σh * tan δ) (10.10)

donde:

Fc = Fuerza de adherencia suelo – geotextil a lo largo de la longitud de empotramiento

ca = cohesión suelo – geotextil

tan δ = coeficiente de fricción suelo – geotextil

σh = Presión normal efectiva a la profundidad del refuerzo

a continuación se presenta el procedimiento de ensayo para medir la adherencia suelo – geosintético presentado por

Koerner3. este procedimiento se recomienda para proyectos de gran tamaño en los cuales la información geotécnica

debe tener un grado de certeza mayor para el proceso de realización y ajuste del diseño de la estructura. este ensayo

es una variación del ensayo de corte directo en el cual se coloca una muestra representativa del suelo ubicada en la

parte inferior de la caja de prueba para ser compactada al porcentaje estimado a usar en campo (se recomienda que

sea al 95% del ensayo Proctor modificado). una vez se compacta la última capa de material se enrasa, se coloca la

parte móvil de la caja seguido de la capa de geosintético y finalmente el suelo restante compactado y enrasado.

Haciendo varios ensayos con diferente presión normal, preferiblemente en el rango de presiones a las que será

sometido el geosintético, se encuentra la variación de la resistencia al cortante máximo τmax en función del esfuerzo

normal σn. dibujando la envolvente de falla para los diferentes niveles de esfuerzo calculados (ver Figura 10.5) se

miden en esta gráfica los valores de ca y δ.

Figura 10.5 envolvente de falla ensayo de corte directo para geosintéticos.

una vez finalizado el ensayo se puede realizar el ensayo de corte directo para el material de relleno para determinar

cual es la eficiencia del sistema suelo – geosintético frente a la interacción suelo – suelo.

según la norma astm d 5321, las dimensiones de la caja para el ensayo de corte directo deberán ser por lo menos

300 mm x 300 mm. Koerner recomienda el uso de este tipo de cajas especialmente para ensayos empleando suelo

– geomalla, suelo – geored o suelo – geomembrana, esto con el fin de minimizar los efectos de escala. también se

hace la aclaración que para ensayos suelo – geotextil se pueden utilizar cajas de 100 mm x 100 mm teniendo en

cuenta los siguientes parámetros:

3 Koerner R.m., designing With geosynthetics, 5 ed.

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• Usareltipodesueloespecíficodellugardelproyecto

• Controlarladensidadylahumedaddelamuestra

• Elensayosedeberealizarconelsuelosaturado

• Utilizarelmismotipodelíquidoencontradoin-situ(Ej.:Lixiviado)

Figura 10.6 ensayo de corte con geosintéticos.

las magnitudes de ca y δ dependen directamente del tipo de geosintético y de las propiedades físicas y mecánicas

del suelo de relleno, tales como su granulometría, plasticidad y las más importantes la cohesión y fricción del suelo.

en el capítulo 2 se describe el procedimiento de ensayo según la norma astm d 5321.

en las tablas 10.5 y 10.6 se referencian algunos ensayos realizados para determinar los valores de ca y δ según el tipo de

suelo y el tipo de geotextil. estos valores también son expresados en función de c´ y φ´ como un porcentaje de los mismos.

Tabla 10.5 Valores típicos de δ para distintos tipos de arenas4

Para suelos con porcentaje de contenido de finos se tienen los siguientes valores:

Tabla 10.6 Valores de Ca y δ para suelos con contenido de finos y geotextiles Tejidos de cinta plana

4 Koerner R.m., designing With geosynthetics, 5 ed, pag.127, tabla 2.5.

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Para prediseños o diseños de muros en suelo reforzado de baja altura y sometidos a cargas muertas menores se

puede tomar un valor de δ entre 0.7φ y 0.85φ, siendo 0.7φ el valor más conservador.

en cierto tipo de aplicaciones el conocimiento del ángulo de fricción entre el suelo y el geosintético es más relevante

para la estabilidad externa que el conocimiento de este para el chequeo de estabilidad interna.

3. longitud del doblez superior

lo = Para efectos prácticos asumirla siempre igual a 1.0 metro

la longitud total a usarse para cada capa de geotextil será entonces:

lt = lg + le + lo + sv (10.11)

Que finalmente podrá ser acomodada a una medida constructiva que corresponda a múltiplos de 0.50 m.

el instituto nacional de vías de los estados unidos de américa y la FHWa en su documento “mechanically stabilized

earth Walls and Reinforced soil slopes design and construction guidelines” recomienda que la longitud mínima del

refuerzo en este tipo de estructuras sea mayor o igual a 0.75 veces la altura del muro y que la longitud del refuerzo

sea la misma en toda la altura del muro.

10.2.6 Análisis de la estabilidad externa del muro

• Revisarlaestabilidadaldeslizamiento

• Revisarlaestabilidadalvolcamiento

• Revisarcapacidadportante

• Revisarlaestabilidaddelaexcavaciónparalaconstruccióndelmuro

• Revisarlaestabilidadglobal

las ecuaciones para la verificación de la estabilidad externa se encuentran en la sección 10.3 como parte de la

solución del ejemplo de diseño.

10.2.7 Análisis de la estabilidad dinámica

el análisis de la estabilidad dinámica del muro se emplea únicamente para el estudio de la estabilidad externa

del muro.

10.2.7.1 Presiones laterales debidas a sismos, método pseudo-estático

los sismos generan vibraciones en el suelo las cuales producen presiones laterales adicionales a las estáticas generadas

por el suelo de relleno, las cargas muertas y las cargas vivas que están presentes y afectan la estructura.

la teoría más conocida para calcular este tipo de sobrepresiones generadas en el suelo por efecto de un sismo para

el diseño de estructuras de contención es la propuesta por mononobe-okabe, la cual es una modificación de la

teoría propuesta por coulomb.

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según mononobe-okabe el empuje total activo en condiciones de sismo es:

Pas = ½ * Kas * γ * H2 – c´ * (Kas)½ * H (10.12)

Para suelos granulares

Pas = ½ * Kas * γ * H2 (10.13)

el cálculo o la estimación del coeficiente de presión activo Kas se determina mediante las siguientes ecuaciones:

Ψ = tan-1 ah (10.14)

1-av

da = 1 + sen (φ’+δ) * sen(φ’-β-Ψ) (10.15)

sen (α+δ+Ψ) * sen (β-α)

Kas = cos2 (φ’-α-Ψ) (10.16)

da * cos Ψ * cos2α * cos (α+δ+Ψ)

donde:

α = Ángulo de inclinación del trasdós

β = inclinación de la superficie del suelo retenido

δ = Ángulo de fricción suelo - geotextil

φ´ = Ángulo de fricción interna del material

ah = coeficiente sísmico horizontal

av = coeficiente sísmico vertical

la normas colombianas de diseño y construcción sismo Resistente nsR-98 en su título a establece las zonas de

amenaza sísmica por regiones y ciudades en nuestro país clasificándolas por zona de amenaza sísmica. la zona de

amenaza sísmica baja presenta valores de ah menores o iguales a 0.1g, las zonas de amenaza sísmica intermedia

presenta valores entre 0.1 y 0.2g y por último la zona de amenaza sísmica alta presenta aceleraciones mayores a 0.2g.

dependiendo del sitio de la construcción del muro y con base en estudios de amenaza sísmica se obtienen los

coeficientes de aceleración ah y av. Para efectos prácticos se puede asumir ah entre 0.1g y 0.2g.

determinada la presión activa Pas se puede realizar la evaluación de la estabilidad externa de la estructura. debe

tenerse en cuenta que en condiciones dinámicas, los factores de seguridad para deslizamiento, volcamiento y

estabilidad interna son menores que en condiciones estáticas (ver tabla 10.4).

10.2.8 Diseñar los sistemas de drenaje

Para el control de aguas superficiales y subsuperficiales. en los capítulos 8 y 9 del presente manual se presenta una

guía sobre el diseño de sistemas de drenaje donde se explica todo el procedimiento.

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se requiere construir una estructura en suelo reforzado, para obtener una superficie adicional y conformar la bancada

de una vía de doble carril, que soportará tráfico pesado en los dos sentidos.

geometría del muro:

altura máxima: 12.0 m

longitud: 75.0 m

inclinación de la cara: vertical

el suelo a utilizarse como material de relleno en la zona reforzada tiene las siguientes características y propiedades

geomecánicas:

c’ = 1.4 t/m2

φ’ = 30°

ll = 25

lP = 15

Pasa tamiz 200 = 35 %

ωn = 75 %

γdmax = 1.90 t/m3

γt = 1.78 t/m3

ωopt = 16%

el suelo de la ladera que servirá al tiempo como fundación, tiene las siguientes características:

c’ = 1.0 t/m2

φ’ = 26°

ll = 40

lP = 23

Pasa tamiz 200 = 27 %

γt = 1.70 t/m3

se tiene además una estructura de pavimento con los siguientes espesores y sus respectivos pesos unitarios:

sub-base granular: 40 cm, 1.9 t/m3

Base granular: 20 cm, 2.0 t/m3

carpeta asfáltica: 10 cm, 2.2 t/m3

diseñar el muro estableciendo la separación vertical entre capas, las longitudes de desarrollo del geotextil y verificar

su estabilidad externa.

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Solución:

Evaluación de cargas:

• Sobrecargasuniformes

Para el cálculo de sobrecargas se tendrá en cuenta la carga generada por la estructura de pavimento ubicada en

la corona del muro. en aplicaciones viales la aasHto recomienda como sobrecarga mínima la generada por un

espesor de 0.60 m, repartida uniformemente sobre toda la superficie superior del muro.

q = Σ (γ * d)

q = 0.4m * 1.9t/m2 + 0.2m * 2.0t/m2 + 0.1m * 2.2t/m2

q = 1.38 t/m2

• Cargasvivas

se deben tener en cuenta todas las cargas puntuales y longitudinales ubicadas en la parte superior del muro, tales

como muros de borde de vía, cimientos, etc., para este caso en particular se tomó la carga viva generada por el

tráfico como se muestra en la siguiente figura.

Figura 10.7 esquema de eje tandem para cálculo para cargas vivas.

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Presión lateral debida a carga puntual Qp(Ecuación de Boussinesq modificada por experimentación)

Para m ≤ 0.4 Para m > 0.4

σH H2 = 0.28 n2 σH H2 = 1.77 m2 n2

Qp

(0.16 + n2)3 Qp

(m2 + n2)3

σ’H = σH cos2 (1.1θ)

Figura 10.8 Presiones laterales de suelo debida a una carga superficial puntual.

Presión lateral debida a carga lineal QL(Ecuación de Boussinesq modificada por experimentación)

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Para m ≤ 0.4 Para m > 0.4

σH H = 0.20 n σH H = 1.28 m2 n

Ql

(0.16 + n2)3 Ql

(m2 + n2)2

Resultante: Resultante:

PH = 0.55 Ql PH = 0.64

(m2 + 1)

Figura 10.9 Presiones laterales de suelo debida a una carga superficial lineal.

se calculan los incrementos de carga generados por cada rueda y se grafica el esfuerzo horizontal total producido

por todas las llantas sobre la cara del muro con respecto a la profundidad.

Tabla 10.7 Cálculo de distribución de esfuerzos por cargas vivas con respecto

a la profundidad

Figura 10.10 esfuerzos verticales debido a las cargas vivas.

10.3.1 Análisis de Estabilidad Interna

datos del suelo:

c = 1.4 t/m2

φ = 30°

γt = 1.78 t/m3

γd = 1.90 t/m3

datos del muro:

sobrecargas = 1.38 t/m2

altura máxima = 12.0 m

Base = 10.2 m

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datos del material de refuerzo:

los geosintéticos seleccionados para la realización de este ejemplo son: geotextil tejido t2400, geotextil tR4000 y

geomalla uniaxial tt090.

• GeotextilTejidoT2400:

tadm = tult / FRid * FRFl * FRdQB

tult = 40 Kn/m (ver apéndice a: especificaciones de Productos)

tadm = 40 Kn/m / (1.2 * 2.2 * 1.0)

tadm = 15.1 Kn/m = 1.5 t/m

• GeotextilTejidoTR4000:



tadm = 65 Kn/m / (1.2 * 2.2 * 1.0)

tadm = 24.6 Kn/m = 2.5 t/m

• GeomallaTT090:



tadm = 90 Kn/m / (1.2 * 2.0 * 1.0)

tadm = 37.5 Kn/m = 3.8 t/m

debido a que el muro presenta una altura mayor de 7 m, se decidió dividir la altura del muro en 3 segmentos, cada

segmento del muro constará de un tipo de refuerzo diferente y una separación entre capas constante, todo esto con

el fin de simplificar el proceso de diseño y ejecución del proyecto.

Tercio inferior: 12.0 m ≤ z ≤ 8.0 m

debido a que los esfuerzos a esta profundidad serán mucho mayores, se seleccionó la geomalla tt090 para el

refuerzo en este tercio.

como ilustración para una profundidad de z = 10.0 m

Ka = tan2 (45 - φ/2) = 0.333

σh = σPs + σsc + σcv

σh = Ka * γ * z + Ka * q + σcv

σh = 0.333 * 1.78 * 10.0 + 0.333 * 1.38 + σcv

σh = 6.39 t/m2 + σcv

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donde σcv es originado por las cargas vehiculares (ver tabla 10.7).

σcv = Σ(σh + σ’h)

σcv = 0.035 t/m2

• SeparaciónverticalentrecapasderefuerzoSv:

con un Factor de seguridad global

Fsg = 1.3

se obtiene una separación vertical para esta capa de:

sv = tadm / (σh * Fs)

sv = 3.8 / (6.39 + 0.035) * 1.3)

sv = 0.45 m ⇒ 0.40 m de separación

• Longitudgeométricahastalazonadefalla,Lg:

lg = (H-z) * tan (45 - φ/2)

lg = (12.0 – 10.0) * tan (45 – 30/2)

lg = 1.15 m

• Longituddeempotramiento,Le:

le = σh * sv * Fs / 2 * (c + σ * tanδ)

donde:

δ = 0.8 φ

δ = 24°

tan δ = 0.445

entonces la longitud de empotramiento de la capa en consideración es:

le = 3.8 / 2 * (1.4 + 1.78 * 10.0 * 0.445)

le = 0.21 m

debido a que le no puede ser menor que 1.00 m se toma este valor para el diseño de la capa.

le min = 1.00 m

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Por lo que la longitud del refuerzo para la capa en z = 10.0 m es igual a:

lt = lg + le

lt = 1.15 m + 1.00 m

lt = 2.15 m

Para el caso de refuerzo con geomallas la longitud del doblez no se cuantifica debido a que la geomalla en la

mayoría de los casos no hace parte de la fachada del muro.

debido a que no sólo se debe garantizar la estabilidad interna del muro sino también la estabilidad externa; la

longitud a usar en los refuerzos fue igual al 85% de la altura del muro, por lo que:

lt = 10.2 m

Para muros con alturas menores a 3.0 m se recomienda que la longitud a utilizar no sea menor que 2.4 m.

Tercio medio: 8.0 m ≤ z ≤ 4.0 m

esta sección del muro comprende el refuerzo entre los 4.0 m y los 8.0 m de altura de la estructura.

Para este tercio de la estructura se seleccionó el geotextil tejido tR4000 el cual tiene la resistencia apropiada para el

refuerzo de esta parte del muro.


σh = σPs + σsc + σcv

σh = Ka * γ * z + Ka * q + σcv

σh = 0.333 * 1.78 * 6.0 + 0.333 * 1.38 + σcv

σh = 4.02 t/m2 + σcv


σcv = 0.113 t/m2


con un Factor de seguridad global

Fsg = 1.3

obteniéndose una separación vertical para esta capa de:


sv = 2.5 / (4.02 + 0.113) * 1.3)


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lg = (H-z) * tan (45 - φ/2)

lg = (12.0 – 6.0) * tan (45 – 30/2)

lg = 3.46 m


le = σh * sv * Fs / 2*(c + σ * tanδ)

donde:

δ = 0.8 φ

δ = 24°

tan δ = 0.445

entonces la longitud de empotramiento de la capa en consideración es:

le = 2.5 / 2 * (1.4 + 1.78 * 6.0 * 0.445)

le = 0.20 m

debido a que le no puede ser menor que 1.00 m se toma este valor para el diseño de la capa.

le min = 1.00 m

Por lo que la longitud del refuerzo a usar para la capa en z = 6.0 m es igual a:

lt = lg + le + lo + sv

lt = 3.46 m + 1.00 m + 1.00 m + 0.40 m

lt = 5.86 m

Para el caso de refuerzo con geotextil se cuantifica la longitud del doblez y la longitud de la separación vertical para

el cálculo de la longitud total de la capa. teniendo en cuenta la recomendación de que la longitud del refuerzo sea

la misma en toda la altura del muro la longitud a usar para el geotextil es:

lt = 0.85 * 12.0 m + 1.00 m + 0.40 m

lt = 11.5 m

aproximado al múltiplo de 0.50 m más cercano.

Tercio superior: 4.0 m ≤ z ≤ 0.0 m

esta sección del muro comprende el refuerzo entre la corona del muro y los 4.0 m de altura de la estructura.

Para este tercio de la estructura se seleccionó el geotextil tejido t2400 el cual tiene la resistencia necesaria para el

refuerzo en esta parte del muro.

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σh = 0.333 * 1.78 * 4.0 + 0.333 * 1.38 + σcv

σh = 2.83 t/m2 + σcv


σcv = 0.173 t/m2



sv = 1.5 / (2.83 + 0.173) * 1.3)



lg = (H-z) * tan (45 - φ/2)

lg = (12.0 – 4.0) * tan (45 – 30/2)

lg = 4.62 m


le = 1.2 / 2 * (1.4 + 1.78 * 4.0 * 0.445) = 0.17 m

le min = 1.00 m

• Longitudautilizarparaelrefuerzo,Lt:

la longitud del refuerzo a usar para la capa en z = 4.0 m es igual a:

lt = 0.85 * 12.0 m + 1.00 m + 0.30 m

lt = 11.5 m

se debe realizar el procedimiento anterior para cada capa de refuerzo de la estructura, el resumen de este cálculo

se muestra en la tabla 10.8.

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TABLA 10.8 Cálculo de los espesores y longitudes de capa

* la longitud total de las capas de refuerzo deben ser aproximadas a un múltiplo de 0.5m para facilitar su proceso constructivo. estas longitudes

deben ser revisadas una vez sea evaluada la estabilidad externa y global del talud.

10.3.2 Análisis de estabilidad externa

10.3.2.1 Estabilidad al deslizamiento

se debe verificar que las fuerzas horizontales externas no originen un desplazamiento del muro en la dirección

horizontal.

Fsd = Σ Fuerzas Horizontales Resistentes (10.17)

Σ Fuerzas Horizontales actuantes

la fuerza horizontal resistente es la fuerza cortante producida por la interacción entre el suelo de fundación y el

geotextil en la zona reforzada, y el suelo de fundación con el de relleno en la zona donde no hay refuerzo.

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τ = c + σv* tanδ (10.18)

σv = 1.38 t/m2 + 12.0 m * 1.78 t/m3

σv = 22.74 t/m2

τ = c’ + σv * tanδ

τ = 1.4 t/m2 + 22.74 t/m2 * tan 24

τ = 11.52 t/m2

Fza. cortante = τ * l

Fza. cortante = 11.52 t/m2 * 10.2 m

Fza. cortante = 117.55 t/m

determinación de fuerzas horizontales actuantes:

•Rellenodeconfinamiento

Pa = ½ * γ * H2 * Ka (10.19)

Pa = ½ * 1.78 t/m3 * 144 m2 * 0.333 = 42.72 t/m

•Sobrecarga

Psc = q * Ka * H (10.20)

Psc = 1.38 t/m2 * 0.333 * 12.0 m = 5.52 t/m

•Cargasvivas

Pcv (H / Qp) = 0.75 (10.21)

Pcv = 0.75 * (Qp / H) = 0.75 * (2.28 t / 12.0 m) = 0.14 t/m

•Factordeseguridadaldeslizamiento

Fsd = 117.55 / (42.72 + 5.52 + 0.14)

Fsd = 117.55 / 48.38

Fsd = 2.43 > 1.5

10.3.2.2 Estabilidad al volcamiento

se debe revisar que el momento producido por las fuerzas horizontales actuantes comparadas con el momento

generado por las fuerzas resistentes no vaya a ocasionar un volcamiento del muro. el análisis de estos momentos se

hace tomando como referencia el extremo inferior izquierdo de la sección transversal del muro.

Fsv = Σ momentos actuantes (10.22)

Σ momentos actuantes

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determinación de momentos resistentes:

•Momentogeneradoporlasobrecarga

msc = q * l * l / 2 (10.23)

msc = 1.38 t/m2 * 10.2 m * 5.1 m = 71.8 t.m/m

•Momentogeneradoporelpropiopesodelmuro

mPm = H * l * γ *l / 2 (10.24)

mPm = 12.0 m * 10.2 m * 1.78 t/m3 * 5.1 m

mPm = 1111.15 t.m/m

determinación de los momentos actuantes:

•Momentogeneradoporlapresiónlateraldetierras

mPt = 1/3 * H * Pa (10.25)

mPt = 1/3 * 12.0 m * 42.72 t/m = 170.9 t.m/m


msc = ½ * H * Psc (10.26)

msc = ½ * 12 m * 5.52 t/m = 33.12 t.m/m

•Momentogeneradoporlascargasvivas

mcv = 0.55 * H * Pcv (10.27)

mcv = 0.55 * 12.0 m * 0.14 t/m = 0.92 t.m/m

•Factordeseguridadalvolcamiento

Fsv = (71.8 + 1111.15) / (170.9 + 33.12 + 0.92)

Fsv = 1182.95 / 204.04

Fsv = 5.8 > 2.0

10.3.2.3 Capacidad Portante

se revisa que la capacidad portante del terreno sea lo suficientemente competente para soportar las cargas producidas

por la construcción del muro. un muro construido en suelo reforzado se puede asemejar a un cimiento continuo.

la profundidad de la cimentación debe tener un valor mínimo, con el fin de garantizar una estabilidad general de

la estructura y al mismo tiempo la reducción de asentamientos debido a la carga del muro. al tener en cuenta una

profundidad de cimentación se incrementa el factor de seguridad contra el deslizamiento de la estructura.

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según luciano Rivera5, en estructuras en las cuales exista la posibilidad de que las capas de suelo de la cimentación

puedan ser socavadas o erosionadas recomienda trabajar con las profundidades mínimas mostradas en la tabla

10.9, con el fin de garantizarle a la estructura unas condiciones de estabilidad suficientes durante todo su período

de diseño.

en caso de tener muros a media ladera se deberá tener en cuenta una reducción en la capacidad portante por

efecto de disminución de material de soporte en la base del muro. Para tal efecto, deberá emplearse alguna de las

metodologías propuestas por diversos autores, entre los que se encuentra Brinch Hansen o meyerhoff modificado,

y que se pueden encontrar en textos de diseño de cimentaciones.

Tabla 10.9 Profundidades mínimas de cimentación para muros en suelo reforzado y taludes

se realiza el cálculo de la capacidad portante del muro como se muestra a continuación:

σult = c nc + q nq + ½ γ B nγ (10.28)

nc = 22.25

nq = 11.85

nγ = 12.54

donde nc, nq, nγ son los factores de carga planteados por vesic (1973) para la ecuación general de capacidad por-

tante. Para la profundidad de desplante de la cimentación se tomó una profundidad de 1.0 m. con base a estos da-

tos se calcula la capacidad portante del suelo de fundación sobre el cual se construirá el muro en suelo reforzado.

σult = 1 t/m2 * 22.25 + 1.0m * 1.7 t/m3 * 11.85

+ 0.5 * 1.7 t/m3 * 10.2 m * 12.54

σult = 151.12 t/m2

Para determinar el esfuerzo aplicado real al suelo se emplea la ecuación general para determinar el esfuerzo a una

distancia “y” del centroide, y de donde se determinará el esfuerzo máximo y el esfuerzo mínimo para efectuar el

chequeo por capacidad portante.

σy = Σ v / a +/- mneto y / i (10.29)

5Fuente: RiveRa, l., muros de contención de suelo Reforzado con cintas metálicas y geosintéticos, 1 ed., universidad del cauca, 2004.

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donde:

σy = esfuerzo aplicado a una distancia “y” del centroide del muro

Σ v = sumatoria de fuerzas verticales

a = Área de la sección transversal del muro

mneto = sumatoria de momentos resistentes y actuantes

y = distancia al centroide

i = momento de inercia por unidad de longitud de la sección (i = 1/12 l B3)

debe verificarse la excentricidad de la carga:

e = B/2 - Σ m / Σ v (10.30)

e = 10.2/2 – (1182.45 – 204.4) / 272.88 = 1.52 m

se deberá verificar que e < B/6. si no se cumple entonces se recomienda ampliar la base del muro.

luego de determinar la excentricidad se determinan los esfuerzos máximos y mínimo en el frente y el talón

respectivamente que son los más críticos. de la ecuación 10.29 tenemos:

σmax = Σ v / a + mneto y / i

σmax = Σ v / (B * 1) + (e * Σ v * B/2) / (1/12 * 1 * B3)

(se calcula por unidad de longitud de muro)

σmax = Σ v / B * ( 1 + 6e/B) = 50.5 ton/m2

de la misma manera el esfuerzo mínimo será entonces:

σmin = Σ v / a - mneto y / i

σmin = Σ v / B * ( 1 - 6e/B) = 2.83 ton/m2

vale la pena anotar que si el esfuerzo mínimo fuera igual o menor a cero se tendría una condición en la que el muro

por efecto de las fuerzas actuantes sobre este se está levantando en su parte posterior, generando una situación de

posible volcamiento de la estructura.

Para determinar el factor de seguridad se emplea el esfuerzo máximo como esfuerzo actuante o aplicado que se

compara con el esfuerzo resistente hallado antes. entonces:

σaplicado = 50.5 t/m2

FscP = 151.12 / 50.5

FscP = 3.0 (este factor debe ser igual o mayor a 3.0).

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10.3.3 Análisis de estabilidad externa con cargas dinámicas

• Coeficientessísmicos

según lo mencionado en la sección 10.2.7 se utiliza un coeficiente apropiado, en nuestro país, este puede oscilar

entre 0.10g y 0.20g, por lo que para el ejemplo se toma el más crítico.

ah = 0.20g

av = 0.02g

• CálculodelcoeficientedepresiónactivaKas

utilizando las tres ecuaciones para el cálculo del coeficiente de presión activa de mononobe-okabe (sección 10.2.7)

se obtienen los siguientes valores:

Ψ = 11.53°

da = 2.34

Kas = 0.473

10.3.3.1 Estabilidad de deslizamiento bajo condiciones de cargas dinámicas

τ = 11.52 t/m2

Fza. cortante = 117.55 t/m

a la fuerza resistente obtenida, deberá sumársele el aporte correspondiente a la carta pasiva por encontrarse el

muro cimentado a 1 metro de profundidad:

Kp = tan2 (45° + φ/2)

Fp = 1/2kpγh2

Fp = 2.18 t/m

nótese que para muros con alturas importantes, el aporte de esta cuña podría ser despreciable.

determinación de fuerzas horizontales actuantes:

• Rellenodeconfinamiento

Pa = ½ * 1.78 t/m3 * 144 m2 * 0.473 = 60.57 t/m

• Sobrecarga

Psc = 1.38 t/m2 * 0.473 * 12.0 m = 7.83 t/m

• Cargasvivas

Pcv (H/Qp) = 0.75

Pcv = 0.75 * (Qp /H) = 0.75 * (2.28 t / 12 m) = 0.14t/m

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• Factordeseguridadaldeslizamientoparacargasdinámicas

Fsdd = (117.55+2.18) / (60.57 + 7.83 + 0.14)

Fsdd = 1.74 > 1.125

10.3.3.2 Estabilidad al volcamiento:

determinación de momentos resistentes:


msc = 1.38 t/m2 * 10.2 m * 5.1 m = 71.8 t.m/m

•Momentogeneradoporelpropiopesodelmuro

mPm = 12.0 m * 10.2 m * 1.78 t/m3 * 5.1 m = 1111.15 t.m/m

determinación de los momentos actuantes

•Momentogeneradoporlapresiónlateraldetierras

mPt = 1/3 * 12.0 m * 60.57 t/m = 242.3 t.m/m


msc = ½ * 12.0 m * 7.83 t/m = 47.0 t.m/m

•Momentogeneradoporlascargasvivas

mcv = 0.55 * H * Pcv = 0.55 * 12.0 m * 0.14 t/m = 0.92 t.m/m

•Factordeseguridadalvolcamientoparacargasdinámicas

Fsvd = (71.8 + 1111.15) / (242.3 + 47.0 + 0.92)

Fsvd = 1182.95 / 290.22

Fsvd = 4.1> 1.5

10.4 EJEMPLO RELACIÓN BENEFICIO – COSTO

se requiere reconstruir la banca de una vía que ha presentado deslizamiento. Proponer la alternativa más viable

técnica y económica posible.

la zona a reparar presenta la siguiente geometría:

altura = 6.0 m

longitud = 10.0 m

sobrecarga = 10.0 kPa

el material de la zona tiene una granulometría adecuada para utilizarse en la construcción.

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Solución:

Para evaluar la alternativa más viable, se realizó una comparación entre una estructura de concreto reforzado y otra

en suelo reforzado con geotextil:

la diferencia en costos entre las dos alternativas es de 33%, sin tener en cuenta la diferencia de tiempo de ejecución

de cada una de las estructuras, en donde la alternativa de muro reforzado con geotextil es aproximadamente un

25% menor en tiempo de construcción comparado con el sistema tradicional de muro de concreto reforzado.

BIBLIOGRAFÍA

• KOERNER,R.M.,DesigningWithGeosynthetics,5ED.,U.S.A.,2005.

• U.S. DEPARTMENT OF TRANSPORTATION, FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, NATIONAL HIGHWAY

institute. PuBlication no. FHWa Hi-95-038, maYo 1995. geosynthetic design and construction guidelines.

nHi couRse no. 13213.

• GÓMEZ,J.N.,MurosyRellenosenTierraReforzada–ConsideracionesdeDiseñoyExperienciasdeConstrucción

en colombia. vii congreso colombiano de geotecnia, Bogotá, 1998.

• LESHCHISKY,D.,PERRY,E.B.,ADesignProcedureForGeotextileReinforcedWall,Geosynthetics‘87,Vol.1,Pags

95 - 107, 1987.

• CHANDLER,DOUGLAS,KIRKLAND,THOMAS,DesignandConstructionofaGeotextileWall,Geosynthetics‘91,

vol. 2, Pags 775 - 764, 1991.

• RIVERA,L.,MurosdeContencióndeSueloReforzadoconCintasMetálicasyGeosintéticos,1ED.,Universidad

del cauca, 2004.

• NATIONAL HIGHWAY INSTITUTE, FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, Mechanically Stabilized Earth Walls

and Reinforced soil slopes design and construction guidelines, FHWa-nHi-00-043, march 2001. traducción

ing. Jaime suárez díaz.

• ESCOBAR, L., RUBIO, R., Estudio De La Interacción Suelo Geotextil No Tejido, VI Congreso Colombiano De

geotecnia, 1997.

• ZORNBERG,J.N.,SITAR,N.,MITCHELL,J.K.,LimitEquilibriumasBasisforDesignofGeosyntheticReinforced

slopes. asce, Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, vol 124, no. 8, Pags 684 – 698,

august 1998.

11ReFueRZo de taludes

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11.1 GENERALIDADES

los principales elementos de construcción empleados por el hombre son los materiales térreos, conformados por

suelos y rocas. no sólo con los suelos y las rocas se construye si no también sobre ellos y dentro de ellos.

está comprobado que en muchos casos las propiedades geomecánicas de los materiales térreos no satisfacen las

características deseables para diferentes aplicaciones, es así en donde estos materiales requieren de diferentes

procesos y tratamientos especiales para modificar su comportamiento a las condiciones deseadas.

desde la antigüedad se han empleado materiales naturales como pieles de animales o fibras vegetales sobre los

suelos blandos, o incrustados en ellos con el objetivo de construir estructuras de suelo reforzado dando paso al

concepto de refuerzo.

Por ejemplo, en algunas de las vías que conectaban el imperio Romano se han encontrado vestigios de telas y pieles

utilizados para propósitos de refuerzo. en la década de los años 60 se inicia la utilización de los primeros textiles en

el campo de la ingeniería aplicada, aunque fue hasta los años 70 en donde se inició la fabricación y aplicación de

materiales textiles especiales para la ingeniería y es entonces cuando adoptan el nombre de geotextiles.

los geotextiles y en general los geosintéticos complementan las falencias que presentan los materiales térreos,

permitiendo obtener excelentes ventajas técnicas y económicas en la construcción de muros en suelo reforzado,

taludes reforzados, terraplenes sobre suelos blandos, sistemas de subdrenaje etc. los suelos al igual que el concreto,

presentan una buena resistencia a la compresión pero son deficientes cuando se trata de asum ir esfuerzos de

tracción, por tal motivo cuando los suelos son combinados con elementos que sean capaces de absorber esfuerzos

de tracción como son los geotextiles es posible obtener estructuras de suelo reforzadas.

las aplicaciones de refuerzo con geotextiles presentan varios campos de aplicación:

1. Refuerzo en subrasantes para vías:

el refuerzo en subrasantes para vías permite la construcción de pavimentos reforzados aumentando la vida útil ó

disminuyendo espesores de estructura de pavimento. adicionalmente esta aplicación también ofrece una función

muy importante, que es separar dos materiales, los materiales seleccionados (sub-bases y bases granulares) de los

suelos finos de subrasante, evitando así la contaminación1.

2. muros en suelo reforzado:

al incluir un material con resistencia a la tracción dentro de una masa de suelo se aumentan la resistencia general

del conjunto, básicamente por la virtud del material geosintético de soportar esfuerzos de tracción y por el esfuerzo

cortante que se genera entre el suelo y las capas adyacentes, permitiendo así la conformación de rellenos en suelo

verticales. estas estructuras reciben el nombre de muros en suelo reforzado2.

3. taludes de terraplenes reforzados:

los taludes son estructuras en suelo reforzado las cuales presentan dos importantes diferencias con respecto a los

muros en suelo reforzado: la primera de ellas es la inclinación del relleno con respecto a la horizontal la cual es

1ver capítulo 5 – Refuerzo en vías con geotextil2ver capítulo 10 – muros de contención Reforzados con geosintéticos

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inferior a los 70° y la segunda diferencia es el modelo de superficie de falla que se asume para efectos de diseño del

refuerzo, la cual es de geometría circular según los modelos de falla de coulomb, Bishop circular, Jambu circular,

etc, mientras que el modelo de superficie de falla que se asume cuando se diseñan muros en suelo reforzado es el

modelo de cuña de falla Rankine (45° + φ/2).

4. Refuerzo de suelos blandos:

cuando se construyen terraplenes sobre suelos blandos, estos pueden transmitir una presión de contacto de tal

forma que se generan unas fuerzas de corte las cuales pueden superar la resistencia al corte del suelo de fundación,

obteniéndose como resultado la falla en la base del terraplén.

un adecuado diseño de capas de geotextil tejido de alta resistencia colocados en la base del terraplén suministra

refuerzo a la tracción, de tal manera que el factor de seguridad ante la falla por efecto del peso del terraplén

aumente hasta un valor confiable.

11.2 OBJETIVO

el objetivo de esta guía es presentar una metodología de diseño de taludes de terraplenes, entendiendo por taludes

aquellos cuya inclinación de la cara con respecto a la horizontal sea inferior a 70°. los resultados de un procedimiento

de diseño permiten establecer los espesores de capa y longitudes de geotextil necesarios para garantizar la estabilidad

interna de los taludes en terraplenes. en esta guía también se presenta una metodología necesaria a tener en cuenta

para realizar chequeo a la estabilidad externa y resalta la importancia de los sistemas de subdrenaje los cuales se

deben tener en cuenta en la construcción de terraplenes.

11.3 INTRODUCCIÓN

11.3.1 Antecedentes

en la construcción de las diferentes obras civiles se hacen necesarios grandes movimientos de tierra para la adecuación

de terrenos, esto genera la necesidad de la construcción de terraplenes. las caras del terraplén se conocen con el

nombre de taludes.

la utilización de geotextiles tejidos de refuerzo en la construcción de terraplenes ofrece ventajas técnicas y económicas,

como son la construcción de taludes artificiales con inclinaciones mayores a la del ángulo de reposo, permitiendo

así considerables ahorros en volumen de material y menor área para la construcción, también la utilización de

geotextiles en terraplenes ofrece la posibilidad de construcción de estos sobre suelos de baja capacidad portante.

con base en lo anterior la utilización de geotextiles tejidos de refuerzo para terraplenes se divide en dos

aplicaciones:

1. Refuerzo interno. (construcción de los taludes del terraplén)

2. Refuerzo del suelo de fundación.

las condiciones de diseño son diferentes para las dos aplicaciones antes mencionadas, por tal motivo estas dos

metodologías de refuerzo en terraplenes se presentan cada una por separado.

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como se mencionó anteriormente se consideran taludes aquellas inclinaciones menores a 70°, normalmente

inclinaciones de taludes entre 70° y 90° se diseñan como muros en suelo reforzado.

cuando las condiciones de fundación son satisfactorias y se requiere la construcción de inclinaciones del o de los

taludes del terraplén mayores a las del ángulo de reposo del suelo que va a conformar el terraplén, es necesario el

diseño de éstos taludes, reforzados con geotextil tejido.

11.3.2 Beneficios de la utilización de geotextiles en la construcción de taludes de terraplenes reforzados

la utilización de geotextiles tejidos en la construcción de los taludes en terraplenes presenta beneficios técnicos y

económicos tales como:

11.4 CONSIDERACIONES DE DISEÑO

se considera diseño al refuerzo interno la determinación del geotextil necesario a colocarse distribuido en capas, de

tal manera que el factor de seguridad a la falla aumente, y el terraplén sea internamente estable. la metodología

consiste en determinar por los métodos clásicos de equilibrio límite el factor de seguridad de la superficie potencial

de falla (más crítica o más probable) que presentan los taludes del terraplén. este factor de seguridad es el cociente

entre las fuerzas resistentes y las fuerzas actuantes.

a. Reducción del volumen del terreno

b. alternativa para evitar la construcción de

muros de contención rígidos

c. obtención de área plana adicional

d. Reconstrucción de taludes en deslizamientos

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los geotextiles tejidos al tener la capacidad de asumir esfuerzos de tracción, desarrollan fuerzas resistentes por

detrás de la superficie de falla, gracias al esfuerzo de corte que se genera entre el geotextil y el suelo, tal efecto

hace que se desarrolle una fuerza estabilizadora adicional a las determinadas normalmente y como resultado final

el factor de seguridad ante la falla aumenta.

una vez determinado el factor de seguridad del talud reforzado con la superficie potencial de falla en estudio, se

hace necesario revisar el factor de seguridad de la superficie potencial de falla para las condiciones de refuerzo ya

establecidas. las aplicaciones del geotextil de refuerzo son consideradas críticas si se hace necesaria la movilización

del refuerzo a la tracción para estabilizar los taludes del terraplén de tal forma que el factor de seguridad de la

superficie potencial de falla aumente hasta un valor confiable. el refuerzo en el talud del terraplén es considerado

típicamente no crítico si el factor de seguridad para el talud no reforzado es mayor a 1.1 y el refuerzo es usado para

incrementar el factor de seguridad hasta un valor confiable.

existen varios programas de computador para análisis de estabilidad de taludes, los cuales son una herramienta que

facilitan encontrar las superficies potenciales de falla.

Para diseñar taludes reforzados se recomienda llevar a cabo la siguiente metodología:

1. establecer las dimensiones geométricas y condiciones de carga del terraplén.

2. conocer el perfil estratigráfico del suelo de fundación, y determinar las propiedades geomecánicas de los suelos

de fundación.

3. determinar las propiedades geotécnicas de los suelos a usar en la construcción del terraplén.

4. establecer los parámetros de diseño del geotextil a usar como refuerzo. (Resistencia a la tracción método tira

ancha, criterios de durabilidad, interacción suelo - refuerzo)

5. determine el factor de seguridad del talud no reforzado.

6. determinar el refuerzo necesario para estabilizar el talud.

7. chequear la estabilidad externa.

8. establecer los sistemas de drenaje y subdrenaje del terraplén.

11.5 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

11.5.1 Establecer las dimensiones geométricas y condiciones de carga

geometría y condiciones de cargas:

• Alturadelterraplén,H.

• Ángulodelodelostaludesdelterraplén,β.

• Establecer las cargasexternasque tendránel terraplén tales comosobrecargas (Q), (q), cargas vivas,diseño

sísmico, aceleración αg.

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11.5.2 Conocer el perfil estratigráfico del suelo de fundación, y determinar las propiedades geotécnicas

• Es muy importante conocer el perfil estratigráfico, propiedades geotécnicas de los suelos de fundación

encontrados: gradación e índice de plasticidad, cu, φu y/o c’, φ’ y parámetros de consolidación para el cálculo de

los asentamientos ( cc, cr, cv y , φp’ ), con el objetivo de revisar las condiciones de fundación del terraplén, se aclara

que en esta metodología de diseño se suponen condiciones óptimas de cimentación. de presentarse problemas

de inestabilidad por malas condiciones de cimentación es necesario estudiar alternativas de estabilización tales

como: refuerzo de base de terraplenes con geotextil, reemplazo de materiales, cimentación profunda, etc.

• LocalizarlaalturadelnivelfreáticoNFylascondicionesdepresenciadeagua.

• Para terraplenesde reparacionesde taludessedebe identificar lasuperficiede fallaasícomo lacausade la

inestabilidad.

Figura 11.1 esquema terraplén.

11.5.3 Establecer las propiedades geomecánicas del suelo que se utilizará para la conformación del terraplén

normalmente los materiales usados en la construcción de terraplenes reforzados son de tendencia granular, aunque en

varios casos se han construido muros y terraplenes reforzados con materiales que tienen más del 50% de suelo fino.

el uso de altos porcentajes de suelo fino como material de construcción de terraplenes depende de la tolerancia a la

deformación que se le permita, también la plasticidad que este suelo presenta juega un papel muy importante, pues

es un parámetro que indica la facilidad de manipulación que pueda tener el suelo en el proceso de compactación

necesario en la conformación del terraplén.

a manera de recomendación y con base en la especificación aasHto-00 se presenta una descripción del tipo de

suelo que puede utilizarse en la construcción de terraplenes.

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Tabla 11.1 Gradación para terraplenes recomendada por la especificación AASHTO-00

Índice de plasticidad ≤ 20

del suelo a usar se debe determinar:

• Gradacióneíndicedeplasticidad.

• PropiedadesparalacompactacióndelProctormodificado,densidadmáximayhumedadóptimadecompactación

(γdmax, ωóptima).

• Parámetrosderesistenciaalcorte,cu, φu y c’, φ’.

11.5.4 Establecer los parámetros de diseño del geotextil de refuerzo

a. obtener la resistencia a la tracción disponible del geotextil (tadm) como:

tadm = tult (11.1)

Fs

Fs = FRid x FRFl x FRdQB (11.2)

donde:

tult = Resistencia última del geotextil por el método de la tira ancha.

(astm d 4595)

tadm = Resistencia a la tracción disponible del geotextil


FRFl = Factor de reducción por fluencia o creep



b. determinar la resistencia Pullout:

a este dato se le aplica un factor de seguridad de 1.5 para suelos granulares y de 2.0 para suelos cohesivos.

FsP = PR / treq

FsP = (2 * le* F * α * σv) / treq (11.3)

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donde:

treq = Resistencia Pullout requerida

PR = Resistencia Pullout por unidad de ancho de refuerzo

le = longitud de empotramiento, (longitud del geotextil detrás de la superficie de falla)

F = Factor de resistencia Pullout3

α = Factor de transferencia de esfuerzo por efecto de escala

σv = esfuerzo vertical total

11.5.5 Análisis de estabilidad de los taludes del terraplén sin refuerzo

Realice un análisis de estabilidad de los taludes del terraplén sin refuerzo. cuando la inclinación de las caras o

taludes del terraplén no son simétricas o las condiciones de frontera son diferentes es necesario hacer análisis de

estabilidad a los dos taludes del terraplén.

los análisis de estabilidad se realizan con metodología convencional por medio de análisis de equilibrio límite en

donde se determina el factor de seguridad más crítico de las superficies potenciales de falla y la zona crítica a

reforzar así como los momentos actuantes.

varios programas de computador están fácilmente disponibles para su uso alrededor del mundo y son una herramienta

que facilita la determinación de las superficies potenciales de falla y la zona crítica a reforzar. algunos ejemplos de

estos programas son PcstaBle desarrollado por la universidad de Purdue, el programa XstaBl desarrollado por la

universidad de idaho, el programa Ressa realizado por adama engineering para la Federal Highway administration

(FHWa), entre otros.

es apropiado anotar que no sólo se debe analizar la superficie de falla más crítica, también la zona de falla conformada

por todas aquellas superficies de falla que presentan un factor de seguridad menor a 1.5 (ver Figura 11.2).

Figura 11.2 Resultado de un análisis de estabilidad a un talud sin refuerzoRealizado en Ressa.

3F es obtenido en ensayos Pullout con el suelo y el geotextil que se va a usar para cada caso en particular, puede usarse como valor conservativo F = 2/3 tan φ .

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11.5.6 Diseño del refuerzo necesario para la estabilidad del talud

teniendo en cuenta las superficies de falla con factores de seguridad menores a 1.5, determinados en un programa

de estabilidad de taludes ó trazando superficies de falla, se procede a aplicar la ecuación de equilibrio límite como:

Fs = Σ momentos Resistentes (11.4)

Σ momentos desestabilizante

Fs = (τ * lsf * R) / (W * x + q * d) (11.5)

donde:

τ = Resistencia al corte del suelo

lsf = longitud de la superficie de falla

R = Radio

W = Peso del segmento de tierra

q = sobrecarga

Figura 11.3 esquema superficie de falla.

Para la superficie de falla que se está diseñando el refuerzo, calcule el momento desestabilizante md y el momento

resistente mR.

como:

md = W * x + q * d

mR = md * Fsu

mR = (W * x + q * d) * Fsu (11.6)

donde:

Fsu = calculado en el programa de estabilidad u obtenido manualmente trazando

superficies de falla.

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determine la fuerza total a la tensión que suministra el refuerzo t, requerida para obtener el factor de seguridad de

talud reforzado FsR = 1.5:

ttotal = (FsR * md - mR) / R

ttotal = (FsR * md - Fsu * mR) / R

ttotal = [(FsR - Fsu) * md] / R (11.7)

donde:

FsR = Factor de seguridad requerido (normalmente es 1.5)

Fsu = Factor de seguridad del talud sin refuerzo

R = Radio de la superficie de falla

la fuerza necesaria que debe suministrar cada capa de geotextil es:

tg = ttotal / espaciamientos requeridos (11.8)

Repita lo anterior hasta obtener una distribución adecuada.

Para taludes con alturas bajas (H < 6 m) asuma una distribución uniforme del refuerzo y use ttotal para determinar el

espaciamiento del refuerzo.

Para taludes altos (H > 6 m) divida el talud en dos zonas de refuerzo (tsuperior y tinferior) o en tres zonas de refuerzo

(tsuperior, tmedio y tinferior) de iguales dimensiones y use la siguiente distribución de t:

Para dos zonas:

tsuperior = 3/4 ttotal

tmedio = 1/4 ttotal

Para tres zonas:

tsuperior = 1/2 ttotal

tmedio = 1/3 ttotal

tinferior = 1/6 ttotal

determine el espaciamiento vertical del refuerzo sv.

Para cada zona, calcule la tensión de diseño del refuerzo, tgdm, requerida para cada capa basada en asumir el

espaciamiento sv. si la resistencia a la tensión es conocida, calcule el espaciamiento vertical y el número de capas de

refuerzo, n, requerida para cada zona como:

tg = tadm * Rc

tg = (tzona * sv) / Hzona

tg = tzona / n (11.9)

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donde:

Rc = Porcentaje de cubrimiento del refuerzo (Rc= 1 para planos continuos).

tzona = Resistencia máxima a la tensión requerida para cada zona; tzona igual a ttotal para

taludes bajos (H < 6 m).

sv = espaciamiento vertical del refuerzo.

Hzona = altura de la zona y es igual en la parte superior, media e inferior para taludes

altos(H > 6 m).

determine la longitud de empotramiento requerida, le.

le = (tadm * Fs) / (F * α * σv’ * 2) (11.10)

donde :

F = Factor de resistencia del ensayo pullout, si no se tiene disponible el ensayo pullout

use para geotextiles F = 2/3 tan φ. donde φ es el ángulo de fricción interna.

α = Factor de transferencia use 0.8 a 1.0.

le = longitud de empotramiento, mínima de 1 m.

11.5.7 Chequeo a la estabilidad externa

Chequeo al deslizamiento

se debe determinar el factor de seguridad al deslizamiento el cual debe ser mayor a 1.5. de no ser así se debe

ampliar la base y la longitud del refuerzo del terraplén.

Fsd = Σ Fuerzas Horizontales Resistentes

Σ Fuerzas Horizontales desestabilizantes

Fsd = [(W + Pa * sen φ) tan δsg] / Pa * cos φ (11.11)

W = ½ l2 * γ * tan β ⇒ para l < H

W = [l * H - H2 / (2 * tan β)] * γ ⇒ para l > H

donde:

Fsd = Factor de seguridad al deslizamiento (> 1.5)

l = longitud del refuerzo en la capa inferior

H = altura del talud

Pa = Presión activa de tierra

δsg = Ángulo de fricción entre el suelo de fundación y el geotextil

β = Ángulo del talud

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Chequeo a la estabilidad global o estabilidad general

el efecto de la construcción de un terraplén genera una sobrecarga en el sitio en donde se está colocando, por tal

motivo es necesario revisar la estabilidad general o global del sitio con el objeto de garantizar la estabilidad del lugar

o de la obra.

este análisis se realiza por métodos clásicos de estabilidad considerando superficies de falla y evaluando factores de

seguridad o probabilidades de falla.

Capacidad portante

se debe calcular la capacidad portante última y admisible del terreno con el objetivo de compararla con la presión

de contacto.

estimar la magnitud del asentamiento, usando métodos tradicionales de la geotecnia.

Sistemas de subdrenaje y drenaje

el drenaje y subdrenaje es crítico para mantener la estabilidad del terraplén. la redundancia en el drenaje y subdrenaje

es recomendable en este tipo de estructuras.

las obras de drenaje son todas aquellas obras que se deben construir de tal forma que se maneje en forma correcta

el agua de escorrentía y se minimice la infiltración, estas obras en la mayoría de los casos se deben construir. tales

obras son por ejemplo las cunetas, zanjas de corona, disipadores de energía, alcantarillas, etc.

las obras de subdrenaje en todos los casos se deben construir, estas son vitales en garantizar la estabilidad de

la estructura. Básicamente son de dos tipos:

1. dren chimenea: ubicado en el espaldón del terraplén y consiste en un espesor de grava entre 30 a 60 cm forrado

con geotextil no tejido (ver Figura 11.4).

2. lloraderos: consisten en tuberías perforadas normalmente de 2½” forradas con geotextil no tejido. estos lloraderos

permiten la salida del agua de exceso que pueda llegar a los materiales térreos que conforman el terraplén.

3. colchón drenante: el colchón drenante está constituido por un espesor de material granular, que en lo posible

debe cubrir toda la superficie de cimentación protegido con un geotextil no tejido diseñado para que pase el

agua y retenga las partículas finas de la estructura; este elemento ayuda a la disipación de la presión de poros y

al abatimiento del nivel freático.

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Figura 11.4 esquema de obras de subdrenaje en un terraplén.


se requiere construir un terraplén de 6 metros de altura sobre el cual se piensa construir una estructura de pavimento

la cual transmite una sobrecarga de q = 10 kPa.

1. condiciones geométricas del talud

H = 6.0 m

β = 45°

q = 10 kPa

2. Propiedades geomecánicas del suelo de fundación

el perfil estratigráfico presenta un estrato de 10 metros conformado por un limo arenoso arcilloso de consistencia

dura, de baja plasticidad.

γt = 19 kn/m3

ωnatural = 18 %

ll = 42 %

lP = 23 %

iP = 19 %

cu = 12.7 kPa

φ’ = 27°

c’ = 10 kPa

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3. Propiedades geomecánicas del suelo que se utilizará para conformar el terraplén

iP = 20 %

γt = 21 kn/m3

ωóptima = 14 %

φ’ = 30°

c’ = 1 kPa

Tabla 11.2 Granulometría del material a utilizar en el terraplén

4. Parámetros de diseño del refuerzo

los geotextiles que podrían utilizarse como alternativas de refuerzo son t1700, t2100, t2400 y tR4000.

Fs = FRid * FRFl * FsdQB

Fs = 1.2 * 2.5 * 1.0 = 3.0

• GeotextilTejido2100:

tult = 37 kn/m (ver apéndice a: especificaciones de Productos)

tadm = tult / Fs

tadm = 37 kn/m / 3.0

tadm = 12.3 kn/m

• GeotextilTejido2400:

tult = 40 kn/m (ver apéndice a: especificaciones de Productos)

tadm = tult / Fs

tadm = 40 kn/m / 3.0

tadm = 13.3 kn/m

5. análisis de estabilidad del talud sin refuerzo. es más preciso y más fácil utilizar algún programa de estabilidad,

en este caso se utilizó el Ressa v2.0.

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es importante tener en cuenta que cuando se realice el análisis de estabilidad se deben utilizar las propiedades

geomecánicas de los dos suelos, las del suelo de fundación y las del material que se utilizará para construir los

terraplenes, con el objetivo de analizar las diferentes superficies de falla.

no sólo se debe tener en cuenta la superficie de falla crítica si no también todas aquellas superficies de falla que su

factor de seguridad sea menor a 1.5.

Figura 11.5 Resultado del análisis de estabilidad del talud sin refuerzoRealizado en Ressa v2.0.

6. diseño del refuerzo necesario para la estabilidad del talud

• Cálculodemomentos,Md y mR

md = W * x + q * d

W = 17.02 m2 * 21 kn/m3 = 357.4 kn/m

x = 4.13 m

q = 17.7 kn/m (la sobrecarga es de 10 kn/m2, la parte que está dentro

de la superficie de falla es de 1.77 m, lo que se hace es determinar una

carga puntal que es de 17.7 kn/m equivalente a la carga distribuida).

d = 6.51 m

md = 357.4 * 4.13 + 17.7 * 6.51 = 1591.3 kn-m/m

mR = md * Fsu = 1591.3 * 0.998 = 1588.1 kn-m/m

R = 7.56 m

ttotal = [(FsR – Fsu) * md] / R

ttotal = [(1.5 – 0.998) * 1591.3] / 7.56 = 105.7 kn/m

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• Determinacióndeladistribucióndelosrefuerzos:

se recomienda por aspectos constructivos espesores de capa entre 25 y 50 cm y como es un terraplén de 6 m de

altura se recomienda una distribución uniforme.

tg = ttotal / n

tg = 105.7 kn/m / 12 = 8.8 kn/m

el geotextil tejido t2100 presenta un tadm de 12.3 kn/m

n = 105.7/12 ≈ 9 capas pero teniendo en cuenta la recomendación constructiva de un espesor máximo de 50 cm se

recomiendan 12 capas espaciadas 50 cm.

• DeterminacióndelalongituddeempotramientoLe:

le = (tadm * Fs) / (F * α * σv’ * 2)

Fs = 1.5

tadm = 12.3 kn/m

F = 2/3 tan φ = 0.385

α = 0.9

σv’ = esfuerzo vertical, es función de la profundidad (γ * h)

Realice la siguiente tabla:

Tabla 11.3 Resultados de espesores de capa y longitud del geotextil

* la longitud total de las capas de refuerzo deben ser aproximadas a un múltiplo de 0.5m para facilitar su proceso constructivo. estas longitudes

deben ser revisadas una vez sea evaluada la estabilidad externa y global del talud.

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donde:

sv = espesor de la capa

lo = longitud del doblez use 1.0 m

lg = longitud geométrica que va desde la cara del terraplén hasta la superficie de falla

le = longitud de empotramiento detrás de la superficie de falla

lt = longitud total, la cual es la suma de sv + lo + lg + le

• Chequeoaldeslizamiento

una vez realizado el diseño de las capas de refuerzo del talud se revisa la estabilidad al deslizamiento del talud

reforzado teniendo en cuenta la longitud de la capa inferior del refuerzo. el factor de seguridad al deslizamiento se

calcula de la siguiente forma:

W = [7 m * 6 m – 36 m2 / (2 * tan 45)] * 21 kn/m3 ⇒ para l > H

W = 504.0 kn/m

el empuje generado en el espaldón del talud es:

Pa = ½ * Ka *γt * H2

Pa = ½ * 0.33 * 21 kn/m3 * (6 m)2

Pa = 124.74 kn/m

según la ecuación (11.11) el factor de seguridad es:

Fsd = [(504 + 124.74 * sen 30) tan 21.6] / (124.74 * cos 30)

Fsd = 2.0 > 1.5

Posteriormente se debe realizar el chequeo a la estabilidad global teniendo en cuenta las condiciones particulares

del sitio del proyecto.

Finalmente se debe realizar los diseños del sistema de drenaje y subdrenaje los cuales son de vital importancia para

la estabilidad de la estructura a largo plazo.

BIBLIOGRAFÍA

• KOERNERR.,DesigningWithGeosynthetics,5ED.,U.S.A.,2005.

• HOLTZR.,GeosyntheticEngineering,1997.

• CONSTRUCTIONINDUSTRYRESEARCHANDINFORMATIONASSOCIATION,SoilReinforcementwithGeotextiles.

12ReFueRZo de teRRaPlenes

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12.1 INTRODUCCIÓN

cuando se construyen terraplenes sobre suelos blandos, estos pueden transmitir una presión de contacto generando

esfuerzos cortantes que pueden llegar a superar la resistencia al corte del suelo de fundación causando una falla

en la base del terraplén. un adecuado diseño de capas de geotextil tejido de alta resistencia, colocadas en la base

del terraplén permite desarrollar un refuerzo a la tracción de tal manera que el factor de seguridad ante la falla del

terraplén aumente hasta un valor confiable.

el refuerzo con geotextil puede disminuir los desplazamientos horizontales, verticales y los asentamientos diferenciales,

sin embargo, no se recomienda considerarlo como un factor que disminuya asentamientos por consolidación

primaria ni secundaria.

el uso de geotextiles tejidos de alta resistencia para la construcción de terraplenes sobre suelos blandos puede

presentar los siguientes beneficios:

• Elincrementodelfactordeseguridad.

• Laposibilidaddeincrementarlaalturadelterraplén.

• Reduccióndelosdesplazamientosdurantelaconstrucción.

• Disminucióndelosasentamientosdiferenciales.

existen varias alternativas para la estabilización de terraplenes sobre suelos blandos dependiendo de las condiciones

particulares de cada caso, algunas soluciones pueden ser:

Reemplazo de suelos con otro de mejor resistencia, colocación de pilotes de carga por fricción o por punta, pilotes

drenantes o drenes verticales, geotextiles de refuerzo y otras. está demostrado que el refuerzo con geotextiles

tejidos de alta resistencia es una alternativa de estabilización a un bajo costo comparado con otras alternativas. en

algunos casos la solución técnica y económicamente más conveniente puede ser la combinación de tratamientos

convencionales como por ejemplo reemplazos de materiales en la fundación alternados con el refuerzo proporcionado

por los geotextiles.

el refuerzo de terraplenes sobre suelos de baja capacidad de soporte aplica para las siguientes dos condiciones:

en suelos muy blandos y saturados tales como arcillas, limos o turbas. la segunda situación es la construcción de

terraplenes sobre materiales que presentan grietas, fisuras o vacíos (típicas de suelos residuales los cuales presentan

estructuras heredadas).

los geotextiles también pueden ser usados como elementos de separación para evitar la contaminación de los

materiales seleccionados que conforman al terraplén.

si la función y aplicación que cumplirá el geotextil sólo va ser el de separación, el diseño se debe basar en garantizar la

supervivencia en la construcción y posterior vida útil, se puede pensar en geotextiles que tengan alta elongación como

son los geotextiles no tejidos. Para éste caso se debe considerar que el geotextil no aporta resistencia a la tensión.


en los terraplenes construidos sobre suelos blandos de baja capacidad portante se puede presentar tres tipos

de falla:

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en esta guía de diseño se presenta la metodología para determinar el geotextil necesario para la estabilización por

los modelos de falla antes descritos, la estabilidad interna de los taludes se debe analizar por separado1.

las tres posibilidades de modelos de falla indican los tipos de análisis de estabilidad interna que se requieren,

también se debe tener en cuenta los demás chequeos de estabilidad externa necesarios en todos los casos.

el procedimiento de diseño de terraplenes sobre suelos blandos se realiza por métodos convencionales de geotecnia

con algunas modificaciones por la inclusión del refuerzo.

las condiciones que mejor modelan el comportamiento de terraplenes sobre suelo blandos son las de análisis en

términos de esfuerzos totales y las más apropiadas para el diseño del refuerzo. (Holtz, 1989).


12.3.1 Establecer las dimensiones geométricas, condiciones de carga, tiempo de construcción y condiciones ambientales

• Alturadelterraplén,H,lalongituddelterraplénL,elanchodelacresta,B.

• Ángulodeltaludodelostaludesdelterraplén,β.

• Establecer las cargas externas que tendrá el terraplén tales como sobrecargas (Q), (q), cargas vivas, diseño

sísmico, aceleración αg.

• Tiempodeconstrucción(pararevisarlatasadeincrementodeesfuerzoenelsuelodefundación).

• Condicionesambientalestalescomodrenajesnaturales,probabilidaddeinfiltraciones.

a. Por capacidad portante

b. Falla rotacional de base

c. Falla por desprendimiento lateral

1ver capítulo 11 - Refuerzo de taludes.

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12.3.2 Establecer el perfil estratigráfico, las propiedades geomecánicas del suelo de fundación y las condiciones del nivel freático

• Esmuyimportanteconocerelperfilestratigráfico,laspropiedadesgeotécnicasdelossuelosdefundación:

gradación e índice de plasticidad (propiedades índice), cu, para los análisis de estabilidad al final de la construcción,

φu y/o c´, φ´ y parámetros de consolidación para el cálculo de los asentamientos (cc, cr, cv y σp´) con el objetivo de

revisar las condiciones a largo plazo.

• LocalizarlaalturadelnivelfreáticoNFylascondicionesdepresenciadeaguaydelugaresozonasdeaportede

agua que puede presentar algún riesgo de infiltración. ver Figura 12.1.

Figura 12.1 esquema terraplén.

12.3.3 Obtener las propiedades mecánicas del suelo que se utilizará para la construcción del terraplén

• Clasificación,propiedadesíndice.

• Propiedadesparalacompactación:Proctormodificado,densidadmáximayhumedadóptimadecompactación

(γdmax, σóptima).

• Parámetrosderesistenciaalcorte,cu, φu y/o c´, φ´.

12.3.4 Establecer los parámetros de diseño del geotextil de refuerzo

obtener la resistencia a la tracción disponible del geotextil (tadm) como:

tadm = tult (12.1)

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donde:

tult = Resistencia última del geotextil por el método de la tira ancha. (astm d 4595)

tadm = Resistencia a la tracción disponible del geotextil





determinar la resistencia en ensayos Pullout. a este dato se le aplica un factor de seguridad de 1.5 para suelos

granulares y de 2.0 para suelos cohesivos.

FsP = PR / treq

FsP = (2 * le* F * α * σv) / treq (12.3)

donde:

treq = Resistencia Pullout requerida

PR = Resistencia pullout por unidad de ancho de refuerzo

le = longitud de empotramiento, (longitud del geotextil detrás de la superficie de falla)

F = Factor de resistencia Pullout2

α = Factor de transferencia de esfuerzo por efecto de escala

σv = esfuerzo vertical total

12.3.5 Chequeo por Capacidad Portante

cuando el espesor del estrato de suelo blando es mayor que el ancho del terraplén se puede calcular la capacidad

portante por métodos clásicos. (terzaghi and Peck, 1967; vesic, 1975; Perloff and Baron, 1976; and u.s. navy,

1982). los cuales asumen metodologías de equilibrio límite, asumiendo una espiral logarítmica como la superficie

de falla. se recomienda calcular la capacidad portante en términos de parámetros no drenados pues esta condición

se asemeja más a los condiciones de construcción de terraplenes, un proceso de carga rápido sin disipación de

presiones de poros.

con base en lo anterior la capacidad portante se puede calcular como:

qult = cu * nc (12.4)

qult = (π + 2) * cu (12.5)

donde:

nc = es el factor de capacidad portante, usualmente se toma 5.14.

cu = Resistencia al corte no drenada del suelo de fundación.

2F es obtenido en ensayos Pullout con el suelo y el geotextil que se va a usar para cada caso en particular, puede usarse como valor conservativo F = 2/3 tan φ .

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el refuerzo no se debe considerar como un elemento que incrementa la capacidad portante (aunque el refuerzo

logra una mejor redistribución de la presión de contacto) si la presión de contacto es mayor que la capacidad

portante el terraplén puede fallar por capacidad portante. en estos casos es conveniente pensar adicionalmente al

refuerzo, otros tipos de soluciones como pilotes drenantes ó drenes verticales, pilotes de cimentación, reemplazo

de materiales etc.

12.3.6 Chequeo a la falla Rotacional de Base

Para revisar contra la falla rotacional, se debe hacer un análisis clásico de equilibrio límite de estabilidad que involucre

el suelo de fundación con el objetivo de determinar la superficie potencial de falla (ver Figura 12.2).

Figura 12.2 análisis de estabilidad de un terraplén sin refuerzo construido sobre un suelo blando. Realizado en Ressa v2.0.

si el factor de seguridad de la superficie potencial de falla rotacional es mayor a 1.3 (al final de la construcción)

el terraplén no requiere refuerzo. si el factor de seguridad a la falla rotacional es menor a 1.3 (al final de la

construcción) el terraplén requiere refuerzo. entonces se debe calcular la fuerza, tg, necesaria para incrementar el

factor de seguridad a un valor confiable normalmente 1.3.

tg = [(Fs * md) – mR] / [(R * cos (θ - β)] (12.6)

donde:

md = momento desestabilizante (W * x)

mR = momento resistente (Σ cu * l) * R

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Figura 12.3 modelo de falla rotacional del terraplén para el diseño del refuerzo.

β=θ Para arcillas sensitivas, slurry, lechadas o arcillas marinas. condiciones extremas.

β=θ/2 si d/B < 0.4 y suelos con compresibilidad de moderada a alta, suelos arcillosos y turbas.

β=θ si d/B ≥ 0.4 y suelos altamente compresibles. arcillas blandas y turbas

12.3.7 Chequeo por desprendimientos laterales

se debe de determinar el factor de seguridad al desprendimiento, teniendo en cuenta dos situaciones, la primera

que el bloque de terraplén se desprenda sin romper el geotextil y la segunda que el bloque de terraplén se desprenda

rompiendo el geotextil. si el factor de seguridad al desprendimiento en los dos casos es mayor a 1.5 no se requiere

geotextil adicional para estabilizar este modo de falla, si el factor de seguridad es menor a 1.5 se requiere geotextil

adicional para llevar el refuerzo a un valor confiable. esto se hace calculando los refuerzos adicionales.

Figura 12.4 desprendimiento lateral del talud.

la ecuación para el cálculo del factor de seguridad por desprendimiento lateral es la siguiente:

Fsdl = b * tan δsg / Ka * H (12.7)

donde:

b = ancho del hombrillo del talud

δsg = Ángulo de fricción entre el suelo del terraplén y el geotextil

Ka = Presión activa del suelo del terraplén

H = altura del terraplén

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12.3.8 Establecer la deformación tolerable del geotextil y calcular el módulo (J) del refuerzo requerido con base en el ensayo a la tensión por el método de la tira ancha (ASTM D 4595)

Recomendaciones basadas en el tipo de suelo a utilizar para la construcción del terraplén sobre suelos blandos

(turbas):

• Móduloderefuerzo J =T/Egeotextil

• Suelospococohesivos Egeotextil = 5 al 10%

• Sueloscohesivos Egeotextil = 2%

• Turbas Egeotextil = 2 al 10%

con base en los chequeos anteriores se determina el geotextil a utilizar.

otros chequeos:

• Estimarlamagnituddelasentamiento,usandométodostradicionalesdelageotecnia

• Establecerlasecuencia,procedimientosconstructivos,velocidaddeavancedeobra.

• Sistemasdesubdrenajeydrenaje

• Establecerlainstrumentaciónqueserequieraencadacaso,celdasdecarga,platinasdeasentamiento,piezóme-

tros, presurómetros, strain gage etc.

• Afectaciónaconstruccionesvecinas

• Retroanálisis


se requiere construir un terraplén de 2 m de altura para soportar una estructura de pavimento (ver Figura 12.5).

Figura 12.5 sección típica del terraplén.

• PropiedadesdelosSuelos

suelo 1. mH

γ = 17 Kn/m3

cu = 6 kPa

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suelo 2. gm

γ = 19.8 Kn/m3

φ = 30°

c’ = 10 kPa

suelo para construcción del terraplén

γ = 21.7 Kn/m3

φ = 35°

• Factoresdeseguridadrequeridos

Fsmin > 1.5 Para condición a largo plazo

Fsmin ≈ 1.3 Para condición a corto plazo

1. Chequeo de capacidad portante

la capacidad portante en términos no drenados es:

qult = cu * nc

nc = 4.14 + 0.5 (B/d)

B = Base del terraplén (m)

d = Profundidad estrato suelo de fundación (m)

nc = 4.14 + 0.5 (31 / 4.5) = 7.6

qult = 6.0 kPa * 7.6 = 45.6 kPa

Presión de contacto:

Pcto sin geotextil = γ * h = 21.7 Kn/m3 x 2 m

Pcto sin geotextil = 43.4 kPa

el cálculo del factor de seguridad por capacidad portante del terraplén sin tener en cuenta el geotextil es:

FscP = 45.6 / 43.4

FscP = 1.04 > 1.5 ⇒ no cumple

con geotextil se logra una distribución de la presión de contacto y se calcula de la siguiente manera:

Pcto con geotextil = a γ / B

a = Área de sección transversal del terraplén

B = Base del terraplén

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Pcto con geotextil = [ (½ x (37 m + 15 m) 2 m) x (21.7 Kn/m3)] / 37m

Pcto con geotextil = 30.5

nc = 4.14 + 0.5 (37 / 4.5) = 8.3

qult = 6.0 kPa * 8.3 = 49.5 kPa

Por lo tanto el factor de seguridad por capacidad portante teniendo en cuenta el sobreancho del geotextil en los

costados del terraplén es el siguiente:

FscP = 49.5 / 30.5

FscP = 1.63 ⇒ cumple

2. Chequeo a la falla Rotacional de Base

a continuación se calcula el factor de seguridad de la falla rotacional de base sin refuerzo.

Nota: el valor mínimo del factor de seguridad al final de la construcción debe ser 1.3. es recomendable usar un

programa de estabilidad de taludes.

Figura 12.6 análisis de estabilidad del terraplén sin refuerzo.

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Figura 12.7 cuña de falla a tener en cuenta para el diseño.

una vez corrido el programa de estabilidad de taludes se realizan los siguientes cálculos teniendo como datos de

entrada la geometría de la superficie de falla mostrada en el programa.

Fs = 0.96 ⇒ sin refuerzo

Fsreq = (mR + tg * R) / md ≥ 1.3

R = 8.49 m

mR = (Σ cu * l) * R (momento Resistente)

mR = (6.0 kPa * 18.4 m) * 8.49 m

mR = 937.3 Kn

x = 4.0 m

md = W * x (momento desestabilizante)

md = 14.18 m2 * 21.7 Kn/m3 * 4.0 m

md = 1230.8 Kn

Fsreq = 1.3

Σ mR / Σ md = (937.3 + tg * 8.49] / 1230.8 = 1.3

despejando tg se obtiene la magnitud del refuerzo para la base del terraplén:

tg = 78.06 Kn/m

tadm = tult / Fs

Fs = Fsid * FsFl * FsdQB

Fs = 1.2 * 2.5 * 1.0 = 3.0

geotextil tejido t2400:


tadm = 40.0 / 3.0

tadm = 13.3 Kn/m

n = 78.06 / 13.3

n = 5.8 ⇒ 6 Refuerzos

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geotextil tejido tR4000:


tadm = 65.0 / 3.0

tadm = 21.6 Kn/m

n = 78.06 / 21.6

n = 3.61 ⇒ 4 Refuerzos

las capas deben estar espaciadas 0.15 m aproximadamente.

adicionalmente se deben hacer cálculos de asentamientos, procedimiento constructivo, seguimiento durante el

procedimiento constructivo (método observacional).

BIBLIOGRAFÍA

• KOERNERR.M.,DesigningWithGeosynthetics,5ED.,U.S.A.,2005.

• HOLTZR.,GeosyntheticEngineering,1997.

• CONSTRUCTIONINDUSTRYRESEARCHANDINFORMATIONASSOCIATION,SoilReinforcementWithGeotextiles.

13ReFueRZo de cimentaciones coRRidas

con geosintét icos

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13.1 INTRODUCCIÓN

cuando se construyen estructuras sobre suelos de baja capacidad portante, éstos pueden transmitir una presión de

contacto de tal forma que se generan unas fuerzas de corte que pueden llegar a superar la resistencia al corte del suelo

de fundación, dando como resultado una falla por capacidad portante o por asentamiento en la cimentación.

un adecuado diseño de capas de geosintético de alta resistencia a la tensión, instalados en la cimentación de una

estructura permite desarrollar un refuerzo a la tracción de tal forma que el factor de seguridad ante la falla por

efecto de la carga de la estructura aumente hasta un valor confiable.

el refuerzo con geosintéticos puede disminuir los desplazamientos horizontales, verticales y los asentamientos

diferenciales, aunque no se debe considerar que presente una disminución de los asentamientos por consolidación

primaria y secundaria.

la capacidad de carga última de cimentaciones superficiales puede mejorase incluyendo refuerzo de tensión como

geotextiles y geomallas en el suelo que soporta la cimentación. en este caso se va a utilizar la metodología de diseño

racional de Binquet y lee para el problema de capacidad de carga admisible de cimentaciones superficiales que

descansan sobre suelo granular reforzado.

13.2 GENERALIDADES

Basados en resultados obtenidos por distintos estudios en los últimos 20 años, que pretenden evaluar los efectos de

reforzar el suelo en cuanto a la capacidad de carga de cimentaciones superficiales, se presentan algunos resultados

y una metodología que permite dimensionar el tipo de refuerzo a usar.

estudios de laboratorio del geosynthetic Research institute sobre suelos finos, con saturaciones por encima del límite

plástico muestran el comportamiento presentado en la figura 13.1. en dichas pruebas se empleo geotextil tejido,

con distintas variaciones del número de capas, como se puede apreciar, se registra una mejora en la capacidad de

carga – soporte de la cimentación, luego de alcanzar un asentamiento considerable. lo cual es de esperar, dado que

el geotextil se debe empezar a deformar antes que su beneficio como refuerzo se manifieste.

Figura 13.1 Prueba de capacidad de carga de una cimentación superficial redonda sobre arcilla blanda saturada empleando como refuerzo geotextil tejido.

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las cimentaciones superficiales reforzadas con geosintéticos presentan una variación del modo de falla respecto a

las cimentaciones no reforzadas, a continuación se enumeran los modos de falla que pueden presentar en este tipo

de estructuras:

13.3.1 Falla por capacidad portante por encima de la primera capa de refuerzo

este tipo de falla ocurre generalmente cuando la primera capa de refuerzo esta colocada a una profundidad, d,

mayor que 2/3B donde B es el ancho de la cimentación.

Figura 13.2 Falla por cortante arriba del refuerzo.

13.3.2 Falla por Pullout o longitud de empotramiento insuficiente

esta corresponde a la longitud que se encuentra por detrás de la superficie de falla, en la cual se desarrollan las

fuerzas resistentes generadas por el coeficiente de fricción entre el suelo de relleno y el geosintético.

Figura 13.3 Falla por longitud de empotramiento insuficiente.

13.3.3 Falla por tensión del material de refuerzo

aunque todos los tipos de falla se deben chequear para el diseño de la cimentación, este modo de falla es el que

se considera para el diseño del geosintético de refuerzo, y tiene en cuenta propiedades mecánicas tales como la

resistencia a la tensión del material de refuerzo.

Figura 13.4 Falla por tensión del material de refuerzo.

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13.3.4 Falla por fluencia del material de refuerzo a largo plazo o creep

esta se refiere a la deformación del material de refuerzo con el tiempo, debido a la aplicación de una carga constante

o repetitiva y que es menor a la resistencia última del material. se ha demostrado que el fenómeno de creep para

geotextiles se ve reducido al cuantificar las deformaciones en condición confinada, sin embargo se recomienda

utilizar factores de reducción en la resistencia de diseño del material, que minimicen el efecto de este fenómeno en

la cimentación, controlando así los asentamientos que se puedan generar.

Figura 13.5 Falla del material por fluencia.


13.4.1 Localización de la superficie de falla

Para el modo de falla a tensión del material de refuerzo, la Figura 13.6 muestra el comportamiento de los materiales

frente al desarrollo de la superficie de falla cuando d/B es menor que 2/3, condición en la que es de mayor beneficio

la inclusión de refuerzo.

Figura 13.6 mecanismo de falla baja cimentaciones reforzadas.

la Figura 13.6 muestra una condición idealizada para el desarrollo de la superficie de falla en el suelo, la cual consta

de dos zonas, la Zona i, localizada debajo de la cimentación, forma una cuña debido al asentamiento que se genera

por la aplicación de la carga. la Zona ii es la que se localiza a los costados de la Zona i en la cual el suelo es empujado

hacia fuera y hacia arriba.

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los puntos que definen el límite entre las zonas i y ii, se obtienen como el resultado de la localización del esfuerzo

cortante máximo debido a la aplicación de carga en la cimentación, para una profundidad dada. el esfuerzo cortante

τxy es el esfuerzo desarrollado a una profundidad z y a una distancia x medida desde el eje de la cimentación.

integrando la ecuación de Bousinnesq, el esfuerzo cortante se calcula de la siguiente manera:

τxz = 4 b qR x z2 (13.1)

π [(x2 + z2 – b2)2 + 4 b2 z2]

donde:

b = ancho medio de la cimentación o B/2

B = ancho de la cimentación

qR = carga por área unitaria de la cimentación

el límite exterior de la zona i se refiere a los puntos donde el valor del esfuerzo cortante es máximo para una

profundidad z. Xo es la distancia en la cual el esfuerzo cortante es máximo para una profundidad dada, esta distancia

es variable y se puede calcular mediante la siguiente figura:

Figura 13.7 localización del esfuerzo cortante máximo para una profundidad z, dado un ancho de cimentación B.

13.4.2 Disipación de esfuerzos por medio del refuerzo con geosintético

a continuación se muestran las fuerzas aplicadas sobre una capa de suelo ∆H no reforzada y reforzada, localizada

a una profundidad z de la cimentación, según la hipótesis mencionada anteriormente, ambos tipos de cimentación

poseen el mismo asentamiento se.

• Casonoreforzado:

las fuerzas presentes para este caso son las fuerzas F1 y F2, ambas verticales y s1 la fuerza cortante máxima localizada

a una distancia Xo.

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Figura 13.8 Fuerzas actuantes en cimentaciones no reforzadas.

Por lo tanto las fuerzas aplicadas sobre la capa de suelo son las siguientes:

0 = F1 – F2 – s1

• Casoreforzado:

en el caso de la cimentación reforzada, las fuerzas verticales son F3 y F4, s2 la fuerza cortante máxima y t es la fuerza

desarrollada por la capa de refuerzo, y esta es vertical debido a la hipótesis de la deformación del refuerzo.

Figura 13.9 Fuerzas actuantes en cimentaciones no reforzadas.

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las fuerzas aplicadas sobre cada capa de suelo son las siguientes:

0 = F3 – F4 – s2 – t

debido a que el asentamiento es el mismo para ambos casos:

F2 = F4

Reemplazando F2 en F4 en la ecuación del caso reforzado

t = F3 – F1 – s2 + s1 (13.2)

Por lo tanto la magnitud de las fuerzas F1 y F3 son causadas por el esfuerzo vertical generado por la aplicación de las

cargas qo y qR, y son calculadas como el área bajo la curva de la función del esfuerzo vertical entre 0 y Xo.

Para s1 y s2 se calculan los esfuerzos cortantes a una profundidad z y a una distancia Xo desde el eje de la cimentación,

causados por las cargas qo y qR.

F1 = ∫Xo

σ (qo) dx

0

F3 = ∫Xo

σ (qR) dx

0

s1 = τxz (qo) ∆H

s2 = τxz (qR) ∆H

integrando y simplificando la solución de Bousinesq se tienen las siguientes ecuaciones:

F1 = a1 qo B (13.3)

F3 = a1 qR B (13.4)

s1 = a2 qo ∆H (13.5)

s2 = a2 qR ∆H (13.6)

donde a1 y a2 están dados en función de z y B.

Figura 13.10 variación de a1, a2, a3 con respecto a z/B.

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Reemplazando las ecuaciones (13.3) – (13.6) en la ecuación (13.2) se obtiene:

t = a1 qR B – a1 qo B – a2 qR ∆H + a2 qo ∆H

t = qo (qR / qo – 1) (a1 B – a2 ∆H) (13.7)

debido a que esta ecuación se desarrolló para una sola capa de refuerzo, si se tienen n capas bajo la zapata

separadas una distancia ∆H la fuerza t calculada en este caso es:

tult = t / n (13.8)

donde n es el número de refuerzos a incluir bajo la cimentación.

combinando las ecuaciones (13.7) y (13.8), la ecuación para el cálculo de la fuerza a la que es sometida el refuerzo

es la siguiente:

t(n) = 1/n [qo (qR/qo – 1) (a1B – a2∆H)] (13.9)

donde:

t(n) = Fuerza desarrollada por cada capa de refuerzo

n = número de capas de refuerzo en la cimentación

qo = carga admisible por área unitaria de la cimentación

qR = carga aplicada por área unitaria de la cimentación

a1 = Factor para el cálculo de fuerzas verticales en el suelo

a2 = Factor para el cálculo de fuerzas cortantes en el suelo

B = ancho de la cimentación

∆H = separación vertical entre las capas de refuerzo

una vez calculada la resistencia a la tensión requerida de cada capa, se determina la resistencia a la tensión admisible

en función los factores de reducción.

tadm = tult (13.10)

Fs


donde:

tult = Resistencia última del geotextil o geomalla por el método de la tira ancha

tadm = Resistencia a la tracción disponible del geotextil o geomalla




los rangos para los factores de reducción se mencionan en la tabla 3.1 y tabla 3.2 del presente manual.

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13.4.3 Cálculo de la longitud de refuerzo

una vez calculada la fuerza que soportará cada capa de refuerzo, se debe revisar si la resistencia admisible del

refuerzo de la cimentación es mayor que la resistencia requerida, calculada en el paso anterior, si no es así, el

refuerzo podrá fallar por tensión o por Pullout.

la resistencia al Pullout se obtiene de la resistencia por fricción entre el suelo y el refuerzo. esta corresponde a la

superficie de empotramiento por detrás de la zona de falla la cual es calculada por la siguiente ecuación:

FB = 2 tan δ [Fuerza normal]

FB = 2 tanδ [(ldR) ∫Xo

(qR) dx + (ldR) γ (lo – Xo) (z + df)] (13.12)

l0

donde:

γ = Peso específico del suelo

df = Profundidad de la cimentación

δ = Ángulo de fricción entre el geosintético y el suelo (astm d 5321)

la fuerza normal la definen la fuerza generada por la disipación de la carga de la cimentación y la fuerza generada

debido a la presión normal del suelo a la profundidad del refuerzo.

el término ldR se define como la razón de densidad lineal del refuerzo; para el caso de geotextiles ldR=1 debido

a que el geotextil cubre toda el área de refuerzo. Para el caso de geomallas pese a que estas no cubren un área de

forma constante debido a su estructura de costillas y aberturas, el refuerzo generado por las geomallas se debe

en gran parte al trabazón de los agregados entre sus aberturas, por lo que en términos de densidad de refuerzo la

geomalla se encuentra muy cercana a la unidad y por lo tanto el valor con el que se diseña es igual a 1.

lo se calcula como la distancia a la que el esfuerzo σ(qR) es igual a 0.1 qR, este valor se puede calcular por medio de

la Figura 13.11 en función del ancho y de la profundidad.

Figura 13.11 variación de lo/B con respecto a z/B.

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simplificando el término de la integral, la ecuación queda de la siguiente forma:

FB = 2 tan δ (ldR) [a3 B qo (qR / qo) + γ (lo – Xo) (z + df)] (13.13)

donde a3 esta expresada en función de la profundidad y el ancho de la cimentación (ver Figura 13.10).

el factor de seguridad contra el Pullout del refuerzo es:

FsP = FB ≥ 1.5 (13.14)

t(n)

13.5 PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE CIMENTACIONES REFORZADAS

1. con base en las propiedades geomecánicas del suelo de fundación determine la capacidad portante admisible, qadm.

2. según las propiedades ingenieriles del suelo de mejoramiento. establezca el peso unitario total, y ángulo de

fricción del material.

3. según el ancho de cimentación, B, preestablecido, suponga la profundidad de la primera capa de refuerzo,

d, y el número de capas, n. la ubicación más efectiva del refuerzo con geosintéticos se produce cuando la

profundidad de la capa superior cumple que d < 2/3 B. Para la ubicación de la capa más baja del refuerzo se

tiene en cuenta el bulbo de presiones del cimiento donde se recomienda que esta debe estar a una distancia de

menor o igual a 2B.

4. calcule la magnitud de qR para la cimentación reforzada con el geosintético:

qR = Ql / B

donde:

Ql = carga lineal sobre el cimiento

B = ancho del cimiento

5. calcule la fuerza requerida por cada capa del refuerzo utilizando la ecuación (13.9). se recomienda realizar una

tabla especificando la profundidad de cada capa, y los cálculos necesarios para calcular la magnitud del refuerzo

(ver sección 13.5).

6. determine los factores de reducción del material de refuerzo según las condiciones del proyecto y las tablas 3.1

y 3.2 del presente manual.

7. compare la fuerza desarrollada por el refuerzo del cimiento, t(n), con la resistencia admisible de los geosintético

disponibles para la aplicación de refuerzo y seleccione el más apropiado con base en que el factor de seguridad

sea mayor a la unidad.

8. calcule la resistencia por fricción del refuerzo con geosintético por longitud unitaria de cimentación, FB, utilizando

la ecuación (13.13) y verificando que la longitud de empotramiento sea suficiente para cada una de las capas de

refuerzo. tenga en cuenta que la distancia mínima de empotramiento no puede ser menor a 0.5 m.

9. Realice el esquema del diseño final de la cimentación teniendo en cuenta el número de capas, la profundidad,

la separación y el tipo de refuerzo empleado de las mismas.

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Para la construcción de una bodega que tendrá 4 pisos en el frente y una altura de 12.0 m en el sitio de almacenaje,

se diseñó una cimentación conformada por zapatas corridas con un ancho de 2.0 m. se desea reforzar la cimentación

debido a que la capacidad portante última del suelo de fundación es de 51 ton/m2 y el ancho de cimentación debe

ser mantenido, debido a las condiciones específicas del sitio del proyecto.

diseñe el refuerzo de la cimentación empleando geosintéticos, sabiendo que las cargas previamente estimadas por

metro lineal de cimentación son inferiores a 70 ton/m. utilice los siguientes parámetros:

las propiedades geomecánicas del suelo de mejoramiento son:

φ = 34°

γt = 19 Kn/m3

Solución:

1. Cálculo de capacidad portante admisible y cargas aplicadas sobre el cimiento

ancho de la cimentación:

B = 2.0 m

determinar la capacidad admisible de carga para el suelo sin refuerzo es:

qult = 51.0 ton/m2

qadm = qult / 3

qadm = 17.0 ton/m2

qadm ≈ 170 kPa

determinar la carga sobre la cimentación por metro lineal:

qR = Ql / B

qR = 70.0 ton/m / 2.0 m

qR = 35.0 ton/m2

qR ≈ 350 kPa

2. Diseño de la conformación de las capas de refuerzo

• Profundidaddelaprimeracapaderefuerzo,“d”,enestecaso:

d = 0.5 m

• Profundidaddelacapamásbajaderefuerzo,“u”,enestecaso:

u < 4.0 m

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• Separaciónentrecapas,“∆H”, se recomienda que la separación entre las capas de refuerzo sea uniforme para

la conformación de la base de la cimentación, y que este a su vez sea un valor constructivamente viable, en

este caso:

∆H = 0.40 m

• Númerodecapasderefuerzo,N,sesuponeunvalorinicialdelnúmerodelascapasderefuerzoyseverifica

con el cálculo de diseño si el valor es aceptable. en general el número de capas de refuerzo para las bases de

cimentaciones no debe ser mayor que 7, en este caso:

n = 3

3. Resistencia a la tensión requerida del refuerzo

a1, a2: se obtienen de la gráfica de variación de z/B de Binquet y lee (ver Figura 13.10)

Tabla 13.1 Cálculo de la resistencia a tensión del geosintético

4. Selección del geosintético de refuerzo

a. Refuerzo con geotextil tejido:

la resistencia a la tensión última por el método de la tira ancha (astm d-4595) del geotextil tejido tR4000 es:

tult = 65 kn/m (en el sentido mas desfavorable)

tadm = tult

FRdi x FRFl x FRdQB

tadm = 65

1.1 x 2.0 x 1.0

Por lo tanto la resistencia a la tensión admisible del geotextil tR4000 es:

tadm = 29.5 kn/m < t(n) ⇒ no cumple

debido a que tadm < t(n) se puede añadir una capa más de refuerzo, con el fin de distribuir en un mayor numero de

capas, de modo que la resistencia del geotextil sea apropiada.

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Para n = 4 capas la fuerza del refuerzo es:

Tabla 13.2 Cálculo de la resistencia a tensión del geosintético

en este caso con 4 capas, tadm > t(n), por lo que el geotextil tejido tR4000 cumple con la resistencia solicitada por

la estructura.

b. Refuerzo con geomalla biaxial coextruída:

con base en la tabla 13.2 donde se observa que la t(n)max requerida empleando 4 capas de geosintético es de 26.63

kn/m. la geomalla lBo302 tiene una resistencia última de 30 kn/m por lo tanto tult > t(n), entonces la geomalla es

una opción para el refuerzo de la cimentación.

Para el caso de las geomallas en aplicaciones de refuerzo de cimentaciones se emplea la tult debido a que estas

desarrollan su resistencia máxima a menor elongación debido a su rigidez, además el efecto de fluencia se reduce

en este tipo de refuerzo debido a las propiedades intrínsecas y de construcción del material.

5. Cálculo de la resistencia del geosintético debido a la fricción

empleando la ecuación (13.13) se calcula la resistencia por fricción del refuerzo de cada capa, junto la longitud total

de cada capa de refuerzo según la Figura 3.9, donde la longitud de refuerzo de cada capa debe ser de 2lo.

Posteriormente se calcula el factor de seguridad por Pullout del refuerzo teniendo en cuenta la ecuación (13.15).

en este caso debido a que la resistencia al corte generada por las capas de refuerzo y el material granular es

mucho mayor que la resistencia al corte requerida por el geotextil (ver tabla 13.3), se puede reducir la longitud de

empotramiento en las capas inferiores, sin afectar el diseño del refuerzo. (ver Figura 13.12).

Tabla 13.3 Resistencia al Pullout del material de refuerzo

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6. Esquema del refuerzo de la cimentación

Una vez modificadas las longitudes de refuerzo de las capas inferiores se realiza un esquema del refuerzo

de la cimentación, teniendo en cuenta la separación y longitud de las capas.

Figura 13.12 Refuerzo de la cimentación.

BIBLIOGRAFÍA

• DASB.M.,PrincipiosDeIngenieríaDeCimentaciones,Capítulos3y4,4ED.,2004.

• KOERNERR.M.,DesigningWithGeosynthetics,5ED.,U.S.A.,2005.

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14.1 GENERALIDADES

la impermeabilización de las obras de infraestructura en diferentes campos de aplicación empleando geomembranas

sintéticas, cada día es más frecuente, ya que este sistema trae consigo ventajas económicas, técnicas y ambientales,

estas últimas constituyéndose en un tema de vital importancia debido a la normativa que en los últimos años se ha

creado para regular el uso y manejo de los recursos naturales.

debido a que estos sistemas, se instalan en obras de infraestructura, donde están en contacto directo con diferentes

tipos de suelo los cuales pueden tener tamaños de partículas considerables con superficies angulares, o suelos con

superficie irregular, es posible que se genere una afectación en la estructura de la geomembrana, deteriorando de

esta manera, la total estanqueidad del sistema cuando se utiliza este tipo de materiales.

la durabilidad de un sistema de impermeabilización con geomembrana deberá tener en cuenta el diseño y la

instalación de un geosintético que la proteja, evitando los problemas mencionados, generando un aporte a la

calidad de este tipo de obras.

este tipo de sistemas se ha empleado principalmente en proyectos donde se involucre la construcción de:

recubrimiento de canales, reservorios, rellenos sanitarios, lagunas de oxidación, piscinas de lixiviados, control de

filtración en presas de tierra, canchas de relave, pondajes, espejos de agua, lagunas artificiales, etc.

14.2 INTRODUCCIÓN

este documento es una guía práctica para diseñar geotextiles no tejidos punzonados por agujas para la protección

de geomembranas, de tal forma que se escoja el geotextil más conveniente, técnica y económicamente para cada

proyecto. en esta metodología se diseña únicamente para geotextiles no tejidos, porque estos geosintéticos presentan

una resistencia mecánica que evita que las geomembranas sufran punzonamiento y tienen una elongación mayor

al 50% lo que les permite soportar sucesivas contracciones y dilataciones que experimenta la geomembrana por

efecto de la variación térmica, situación que no puede ser soportada por un geotextil tejido. adicionalmente los

geotextiles no tejidos facilitan la instalación de la geomembrana cuando se está en presencia de aguas freáticas,

haciendo que las obras de instalación sean más limpias y permitan realizar un mejor procedimiento para el sellado

de la geomembrana.

Figura 14.1 aplicación de protección de geomembranas.

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otra ventaja de este tipo de geotextil es que funciona como elemento drenante bajo la geomembrana, permitiendo

conducción de gases y líquidos emergentes del subsuelo, los cuales podrían afectar la elongación inicial de la

geomembrana deteriorando su correcto funcionamiento.


la metodología para escoger el geotextil más adecuado para la aplicación de protección se basa en la resistencia

al punzonamiento de la geomembrana. en esta metodología se determina la presión que actúa sobre el geotextil,

bajo unas determinadas condiciones y se verifica que el geotextil seleccionado resista el punzonamiento que se

pueda generar.

con respecto a la geomembrana y al material de protección, el análisis teórico demuestra que la resistencia al

punzonamiento de la geomembrana se puede mejorar bajo las siguientes condiciones:

• Alincrementarelespesordelageomembrana,elanálisisrealizadoporWilson-Fahmy,NarejoyKoernermuestra

que la resistencia al punzonamiento se incrementa linealmente con relación al espesor. si se incrementa el

espesor de 1.5 a 2.5 mm el incremento de la resistencia al punzonamiento puede ser de 1.7 veces. según esto

el incremento de espesor puede ser benéfico para la resistencia al punzonamiento de la geomembrana, si la

resistencia de la geomembrana es cercana al valor requerido.

• Elusodeunmaterialdeprotección,enestecasoungeotextilnotejidopunzonadoporagujas,esunasoluciónpara

el mejoramiento de la resistencia al punzonamiento de la geomembrana. Por ejemplo, la utilización de un geotextil

no tejido nt4000 generará un incremento en la resistencia al punzonamiento de la geomembrana entre 4 a 10

veces comparado con 1.7 generado por el incremento del espesor de la geomembrana de 1.5 a 2.5 mm.

• El incremento del espesor, o masa unitaria del material de protección, incrementará de 8 a 25 veces la

resistencia al punzonamiento de la geomembrana con un geotextil no tejido nt7000. de esta forma a medida

que la masa unitaria se ve incrementada por el cambio de geotextil, la resistencia al punzonamiento aumenta

considerablemente.

como se dijo anteriormente, este capítulo se basa en el diseño del geotextil como material de protección, utilizando la

metodología planteada por Wilson-Fahmy, narejo y Koerner, expuesta en 1996, a través de trabajos técnicos del gRi.

este método usa la ecuación tradicional de factor de seguridad:

Fs = Padm (14.1)

Preq

donde:

Fs = Factor de seguridad (en este caso contra el punzonamiento de la geomembrana).

Padm = Presión admisible usando diferentes tipos de geotextiles y condiciones específicas

del lugar.

Preq = Presión real debida al contenido del relleno o depósito superficial.

se ha obtenido una relación empírica para el cálculo del Padm basado en un gran número de ensayos y pruebas del

método de punzonamiento hidrostático de la norma astm d5514, la cual se muestra en la siguiente ecuación, y utiliza

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factores de modificación y de reducción con el fin de tener en cuenta las condiciones de campo y comportamiento

de los materiales.

Padm = 450 m 1 1 (14.2)

H2 Fms x FmdR x Fma FRFl x FRdQB

donde:

Padm = Presión admisible (kPa)

m = masa por unidad de área (g/m2)

H = altura efectiva de la Protuberancia (mm)

Fms = Factor de Reducción por la forma de la protuberancia

FmdR = Factor de modificación por densidad del Relleno

Fma = Factor de modificación por efecto de arco en sólidos

FRFl = Factor de Reducción por fluencia del material a largo plazo

FRdQB = Factor de Reducción por degradación química y biológica a largo plazo

además de debe cumplir la siguiente condición:

Padm = 450 * m / H2 ≥ 50 kPa (14.3)

donde 50 kPa es la resistencia al punzonamiento de una geomembrana de 1.5 mm o 60 mil sin geotextil de protección.

a continuación se muestra el significado de cada factor y los valores típicos que cada uno de estos puede tomar,

según las condiciones de cada proyecto.

14.3.1 Factor de seguridad global

el factor de seguridad global debe ser mínimo de 2.0, sin embargo para cierto tipo de condiciones el factor de

seguridad requerido puede ser mayor. Por ejemplo se debe utilizar un factor de seguridad mayor en proyectos en

los cuales la subrasante contenga un alto contenido de rocas aisladas de gran tamaño en su superficie. este factor

también se puede ver afectado por el tipo de instalación de la geomembrana.

el objetivo de este factor de seguridad es garantizar un diseño adecuado para la protección de geomembranas,

evitando que estas fallen por punzonamiento durante su período de servicio. en proyectos de rellenos sanitarios la falla

de la geomembrana puede ocasionar filtración de lixiviados al subsuelo y posteriormente a las aguas subterráneas,

generando un foco de contaminación de difícil detección. Para los reservorios la falla de la geomembrana puede

ocasionar pérdida en los niveles de líquido almacenado.

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los factores de seguridad global se encuentran en la siguiente tabla:

Tabla 14.1 Factores de seguridad global para el diseño

14.3.2 Factores de modificación

este tipo de factores son propuestos con el fin de representar de mejor forma las condiciones de campo del material

de protección en el diseño. los factores de modificación son iguales o menores a 1.0, y deberán ser tomados de las

tablas que se muestran a continuación.

• Factor de modificación por forma de la protuberancia

estos factores fueron propuestos con base al ensayo hidrostático de presión por punzonamiento de la norma astm

5514, según la cual se estableció que el valor de presión resistente más alto es alcanzado cuando las rocas tienen

forma redondeada, seguidas de las semiredondeadas y finalmente la menor resistencia a la presión es la generada

por rocas de forma angular, en las que su efecto es casi el mismo que el generado por los conos truncados en

el ensayo de falla a presión. debido a que el factor de modificación es inversamente proporcional a la presión

admisible, los factores para rocas redondeadas y semiredondeadas son menores a la unidad, es decir que aumenta

la presión admisible a la que puede ser sometido el material de protección y la geomembrana.

Tabla 14.2 Factor de Modificación por Forma de la Protuberancia

• Factor de modificación por densidad del relleno

Según las pruebas realizadas por Wilson-Fahmy, Narejo y Koerner se pudo demostrar que la presión ad-

misible para protuberancias concentradas es mucho mayor que para protuberancias aisladas. Basados en

los resultados, se llegó a un factor de modificación de 0.5 que estima el efecto generado por rocas con-

centras en relación a estas mismas pero ubicadas de forma aislada. Para poder hacer una comparación del

comportamiento de la geomembrana sobre protuberancias aisladas, en la siguiente tabla se encuentran

los factores según su tamaño y forma de ubicación.

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Tabla 14.3 Factor de Modificación por Densidad del Relleno

• Factor de modificación por efecto de arco en sólidos

este factor tiene en cuenta el tipo de material o de carga a la que es sometida la geomembrana. la resistencia

al punzonamiento de la geomembrana bajo cargas geoestáticas, puede llegar a ser hasta 6 veces mayor que la

resistencia de la geomembrana bajo una carga hidrostática, este efecto se atribuye a la capacidad de los suelos para

disipar las cargas aplicadas en función de la profundidad y a la compresibilidad del mismo, propiedad que carecen

los líquidos, por lo que este efecto tenderá a aliviar el esfuerzo que es transmitido a la geomembrana y a su material

de protección.

Tabla 14.4 Factor de Modificación por Efecto de Arco en Sólidos

14.3.3 Factores de reducción

una vez presentados los factores de modificación establecidos según el tipo y tamaño de partículas presentes en el

suelo de instalación del sistema, se presentan los factores de reducción los cuales son aplicados para garantizar la

integridad de la geomembrana. se consideran dos factores, el primer factor involucra la fluencia de los materiales

a largo plazo, y el segundo factor tiene en cuenta la posible acción de degradación química y biológica debido a la

acción de agentes presentes en el lugar del proyecto.

los factores de reducción son iguales o mayores a 1.0, y deberán ser tomados de las tablas que se muestran a

continuación.

• Factor de reducción por fluencia a largo plazo

como se puede ver en la tabla 14.5 los factores de reducción por fluencia a largo plazo son relativamente menores

a los encontrados en la literatura para geotextiles sometidos a tensión. esto se debe a que la geomembrana y el

material de protección al estar ambos sometidos a punzonamiento, con el tiempo se verán afectados positivamente

por el efecto de fluencia, lo cual hará que la longitud inicial sin apoyo del material contra el suelo disminuya con el

pasar del tiempo. de esta forma, los esfuerzos de la geomembrana y del material de protección son reducidos.

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con base a lo anterior el factor por fluencia requerido para la protección de geomembranas es menor comparado

con el requerido por el mismo material sometido a esfuerzos de tensión constantes.

Tabla 14.5 Factor de Reducción por Fluencia

• Factor de reducción por degradación química y biológica a largo plazo

Para este factor se debe tener en cuenta la posible acción de agentes externos los cuales puedan afectar la integridad

del sistema, por ejemplo roedores, hongos, bacterias, entre otros, los cuales pueden generar degradación del

material, sin embargo debido al alto peso molecular de los materiales con los cuales se fabrican los geosintéticos el

efecto de estos agentes sobre el material es mínimo.

Para el caso de degradación por sustancias químicas el efecto que tienen estas sobre el material puede ser más

decisivo a la hora del diseño, es el caso de rellenos sanitarios (ver tabla 14.6), donde se debe evaluar el tipo de

lixiviado generado por el tipo de desechos que conforman el relleno. este es el único caso en el cual un factor

químico pueda amenazar la integridad del sistema.

Tabla 14.6 Factor de Reducción por degradación química y biológica a largo plazo

14.3.4 Cálculo de la masa unitaria del geotextil de protección

1. estimar la presión admisible, en función de la masa unitaria del geotextil, m, utilizando la ecuación (14.2), y

aplicando los factores de modificación y reducción, según apliquen. teniendo en cuenta lo siguiente:

H de Piedras aisladas = altura real de Protuberancia

H de Piedras compactadas = mitad del tamaño máximo de Piedras

2. estimar la presión actuante sobre la geomembrana, aplicando la siguiente ecuación:

Preq = h * γ (14.3)

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donde:

γ = Peso unitario del material de relleno o líquido (kn/m3)

h = altura de diseño del material de relleno o profundidad del líquido ó sólido (m)

Preq = Presión actuante sobre la geomembrana (kPa)

3. los parámetros de la ecuación (14.2) pueden ser asumidos o especificados según las consideraciones específicas

de obra. el peso unitario típico de residuos sólidos puede estimarse como 12.56 kn/m3, en caso que no se

tuvieran datos específicos del proyecto. de la misma manera el peso unitario de la mayoría de los líquidos puede

ser aproximado al peso unitario del agua, es decir, 9.81 kn/m3.

4. calcular la masa por unidad de área requerida, para el geotextil de protección, teniendo en cuenta la ecuación

(14.2) y la tabla 14.1.

5. verificar que se cumpla la condición presentada en la ecuación (14.3) para verificar el aporte del geotextil de

protección.

6. seleccione el geotextil de protección apropiado, seleccione un geotextil no tejido punzonado por agujas, tenien-

do en cuenta el valor de masa unitaria (m) mayor o igual al calculado en el paso anterior.

7. debe anotarse que el método presentado se basa en la aplicación de geotextiles no tejidos punzonados por

agujas, hechos de polímeros vírgenes; esta teoría no aplica a otro tipo de geotextil o material de protección.


Para la construcción de un relleno sanitario, se tiene una superficie que tiene rocas aisladas en la subrasante, sobre

la cual se va a colocar una geomembrana de HdPe de 1.5 mm de espesor. determinar la masa unitaria del geotextil

requerido, asumiendo una altura de protuberancia de 25 mm. la máxima altura del relleno es de 10 metros, con un

peso unitario de 12.5 kn/m3.

Solución:

usando las tablas de los factores de modificación y factores de reducción; y asumiendo que la altura efectiva de

protuberancia es la real (por ser aislada), se deberán aplicar los siguientes datos:

• AlturaEfectivadeProtuberancia:

H = 25 mm

• FactoresdeModificación:

Fms = 0.5

FmdP = 1.0

Fma = 0.5

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• FactoresdeReducción:

FRFl = es función del gramaje, m

FRdQB = 1.30

• FactordeSeguridadGlobal:

se debe determinar el peso unitario del geotextil de protección, capaz de proveer un factor de seguridad de 5.0,

según la tabla 14.1 en el cual se asume una condición de piedras aisladas con una altura de protuberancia efectiva

de 25 mm.

la Presión admisible sobre la geomembrana puede ser calculada así:

Padm = Fs x Preq

Padm = 5.0 x 12.5 kn/m3 x 10 m = 625 kPa

este valor es expresado en términos de la masa unitaria desconocida del geotextil y del FRFl, como sigue:

Padm = 450 m 1 1

H2 Fms x FmdR x Fma FRFl x FRdQB

de donde se puede deducir que:

m = Padm x H2 (Fms x FmdR x Fma) (FRFl x FRdQB)

450

m = 625 kPa x (25mm)2 x (0.5 x 1.0 x 0.5) (FRFl x 1.3) / 450

m = 282.2 x FRFl

al revisar la tabla 14.5 para el factor de reducción por fluencia a largo plazo observamos que para alturas de

protuberancias de 25 mm el factor recomendado es de 1.5:

m = 282.2 x 1.5

m = 423 g/m2

Finalmente se debe seleccionar el geotextil con base a la masa unitaria calculada y comparada con las especificaciones

dadas por el fabricante.

Bajo las anteriores condiciones, se recomienda emplear geotextil no tejido punzonado por agujas nt7000 con las

siguientes propiedades mecánicas.

Resistencia a la tensión gRaB (astm d 4632): 1720 n

Resistencia al Punzonamiento (astm d 4833): 910 n

Resistencia al estallido (astm d3786): 4830 kPa

BIBLIOGRAFÍA

• KOERNER,R.,DesigningwithGeosynthetics,PrenticeHall,5ED.,2005.

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15.1 INTRODUCCIÓN

el crecimiento en la conciencia ambiental, así como el desarrollo de nuevas tecnologías es claramente una facilidad

en el control de agentes contaminantes, no sólo en el manejo de basuras, sino también en el manejo de residuos

producidos por las grandes industrias. es así como las geomembranas ayudan al desarrollo ambiental y a la protección

del ecosistema.

las geomembranas representan el segundo grupo más importante de geosintéticos en ventas detrás de los geotextiles,

sin embargo en volúmenes de dinero son las geomembranas las que ocupan el primer lugar. su crecimiento ha

sido estimulado por regulaciones gubernamentales, las cuales hasta el momento apenas se están desarrollando en

nuestro país. las geomembranas en si son hojas delgadas de materiales poliméricos utilizados principalmente como

recubrimientos y cubiertas de almacenamiento de materiales sólidos y líquidos.

las geomembranas han sido empleadas en proyectos tales como cubiertas flotantes, rellenos sanitarios, lagunas de

oxidación, reservorios, pondajes, recubrimientos expuestos a la luz solar en taludes, impermeabilización de superficies,

etc. su durabilidad es estimada de acuerdo a la vida útil que sea especificada por el fabricante, comúnmente para

geomembranas HdPe (Polietileno de alta densidad) o lldPe (Polietileno de baja densidad) se considera alrededor de

20 años. otros tipos de geomembranas que de igual manera son generalmente usadas poseen una menor vida útil

expuestas a la luz solar y por lo tanto deben ser cubiertas con suelo o con material de sacrificio, como puede ser un

geotextil reemplazable.

Finalmente, para detenernos en la durabilidad y la vida de servicio de las geomembranas, tenemos que remitirnos

a la experiencia, donde hace 15 años los conceptos originales decían que los geosintéticos eran fáciles de instalar

pero no durarían largo tiempo. los pensamientos actuales han cambiado drásticamente y se tienen experiencias

reales sobre la larga vida y servicio de los geosintéticos, eso sí con gran preocupación acerca de la correcta selección

e instalación de los mismos. claramente los geosintéticos deben sobrevivir los procesos de instalación si se quiere

cumplan con su periodo de servicio.

el uso de las geomembranas en el diseño de barreras impermeables es una alternativa valida y en muchos casos se

utiliza como complemento a las alternativas tradicionales. el empleo de este geosintético presenta las siguientes

características:

• Sonmaterialeshomogéneos,depropiedadescompletamentecuantificables.

• Bajounaadecuadainstalación,suspropiedadesnosufrenmodificacionesduranteelprocesoconstructivo.

• Sonunaalternativamáseconómica sobre todoenproyectosdondeel tiempodeconstrucciónesun factor

importante del costo.

• Minimizanelimpactoambientalenlasobrasypermitenunmejoraprovechamientodelosvolúmenesdisponibles.


la metodología que se presenta a continuación permite seleccionar la geomembrana más adecuada para ser

instalada como barrera impermeable, garantizando la protección del ecosistema en cada una de las aplicaciones

como pueden ser en reservorios de agua, en rellenos sanitarios, en recolección de lodos generados de los procesos

industriales, en lagunas de oxidación, etc.

el diseño por función consiste en evaluar la principal aplicación para la cual se utiliza la geomembrana y calcular

el valor requerido para esa propiedad en particular. en el caso del diseño para la geomembrana, se comparan las

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resistencias del material con el valor requerido en el diseño para una misma propiedad, obteniendo un factor de

seguridad global Fsg.

Fsg = Resistencia admisible ⇒ Fsg > 1 Resistencia Requerida

donde:

Resistencia disponible: Resistencia última del ensayo de laboratorio que simula las condiciones reales del

proyecto sobre los factores de reducción.

Resistencia requerida: valor obtenido del cálculo mediante una metodología de diseño que simula las

condiciones reales del proyecto.

15.2.1 Diseño del Espesor

el espesor necesario de una geomembrana dependerá del polímero con que esté fabricada dicha membrana debido

a los comportamientos tan distintos a la fluencia de cada uno de los materiales.

Para el cálculo del espesor se realiza un equilibrio límite teniendo en cuenta la posible deformación en la geomembrana

como se muestra a continuación:

Figura 15.1 modelo de diseño utilizado para calcular el espesor de la geomembrana.

Σ Fx = 0

t cos β = Fuσ + Flσ + Flt

t cos β = σn tan δu (x) + σn tan δl(x) + 0.5 (2t sin β/ x) (x) tan δl

t = σn x (tan δu + tan δl) (15.1)

cos β − sin β tan δl

la tensión inducida en la geomembrana es igual al esfuerzo admisible por el espesor.

t = σadm t

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donde:

t = tensión movilizadora en la geomembrana

σadm = esfuerzo admisible en la geomembrana

t = espesor de la geomembrana

entonces reemplazando estos valores en la ecuación 15.1 se tiene que:

t = σn x (tan δu + tan δl) (15.2)

σadm ( cos β − sin β tan δl)

donde:

β = Ángulo que forma el movimiento de la geomembrana a tensión con la horizontal

Fuσ = Fuerza de fricción sobre la geomembrana debido al suelo de cubierta (para suelos

de cubierta demasiado delgados, la fracturación de este puede ocurrir por tensión,

en estos casos este valor suelo despreciable)

Flσ = Fuerza de fricción debajo de la geomembrana debido al suelo de cubierta

Flt = Fuerza de fricción debajo de la geomembrana al componente vertical de t

admisible

σn = esfuerzo aplicado por el material de relleno

δu = Ángulo de fricción entre la geomembrana y el material superior (astm d 5321)

δl = Ángulo de fricción entre la geomembrana y el material inferior (astm d 5321)

x = distancia de movilización de la deformación de la geomembrana

Tabla 15.1 Ángulos de fricción geomembrana - suelo y geomembrana - geotextil Según ensayo ASTM D 5321

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Figura 15.2 distancia de movilización de la deformación de la geomembrana HdPe vs esfuerzo.

15.2.2 Estabilidad de la Cobertura del Relleno

las geomembranas por lo general deben ser recubiertas, con el recubrimiento se busca protección adicional contra la

oxidación, protección contra la degradación ultra-violeta, protección contra las altas temperaturas que incrementan

la alta degradación, protección contra el punzonamiento y el rasgado por materiales angulares, protección ante

posibles daños accidentales o intencionales. usualmente se suelen cubrir con espesores pequeños de suelo, que

generalmente tienen la tendencia a deslizarse sobre los taludes, motivo por el cual este chequeo se basa en las

condiciones de equilibrio límite entre el subsuelo, la geomembrana y el suelo de recubrimiento asumiendo que estos

tienen un espesor uniforme.

Figura 15.3 Fuerzas actuantes con suelos de cobertura sobre la geomembrana de recubrimiento, con profundidad del suelo constante.

Para realizar el cálculo de la estabilidad de la cobertura se chequea un F.s. por equilibrio límite.

Fs = Fuerzas Resistentes

Fuerzas actuantes

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Fs = n tan δu (l) + tadm

W sin β (l)

Fs = (W cos β) tan δu (l) + tadm

W sin β (l) (15.3)

donde:

W = Peso del material de relleno

β = Ángulo de inclinación del talud con la horizontal

δu = Ángulo de fricción entre la geomembrana y el material superior

l = longitud de la inclinación

tadm = σadm * t, Fuerza de tensión en la geomembrana

se obtienen diferentes factores de seguridad para diferentes longitudes de inclinación y se escoge la longitud con la

cual se obtenga un Fs mínimo de 1 para garantizar que no habrá deslizamiento de la capa de suelo.

15.2.3 Diseño de la Longitud y Zanja de Anclaje

Para este chequeo, se tiene en cuenta un estado de esfuerzos dentro de la zanja de anclaje y su mecanismo de

resistencia. en la profundidad de la zanja de anclaje se tienen fuerzas laterales actuando sobre la geomembrana,

más específicamente una presión activa de tierras tendiendo a desestabilizar el sistema y una presión pasiva de tierra

que lo tiende a soportar.

Figura 15.4 sección transversal de la longitud de desarrollo de una geomembrana con zanja de anclaje y fuerzas actuantes.

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Σ Fx = 0

tadm cos β = Fuσ + Flσ + Flt – Pa + PP

tadm cos β = σn tan δu (lRo) + σn tan δl(lRo) + 0.5 (2tadm sin β/ lRo) (lRo) tan δl – Pa + PP

tadm = σn lRo (tan δu + tan δl) – Pa + PP (15.4)


Pa = (0.5 γat dat + σn) Ka dat

PP = (0.5 γat dat + σn) KP dat

donde:

lRo = longitud de desarrollo

Pa = Presión activa de tierras contra el material de relleno de la zanja de anclaje

PP = Presión pasiva de tierras contra el suelo in-situ de la zanja de anclaje

γat = Peso específico del suelo de la zanja de anclaje

dat = Profundidad de la zanja de anclaje

σn = esfuerzo normal aplicado por el suelo de cobertura

Ka = coeficiente de presión de tierra activa = tan2 (45 - φ/2)

KP = coeficiente de presión de tierra pasiva = tan2 (45 + φ/2) = 1/Ka

φ = Ángulo de fricción del suelo respectivo

entonces resolviendo para la ecuación (15.4) se tendrían dos incógnitas, motivo por el cual es necesario asumir una de

las dos variables y calcular la otra en un proceso iterativo, hasta que se encuentre un dato consistente constructivamente

viable tanto para la longitud de desarrollo (lRo) como para la profundidad de la zanja de anclaje (dat).

15.2.4 Chequeo por supervivencia

después de haber escogido la geomembrana aplicando la metodología de diseño, se debe considerar adicionalmente

procesos de transporte, manejo e instalación, los cuales están fuera del alcance del diseñador. Únicamente mediante

especificaciones estrictas y un aseguramiento de la calidad en la construcción, la geomembrana puede sobrevivir la

instalación y cumplir adecuadamente con la función para la cual fue especificada e instalada.

mientras una geomembrana es transportada, manipulada e instalada, puede ser vulnerable al rasgado,

punzonamiento e impacto. situaciones como, caída de herramientas sobre el material, tránsito de personas sin un

calzado adecuado, automóviles o camiones sobre la geomembrana sin material de protección, fuertes vientos, entre

otros, son situaciones “comunes” durante el proceso de instalación. estos eventos pueden ocurrir accidentalmente,

por vandalismo o por la falta de cuidado en el trabajo de instalación.

en la tabla 15.2 se relacionan algunas propiedades mecánicas de la geomembrana, resistencia a la tensión,

susceptibilidad al rasgado, punzonamiento y daño por impacto. el espesor es una propiedad física relacionada con

el comportamiento mecánico, donde el incremento presentado puede ser en algunos casos lineal o exponencial. Por

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esta razón, agencias internacionales requieren un espesor mínimo bajo cualquier circunstancia. sin embargo más

allá de un simple valor para todas las condiciones, el espesor mínimo y sus propiedades subsecuentes deben estar

relacionadas con las condiciones especificas del sitio. la tabla 15.2 nos muestra valores a cuatro grados diferentes

de supervivencia.

Tabla 15.2 Valores mínimos recomendados para supervivencia de la geomembrana asociada al proceso de instalación

Fuente: designing With geosynthetics 5ta. edición. Robert Koerner. – adaptada a materiales disponibles en el mercado.

1 Bajo: se refiere a una cuidadosa instalación a mano sobre un terreno bien gradado y uniforme con cargas leves de naturaleza estática. típicos usados como barreras de vapor bajo trozos de piso.2 medio: se refiere a una instalación manual o con maquinaria sobre un terreno gradado con maquinaria de una pobre textura con cargas medianas. generalmente usados para canales.3 alto: se refiere a una instalación manual o con maquinaria sobre un terreno gradado con maquinaria de una pobre textura con cargas altas. generalmente usados para suelos de relleno y coberturas.4 muy alto: se refiere a una instalación manual o con maquinaria sobre un terreno gradado con maquinaria de una textura muy pobre con cargas altas. típicamente usados para reservorios y rellenos sanitarios.


se requiere diseñar una geomembrana texturizada HdPe que se va a instalar en un sistema en un relleno sanitario

de H=7m y con un peso específico de 12.5 kn/m3. el área del pondaje está conformado por unos taludes con

pendiente 1H:1v. en la parte inferior se ha colocado un geotextil no tejido punzonado por agujas para proteger la

geomembrana de los posibles daños durante la construcción. se ha decido utilizar arena como suelo de cobertura

en un espesor de 30 cm y como relleno para la zanjas de anclaje; esta arena tiene un ángulo de fricción interna de

30º y un peso específico de 18 kn/m3.

Solución:

15.3.1 Diseño del Espesor

t = σn x (tan δu + tan δl)

σadm ( cos β − sin β tan δl)

donde:

β = 45°

σn = 7m * 12.5 kn/m3 = 87.5 kn/m2

δu = 30° porque en este caso la geomembrana es texturizada en conjunto con la arena

δl = 32º por ser un geotextil no tejido punzonado por agujas y una geomembrana

texturizada.

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x = 50 mm (distancia mas desfavorable para movilización de la geomembrana).

σadm = 15000 kPa, mayor esfuerzo soportado por las geomembranas HdPe según

designing with geosynthetic cap 5, 5 ed.

Reemplazando en los valores de la ecuación obtenemos:

t = 87.5 ( 0.05) (tan (30) + tan (32))

15.000 (cos (45) − sin (45) tan (32))

t = 5.26

3978.86

t = 1.32 x 10-3 m = 1.32 mm

entonces:

F.s. = t instalado F.s. = 1.50 mm F.s. = 1.13 > 1.0 (o.K.) t requerido 1.32 mm

15.3.2 Estabilidad de la Cobertura del Relleno

F.s. = (W cos β) tan δu (l) + tadm

W sin β (l)

donde:

W = (18*0.50*1) = 9 kn/m

β = 45°


l = longitud de inclinación

tadm = σadm t = 15000 (0.0015)

Reemplazando en la ecuación tenemos:

F.s. = (9 cos 45) tan 30 (l) + (15,000)(0.0015)

9 sin 45 (l)

F.s. = 3.67l + 22.5

6.36 l

asumiendo diferentes valores para la longitud de inclinación se obtienen diferentes resultados en el Fs.

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Por lo tanto, la longitud de inclinación máxima deberá ser de 8.0 m con el fin de obtener un factor de seguridad

adecuado.

15.3.3 Diseño de la Longitud y Zanja de Anclaje

tadm = σn lRo (tan δu + tan δl) – Pa + PP


Pa = (0.5 γat dat + σn) Ka dat

PP = (0.5 γat dat + σn) KP dat

donde:

γat = 18 kn/m3

σn = (18 kn/m3) (0.30 m) = 5.4 kn/m2

φ = Ángulo de fricción de la arena = 30°

Ka = tan2 (45 - φ/2) = tan2 (45 - 30/2) = 0.333

KP = tan2 (45 + φ/2) = tan2 (45 + φ/2) = 3


δl = 32º por ser un geotextil no tejido punzonado por agujas y una geomembra texturizada.

β = 45º

tadm = σadm t = 15,000 (0.0015)

Reemplazando en la ecuación tenemos:

tadm = (5.4)(lRo )(tan 30 + tan 32) – ((0.5)(18)dat + 5.4)(0.33)dat) + ((0.5)(18)dat +5.4)(3)dat)

(cos 45) − (sin 45) (tan 32))

22.5 = 6.49 (lRo ) – 2.97 dat 2 – 1.78 dat + 27 dat 2 + 16.2 dat

0.2653

5.97 = 6.49 (lRo ) + 24.03 dat 2 + 14.42 dat

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entonces nos queda finalmente una ecuación con dos incógnitas, las cuales son:

lRo = longitud de desarrollo

dat = Profundidad de la zanja de anclaje

se asume una de las dos incógnitas y se encuentra la otra. asumiendo lRo = 0.3 m, se reemplaza en la ecuación

quedando una cuadrática de la siguiente forma:

24.03 dat 2 + 14.42 dat - 4.02 = 0

Resolviendo para dat = 0.21 m

se recomienda que dat sea ≥ 0.3 m por razones constructivas.

Por lo tanto dat = 0.3 m

15.3.4 Chequeo por supervivencia

se revisa la tabla 15.2 y se observa que para el caso de manejo de basuras se requiere tener en cuenta la condición

más crítica, la cual exige como mínimo una geomembrana de 1.5 mm, motivo por el cual nuestra geomembrana

HdPe 60 mils (1.5 mm) cumple con todos los parámetros requeridos (espesor, resistencia a la tensión, rasgado,

punzonamiento e impacto).

Figura 15.5 dimensionamiento longitud desarrollo y Zanja de anclaje.

BIBLIOGRAFÍA

• KOERNERR.M.,DesigningwithGeosynthetics,5ED.,U.S.A.,2005.

• PrimerSimposioSuramericanodeGeosintéticos,Geosintéticos1999.

16contRol de eRosiÓn en taludes, canales

Y mÁRgenes de R Íos con geosintét icos

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16.1 GENERALIDADES

millones de dólares son invertidos todos los años en el mundo para la reconstrucción de taludes, canales y márgenes

de ríos, que han sido seriamente erosionados por lluvia, aire y corrientes de agua. el impacto de este daño es

devastador para la capa vegetal, para los recursos hídricos y para la vida salvaje.

la agencia de protección ambiental de los estados unidos (ePa), establece un control severo sobre las regulaciones

que tienen que ver con control de erosión y el sedimento de suelo, que afecta el 97.5% de todas las actividades de

construcción.

el instituto nacional de vías (invias) a finales del año 2007 autorizó la actualización de sus especificaciones técnicas

de construcción donde se incorpora un capítulo (800) de control de erosión y su manejo en taludes. también la

dirección del medio ambiente del invias, lanza a principios del año la guía de manejo ambiental (Paga) con el fin

de abordar de una manera adecuada los asuntos ambientales y los pasivos ambientales existentes en la zona.

en latinoamérica, el grupo mexichem, basado en su política ambiental y respeto por la protección del medio

ambiente, ha puesto todo su interés en la aplicación de geosintéticos y Biotecnología para control de erosión, con

el fin de disminuir el desprendimiento, transporte y depósito de suelo o roca.

16.2 INTRODUCCIÓN

¿Qué es erosión?

la erosión comprende el desprendimiento, transporte y posterior depósito de materiales de suelo o roca por acción

de la fuerza de un fluido en movimiento.

el proceso erosivo depende de varios factores, como:

• Intensidad,duraciónyfrecuenciadelalluvia.

• Geometríadeltalud.

• Tipodesuelo.

• Exposicióndeltalud.

• Tipodecoberturavegetal.

a continuación se presenta la pirámide de control de erosión que tiene como parámetros principales la velocidad y

el esfuerzo cortante a los que puede estar sometido un talud , canal o margen de río.

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Figura 16.1 Pirámide de erosión y soluciones con geosintéticos.

¿Qué es Biotecnología?

Refiere a las técnicas donde la vegetación combinada con estructuras inertes de ingeniería como los muros en suelo

reforzado, mantos de control de erosión, geoestructuras se combinan con los efectos benéficos de la vegetación.

ambos elementos biológicos y mecánicos deben funcionar juntos en forma integrada y complementaria, con el fin

de evitar el desprendimiento, transporte y depositación del suelo.

Para el análisis de los elementos estructurales se utilizan los principios de la estática, la hidráulica y la mecánica, y

para la vegetación se deben tener en cuenta los principios de la ciencia de las plantas y la horticultura. el sistema

biotécnico requiere la integración de todas las tecnologías.

¿Cuál es el papel de la vegetación?

el papel desempeñado por la vegetación para la protección del suelo contra la erosión es fundamental. la vegetación

influencia particularmente el intercambio del agua entre el suelo y la atmósfera, la consolidación y el refuerzo de la

capa superficial del suelo, así como la protección del suelo contra el impacto de las gotas de agua.

Por otra parte, la vegetación reduce la velocidad del agua de escorrentía, por lo tanto, disminuye su capacidad de

transporte de sólidos. un sistema de control de erosión alcanza su máxima eficiencia cuando la vegetación está

establecida.

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16.3 SOLUCIONES PARA CONTROL DE EROSIÓN

16.3.1 Mantos para control de erosión

son esterillas flexibles, compuestas por fibras o por una matriz tridimensional, que garantizan la protección del

suelo, el refuerzo y el buen establecimiento de la vegetación.

Para definir el tipo de manto a utilizar, es muy importante analizar las siguientes características: clima, precipitación,

geometría del talud (longitud, altura y pendiente), tipo de suelo (caracterización geotécnica, contenido químico,

biológico, acidez del suelo.

• Mantos temporales

este tipo de mantos se utilizan para aplicaciones donde la vegetación natural (por si sola), Provee suficiente protección

contra la erosión. su durabilidad o longevidad funcional, comprende entre 1 a 48 meses, la cual se refleja en la

biodegradación o foto degradación del manto.

al final de la vida útil del manto se espera que la vegetación se encuentre totalmente establecida y pueda resistir por

si sola los eventos hidrológicos y climáticos que generan erosión en el suelo.

ventajas y Beneficios

• Biodegradaciónofotodegradación(Unavezdegradadoelmantoseintegraalsuelo).

• Limitanlaerosióndelsuelo.

• Conservanlahumedaddelsueloqueayudaapromoverlagerminacióndelasemilla.

• Protegenlassemillasylasplantas,permitiendounmejorestablecimientodelavegetación.

• Mantos permanentes

son mantos conformados por fibras sintéticas no degradables, filamentos o mallas procesadas a través de una

matriz tridimensional, con estabilización uv y resistentes a los químicos que habitan en el medio ambiente natural

del suelo. este tipo de mantos se instalan donde la vegetación natural, por si sola, no es suficiente para resistir

las condiciones de flujo y no provee la protección suficiente para la erosión a largo plazo. los mantos que se

emplean para estos casos tienen las propiedades necesarias mecánicas, hidráulicas y de desempeño para reforzar

la vegetación y proteger el suelo, bajo las condiciones naturales del sitio. su durabilidad o longevidad funcional va

desde los 48 meses hasta los 50 años, aproximadamente.

el uso de mantos en la protección de taludes y en canales genera una protección a corto plazo y un refuerzo de

la vegetación a largo plazo. son una alternativa económica cuando se comparan con otras soluciones, como por

ejemplo, el concreto lanzado.

la estructura tridimensional del manto y su fibra única X3 crea una matriz gruesa de vacíos que atrapa la semilla, el

suelo y el agua favoreciendo un crecimiento más rápido y más denso de la vegetación.

la estructura trilobal de la fibra aumenta en un 40% la germinación de las semillas y asegura el crecimiento vegetal

durante los primeros 21 días, proporciona un 60% más de resistencia a la tensión que asegura mayor integridad

estructural durante y después de la instalación, 10% más de elasticidad que proporciona un ambiente a prueba de

aplastamiento durante la germinación.

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Figura 16.2 FibraX3, aumenta en un 40% el área superficial reteniendo más humedad, mayor resistencia a la tensión y flexibilidad.

Figura 16.3 Protección de taludes – Biotecnología.

16.3.2 Geoestructuras

las geoestructuras son estructuras flexibles en forma tubo hechas con geotextil tejido de alta resistencia. su sección

trasversal tiene forma oval y el diámetro y la longitud son determinadas de acuerdo a los requerimientos del proyecto,

como se observa en la Figura 16.4.

son estructuras hechas con geotextiles de alta resistencia, especialmente desarrolladas con propiedades únicas de

filtración y retención: almacenan, conforman, drenan y consolidan materiales en su seno mediante el uso de dragas,

barcos areneros o tolvas especialmente diseñadas, la mezcla de llenado es conocida como “slurry”, y corresponde a

un 80% de agua y un 20% de material arenoso fino. de esta forma la tela debe ser diseñada para retener partículas

de suelo de este tamaño.

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Figura 16.4 vista general geoestructura.

estos pueden ser llenados "in situ", o transportadas por camión /barcaza a su lugar de destino.

el geotextil para la conformación de la geoestructura deberá estar en capacidad de:

• Presentarunapermeabilidadsuficienteparaaliviarelexcesodepresióndeagua.

• Retenerelmaterialdellenado.

• Resistirlaspresionesdellenado.

• Resistirlasfuerzasdeabrasióndurantelasoperacionesdellenado.

• Sobreviviralosprocesosdeinstalación.

• Resistenciaalpunzonamientoyalrasgado.

las geoestructuras tienen puertos de inyección dependiendo de su longitud y generalmente están alineados en

la parte superior de la geoestructura. los puertos son utilizados tanto para llenado y para aliviar los esfuerzos de

tensión generados por el exceso de agua.

• Aplicaciones Geoestructuras

en los últimos años las geoestructuras han tenido gran aplicación en el diseño y construcción de rellenos de

confinamiento tipo diques en donde el material de llenado normalmente son suelos procedentes de material

dragado. existen numerosos ejemplos de proyectos que posiblemente no habrían sido realizables sin el uso de estas

estructuras, las cuales ofrecen ventajas técnicas y económicas como son: simplicidad en construcción, beneficios

económicos y reducción de los impactos ambientales, debido a que en la mayoría de los casos se puede utilizar los

materiales del sitio eliminando así la explotación de canteras y transporte de materiales. las geoestructuras se han

utilizado con éxito para:

• Protecciónderiveras.

• Estructurasdeencaucederíos.

• Aplicacionescosteras

• Recuperacióndeplayas.(espigones,rompeolasyescolleras)

• Islasartificiales

• Construccióndediquesybermasbajoagua

• Almacenamientodematerialcontaminado.

• Controldesocavaciónmarinayvíasfluviales

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16.4 METODOLOGÌA DE DISEÑO PARA MANTOS PERMANENTES

16.4.1. Protección de Taludes

Para estimar la tasa anual de erosión para un talud desprotegido se emplea la ecuación universal de perdida de suelo

revisada (Rusle). dicha tasa es comparada con la de un talud protegido por un Producto enrollado para control de

erosión (Pece).

Para él computo de la perdida de suelo mediante la ecuación usda Rusle que es un modelo diseñado para predecir

la perdida de suelo anual (a) sufrida en un talud, bajo condiciones de geometría (pendiente y altura), régimen de

lluvias, tipo y usos del suelo.

la ecuación Rusle puede escribirse en su forma mas fundamental como:

A = R x K x L x S x C x P

en donde:

a: Pérdida calculada del suelo, corresponde al valor calculado de la de la perdida de suelo por unidad de área,

expresada en las unidades seleccionadas para K y para un periodo determinado por R. Para efectos prácticos es

usualmente empleado en [kg/año].

R: Factor de erosividad - Precipitación – escorrentía. este valor numérico pretende cuantificar el efecto de la caída del

agua y dar un índice de la climatología de la zona. esta dado en unidades de energía/unidad de área/mm/h

R [kJ/m2/mm/h]

K: Factor de erodabilidad del suelo, tiene en cuenta la susceptibilidad de un determinado tipo de suelo a ser más o

menos erosionable. este factor es la tasa de perdida de suelo por unidad de índice de erosión, medido en un talud

estandarizado de 22.1 m de longitud y una pendiente uniforme del 9%.

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Tabla 16.1 Erosionabilidad de algunos tipos de suelos

Fuente: gray. d. y sotir, R (1996).

l: Factor de longitud, el factor de longitud del talud esta en función de la construcción del talud, si se trata de un

corte (mayor densidad) o si es un relleno (menor densidad) (g. Foster y otros).

l = λ m

72.6

mcut = β

(1 + β)

mfill = 2 · β

1 + (2 · β)

sin θ

β = 0.0896

3 · sin (θ)0.8 + 0.56

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s: Factor de Pendiente

s = 10.8 · sin θ + 0.03 θ < 9%

s = 16.8 · sin θ - 0.50 θ ≥ 9%

s = 3.0 · (sin θ)0.8 + 0.56 λ < 15 pies o 4.5 metros

c·P: Factor de control de erosión cobertura y practicas de manejo, el cual refleja el estado de la superficie del terreno

después de las operaciones de maquinaria, rastrillado, escarificado o apisonado entre otras, relacionadas con la

intervención de taludes.

Tabla 16.2 Valores del factor de control de erosión C·P.

Fuente; arranz, J.c. (1991)

Para solucionar la ecuación Rusle, se emplean programas para dicho fin como el ec desig. una vez estimada la

perdida calculada de suelo es posible compararla y cuantificar el mantenimiento que se debe hacer a cunetas cajas

y pozos en general.

también es posible cuantificar el grado de erosión hídrica a la que puede estar expuesto un talud desprotegido,

comparándose con cifras de referencia como las establecidas por Fao; Pnuma y unesco.

Tabla 16.3 Clasificación de FAO, PNUMA – UNESCO

16.4.2. Revestimiento de Canales

suposición de flujo uniforme (las dimensiones del canal, profundidad del flujo y caudal son considerados constantes

a lo largo de todo el canal).

los parámetros hidráulicos pueden ser determinados usando la ecuación de manning

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Q = KaR2/3 s1/2

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donde:

K: 1.486 para unidades inglesas y 1.0 para unidades métricas

Q: caudal, ft3/s ó m3/s

a: Área del flujo, ft2 ó m2

R: Radio Hidráulico (Área/Perímetro mojado), ft ó m

s: Pendiente de la línea de energía o del canal

n: coeficiente de rugosidad de manning

Sin Vegetación

el valor por defecto del “n” de manning para todos los materiales geosintéticos sin vegetación es de 0.020, basado

en la experiencia y en los resultados de laboratorio con ensayos a diferentes tRms, rellenos o llenos de suelo. este

valor se puede cambiar en otras situaciones como: cobertura vegetal parcial, profundidades del flujo y condiciones

de no lleno con suelo.

Con Vegetación

la resistencia del flujo varía con el tipo de vegetación, velocidad y profundidad del flujo, por consiguiente, un mejor

establecimiento de la vegetación da como resultado una mayor resistencia al flujo (mayor “n”).

Para geosintéticos revegetados, el “n” de manning es determinado por la clase de vegetación usada:

Tabla 16.4 Clasificación del grado de retardo para varias clases de pastos

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los canales no pueden tolerar la inestabilidad de las bancas y la posible migración lateral. se han desarrollado

dos métodos para determinar si el canal es estable: (1) la velocidad permisible y (2) la fuerza tractiva (esfuerzo

cortante).

Bajo la metodología de velocidad permisible (1) el canal se asume estable si la velocidad media es menor que la

velocidad máxima permisible, en la metodología de fuerza tractiva (2) el esfuerzo cortante permisible es el máximo

antes que cause erosión del fondo del canal.

el modelo de proceso de erosión dado en un canal abierto cuando se trabaja con el esfuerzo cortante permisible es

el método más recomendado para el diseño de canales.

cuando el agua fluye en un canal, se desarrolla una fuerza que actúa en la dirección del flujo sobre el lecho del

canal. esta fuerza es simplemente el halar del agua sobre el área con agua, es conocida como la fuerza tractiva.

τ0 = γRs0

donde:

τ0: esfuerzo cortante promedio, n/m2 (lb/ft2)

γ: Peso unitario del agua, 9810 n/m3 (62.4 lb/ft3)

R: Radio Hidráulico, m (ft)

s0: Pendiente del fondo del canal ó de la línea de energía, m/m (ft/ft)

el esfuerzo cortante máximo se presenta en el fondo del canal, τd. Para simplificar el proceso de diseño, el máximo

esfuerzo cortante en el fondo del canal es tomado como:

τd = γds0

donde:

τd: esfuerzo cortante en el canal a la máxima profundidad, n/m2 (lb/ft2)

d: máxima profundidad del flujo en el canal para el caudal de diseño, m (ft)

Figura 16.5 esfuerzos sobre una sección de canal.

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la relación entre el esfuerzo cortante permisible y la velocidad permisible para un canal revestido puede ser

encontrada considerando la ecuación de continuidad:

Q = va

donde:

v: velocidad del flujo, m/s o ft/s

a: Área del flujo, m2 o ft2

Reemplazando tenemos,

vp = K R1/6 τP1/2

n γd

donde:

v: velocidad permisible del flujo, m/s (ft/s)

τp: esfuerzo cortante permisible, n/m2 (lb/ft2)

K: 1.486 para unidades inglesas y 1.0 para unidades métricas

Conceptos básicos

Parámetros de diseño

• Frecuenciadelcaudaldediseño

• Geometríadelcanal

• Pendientedelcanal

• Bordelibre

Frecuencia del caudal de diseño

generalmente el caudal de diseño para canales revestidos se diseña para periodos de retorno de 5 o 10 años, sin

embargo, esto es gobernado por estándares locales.

geometría del canal

usualmente los canales se diseñan con secciones trapezoidales

Figura 16.6 Parámetros geométricos de una sección trapezoidal.

√

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Pendiente del canal

la pendiente del canal es el parámetro más importante en la determinación del esfuerzo cortante. Para un caudal

de diseño dado, el esfuerzo cortante con una pendiente media o subcrítica es más pequeño que un canal con una

pendiente supercrítica.

Borde libre

el borde libre de un canal es la distancia vertical entre la superficie del agua y la parte superior del canal para la

condición de diseño. la importancia de este factor depende de la consecuencia de un sobreflujo sobre las bancas

del canal. como mínimo, debe ser de 0.15 m.

Procedimiento de diseño

canales Rectos

el procedimiento básico de diseño para revestimientos flexibles de canales es muy sencillo. los cálculos incluyen

la determinación de la profundidad del flujo uniforme en el canal, conocida como la profundidad normal y la

determinación del esfuerzo cortante en el fondo para esa profundidad.

si el esfuerzo cortante permisible es mayor o igual que el esfuerzo cortante calculado, incluyendo la consideración

de un factor de seguridad, el revestimiento es considerado aceptable.

este concepto es expresado como:

τp ≥ Fs τd

donde:

τp: esfuerzo cortante permisible, n/m2 (lb/ft2)

Fs: Factor de seguridad (mayor o igual a 1)

τd: esfuerzo cortante en el canal a la máxima profundidad, n/m2 (lb/ft2)

el procedimiento básico de diseño para un revestimiento flexible consiste de los siguientes pasos y es resumido en

la siguiente figura:

Figura 16.7 Pasos de diseño para un revestimiento flexible.

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Tabla 16.5 Valores típicos para el n de manning de distintos materiales

Propiedades de desempeño

en el apéndice a de este manual se lista las especificaciones técnicas de los mantos de control de erosión tRms. allí

se reportan las propiedades mas relevantes para el diseño (valores admisibles) como:

• Esfuerzocortante

• Velocidadadmisible

• Factordecobertura

• ndeManning(Encondiciónvegetadaysoloelmanto)

16.5 METODOLOGÍA DE DISEÑO PARA GEOESTRUCTURA

el diseño de un sistema de geoestructuras tiene dos componentes:

• DiseñodelaSoluciónHidráulica

• DiseñoInternodelaGeoestructura

Diseño de la Solución Hidráulica

generalmente los proyectos de geoestructuras, se originan a partir de un diseño hidráulico que indica el

dimensionamiento de los elementos a incluir dentro del sistema a utilizar en el proyecto.

el diseño hidráulico deberá ser establecido por un ingeniero especialista en hidráulica, ajustándose a las condiciones

de la corriente y la aplicación definitiva del proyecto.

Diseño interno de la geoestructura

cuando se realiza el llenado de la geoestructura, se generan esfuerzos circunferenciales y axiales en el recubrimiento

de la geoestructura que deberán ser analizados para determinar la competencia del geotextil en la aplicación.

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• Determinacióndeesfuerzosinternos

una vez se ha establecido el dimensionamiento de la solución por parte del especialista en hidráulica, bien sea para

un espolón, dique de contención o altura de la protección, se procede a verificar la capacidad interna de resistencia

al llenado de la geoestructura:

Figura 16.8 esquema esfuerzos internos en la geoestructura.

la geometría perimetral de la geoestructura, está definida por una función desconocida F(x). en un punto de

contacto cualquiera, el radio de curvatura se define como r, el cual se define como:

r(x) = t / (p (x)

la función, puede ser expresada como una ecuación diferencial en función de derivadas múltiples de la abcisa

“y”. a partir de los respectivos desgloses analíticos, es posible expresar el esfuerzo generado en el caparazón de la

geoestructura como:

t· y" - [p0 + γ ·x]· [l + (y')2]3/2 = 0

donde:

t = tensión en el geotextil

l = circunferencia del tubo

p0 = presión en la descarga de la bomba

γ = densidad del mortero

b = ancho en la base

B = ancho en proyección

H = altura de la geoestructura

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esta ecuación, debe ser resuelta numéricamente, su solución produce las relaciones entre la geometría del tubo

y(x), la tensión circunferencial t, la presión de bombeo, el peso unitario del slurry y la altura del tubo h. cuando se

tienen condiciones semi sumergidas o sumergidas para el llenado de la geoestructura, las condiciones de esfuerzos

en el geotextil resultan menos críticas, debido a que la presión hidrostática reduce los esfuerzos circunferenciales y

modifica las condiciones geométricas del oval.

usualmente, el esfuerzo circunferencial t, es mayor que el esfuerzo axial taxial (Figura 16.9), por tanto, teniendo en

cuenta que el geotextil usado en las geoestructuras tiene una resistencia bidireccional muy similar, se ejecuta la

evaluación para el caso más crítico, es decir para el esfuerzo circunferencial t.

Figura 16.9 esfuerzo circunferencial y axial en el geotextil.

Para la solución numérica de la ecuación, es necesario utilizar métodos numéricos avanzados, por lo que resulta más

práctico apoyarse en un software.

los esfuerzos máximos calculados deberán ser comparados con la resistencia a la tensión máxima esperada en el geotextil.

• Resistenciadelgeotextil

la resistencia máxima admisible del geotextil se determina como:

tadm = tult / Fs 10.2)

Fs = (Fsg * FRid * FRFl* FRdQB) (10.3)

donde:

tult = Resistencia última del geotextil por el método de la tira ancha. (astm d 4595)1.

Fsg = valores recomendados de 1.3 a 1.5 para condiciones estáticas. el ingeniero diseñador

debe revisar y seleccionar el factor de seguridad más apropiado de acuerdo a las

características de cada proyecto, según las características de los materiales y la

aplicación que se le de a este tipo de estructura.

1es importante recordar que los valores obtenidos del ensayo de resistencia a la tensión por el método grab, si se pasan a un ancho equivalente de 1.0 metro, serán mayores a los obtenidos por el método de la tira ancha, principalmente por el efecto de adelgazamiento que sufre la muestra durante el ensayo, haciendo que la relación de Poisson exceda el valor de 0.5. el ensayo grab es representativo para los valores de producción y nunca refleja el comportamiento ingenieril del geotextil como refuerzo.

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FRid = Factor de Reducción por daños durante la instalación.

FRFl = Factor de Reducción por carga continua sobre el geotextil (fluencia).

FRdQB = Factor de Reducción por degradación química/biológica.

los valores recomendados para los factores de reducción se encuentran en la tabla 3.1 y tabla 3.2 del presente manual.

deberá cumplirse que:

tadm > t / 3

donde t, es la resistencia circunferencial máxima obtenida a partir de la modelación numérica.

• Chequeoretencióndepartículasdesuelodelgeotextil

usualmente, el geotextil además de encapsular el slurry, debe actuar como filtro. esto significa que debe permitir

el paso de agua, mientras mantiene los sólidos dentro de la estructura. la retención de suelos es particularmente

importante en el caso de suelos contaminados o con alta presencia de material fino a ser contenidos por el tubo, o

cuando la geoestructura está sujeta a fuerzas hidrodinámicas asociadas con ambientes costeros, donde el criterio de

filtración presentado aquí deberá cumplirse estrictamente.

Para determinar el comportamiento filtrante de cualquier geotextil, se debe revisar la propiedad de tamaño

de abertura aparente, el cual indica el tamaño de partícula más grande que podría efectivamente atravesar el

geosintético.

el tamaño de abertura aparente, corresponde a un dato suministrado por el fabricante. corresponde a la abertura

de los espacios libres (en milímetros). se obtiene tamizando unas esferas de vidrio de diámetros conocidos, cuando

el 5% de un tamaño determinado de esferas pasa a través del geotextil, se define el taa. ensayo astm d4751,

inv e-907.

en el caso de las geoestructuras, el geotextil deberá cumplir con un tamaño máximo de abertura aparente (taa)

como aparece en la tabla 16.6:

Tabla 16.6 TAA del geotextil en función del tipo de slurry

consecuentemente, una vez se determine la granulometría del slurry, el geotextil deberá cumplir con los valores

máximos de tamaño de abertura aparente. en casos de tamaño de partículas demasiado pequeños, como

arcillas plásticas, material de relave o en condiciones de material contaminante a utilizar en el llenado de las

geoestructuras, se recomienda realizar experimentos de campo para simular el comportamiento del geotextil

como material filtrante.

como alternativa, podrá utilizarse un geotextil no tejido punzonado por agujas adherido a la cara interna de la

geoestructura cuando se requiera realizar el llenado utilizando un material con alto contenido de finos.

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• Consolidacióndelaalturadelageoestructura

después del bombeo, se genera un proceso de consolidación del slurry por la salida de agua a través de los

poros del geotextil; una vez dicho material se solidifica, la altura disminuye mientras el ancho se incrementa muy

poco. el descenso de altura, puede ser muy importante, especialmente cuando el slurry es bombeado. el siguiente

procedimiento, indica una forma aproximada de determinar el descenso de la altura de la geoestructura una vez se

alcanza una determinada densidad del material de llenado.

asumiendo que el slurry solidificado está totalmente saturado (s=100%), y usando relaciones básicas volumen

peso, se observa lo siguiente:

ωo = gs-γslurry / γw

gs (γslurry / γw-1)

Y,

ωf = gs-γsuelo / γw

gs (γsuelo / γw-1)

donde,

ωo y ωf = contenido inicial y final de agua del material de llenado

gs = gravedad específica de suelos

γsoil = Peso unitario del slurry solidificado

γslurry = Peso unitario del slurry

γw = Peso unitario del agua

asumiendo que se trata de una consolidación unidimensional del material (la consolidación lateral es despreciable

comparativamente con la vertical) y teniendo en cuenta la relación de consolidación (∆e/(1+e0))=∆h/h0, la siguiente

ecuación es obtenida:

∆h/h0 = gs(ωo-ωf)

1 + ωogs

donde ∆h y ho son el descenso en altura de la geoestructura y la altura inicial del tubo respectivamente.

asumiendo una gravedad específica para el material de llenado de 2.70, se pueden obtener la consolidación

esperada en función de las densidades como aparece en la figuraa 16.10.

la experiencia indica (leshchinsky, 1992) que cuando material de grano fino es bombeado, la geoestructura

disminuirá hasta en un 50% la altura dentro de un mes, al cabo del cual una persona podrá caminar sobre ésta,

siendo necesarios futuros bombeos para alcanzar la altura esperada. en el caso de bombear una mezcla de arena

y agua (suelo con menos de 50% pasa tamiz 200), resultará en una geoestructura final de dimensiones aceptables

con una única sesión de bombeo.

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Figura 16.10 asentamiento en función de las densidades de material. leshchinsky, 1996.

• MantoAntisocavación

se trata de un manto que se extiende hasta la longitud recomendada (le=longitud efectiva) para proteger de la

socavación el sistema y en toda la longitud de la geoestructura.

• PuertodeLlenado

son mangas de 12 pulgadas de diámetro cosidas de fábrica a la parte superior de la geoestructura. estas mangas

son conectadas a la tubería que de descarga del slurry (agua – suelo). los puertos son fabricados del mismo material

que la geoestructura.

• Eslingasdeamarre

son argollas fabricadas de nylon. estas eslingas van colocadas a lo largo del geoestructura. se deberá anclar la

geoestructura con cordel de polipropileno de ½” a estacas de madera o metálicas con el fin de darle estabilidad a

la geoestructura en el proceso de llenado.

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• ProteccióndelaGeoestructura

cuando se tienen condiciones de corriente agresivas, con presencia de crecientes, objetos contundentes o velocidades

arriba de 2 m/s, deberá contemplarse la inclusión de una protección del geotextil que conforma la geoestructura,

buscando evitar rasgados que permitan la pérdida de material de llenado. Para tal fin, podrá utilizarse cualquiera de

las siguientes alternativas a criterio del diseñador:

• Mantoparacontroldeerosióndetipopermanente(TRM450,TRM300oPyramat)

• Flexocreto

• Enrocadodeprotección

16.5.1 Ejemplo de Diseño

se requiere la construcción de un dique para impedir la inundación de una zona plana adyacente a un río de caudal

considerable, incluyendo algunas zonas urbanas y agrícolas de gran importancia. de acuerdo con la información

suministrada por el estudio hidráulico, éste deberá proteger una longitud de 3 km en la orilla del río y tener por lo

menos 2 m de altura, para impedir inundaciones durante las crecientes en la temporada de invierno, teniendo en

cuenta las bajas velocidades del río, no se considera necesaria la inclusión de un manto antisocavación. los datos

hidrológicos indican:

cota máxima nivel del agua = 1.9 m

cota mínima del nivel del agua = 0.2 m

teniendo en cuenta la cota mínima del nivel de agua, se asume que el llenado de la geoestructura se hará en

condición totalmente seca.

los ensayos de clasificación realizados al material arenoso presente en el sitio, indican lo siguiente:

gs = 2.7ton/m3 gravedad específica de suelos

γsoil = 2.2 ton/m3 Peso unitario del slurry solidificado

γslurry = 2.0 ton/m3 Peso unitario del slurry

γw = 1.0 ton/m3 Peso unitario del agua

Pt200 = 20% Porcentaje de material fino presente en el slurry

Modelación numérica de la geometría de la Geoestructura

Para solucionar la ecuación diferencial que representa la geometría de la geoestructura, se utilizó el programa

geocops, y mediante los datos de entrada suministrados se obtuvieron los resultados de la gráfica 16.11:

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Figura 16.11 modelación numérica de la geometría con geocops.

de acuerdo con los resultados, el esfuerzo máximo circunferencial que se produce será 10.7 kn/m. utilizando un

geotextil tR4000 se tiene:



tadm = 65 Kn/m / (1.2 * 2.2 * 1.0)

tadm = 24.6 Kn/m

deberá cumplirse que:

tadm > t / 3

tadm > 10.7 / 3

tadm > 3.56 kn/m o.K.

de acuerdo con lo anterior, el geotextil absorberá los esfuerzos máximos circunferenciales esperados en la

geoestructura.

Chequeo de retención de partículas

de acuerdo con los ensayos de laboratorio ejecutados al material de llenado, el porcentaje de partículas que pasa el

tamiz 200 es del 20%, según la tabla 16.6:

Pt200<50%, entonces, taa<0.59 mm

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si se revisan las especificaciones técnicas del apéndice a del presente informe se encuentra que:

taa = 0.425 mm

Por tanto, el geotextil tR4000, cumplirá las propiedades filtrantes para el correcto llenado de la geoestructura.

Consolidación de la altura de la geoestructura

se deben calcular los contenidos inicial y final de agua de acuerdo con la metodología establecida.

contenido inicial de agua:

ωo = 2.7-2/1

2.7 (2/1-1)

ωo = 0.25

contenido inicial de agua:

ωf = 2.7-2.2/1

2.7 (2.2/1-1)

ωf = 0.15

a partir de estos valores se calcula la relación de consolidación de la estructura:

∆h/h0 = 2.7(0.25-0.15)

1 + 0.25 (2.7)

∆h/h0 = 0.16

Por tanto, la pérdida de altura en la geoestructura por el asentamiento del material de llenado será:

∆h = 0.16ho

∆h = 0.32m

se espera que la geoestructura se asiente 32 cm con el tiempo.

Por tanto, lo más recomendable será teniendo en cuenta los altos factores de seguridad, durante el procedimiento

constructivo llenar la geoestructura alrededor de 2.30 m, de forma que al finalizar el asentamiento se tenga una

estructura de la altura proyectada.

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BIBLIOGRAFÍA

lopez Jimeno, carlos et al. manual de estabilización y revegetación de taludes, entorno grafico, madrid 1999.

leshchinsky, d. 1992. issues in geosinthetycs-reinforced soil. Keynote paper in proceedings of the international

symposium on earth reinforcement practice. Kyushu, Japan. Published by Balkema. Rotterdam 871-897.

leshchinsky, d. and leshchinsky o. “geosynthetic confined pressurized slurry (geocops): suplemental notes

for version 1.0,” Report tR cPaR-gl-96-1, september 1996, us army engineer Waterways experiment station.

vicksburg, mississippi.


APÉNDICE A

esPeciF icaciones técnicas