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 fi nales del año 2007 autorizó la actualización de sus especifi caciones 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 fi n

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 fi n 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 fl uido en movimiento.

El proceso erosivo depende de varios factores, como:

• Intensidad, duración y frecuencia de la lluvia.

• Geometría del talud.

• Tipo de suelo.

• Exposición del talud.

• Tipo de cobertura vegetal.

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?

Refi ere 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 benéfi cos de la vegetación.

Ambos elementos biológicos y mecánicos deben funcionar juntos en forma integrada y complementaria, con el fi n

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

infl uencia particularmente el intercambio del agua entre el suelo y la atmósfera, la consolidación y el refuerzo de la

capa superfi cial 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 efi ciencia 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 fl exibles, compuestas por fi bras o por una matriz tridimensional, que garantizan la protección del

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

Para defi nir 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 sufi ciente protección

contra la erosión. Su durabilidad o longevidad funcional, comprende entre 1 a 48 meses, la cual se refl eja en la

biodegradación o foto degradación del manto.

Al fi nal 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 Benefi cios

• Biodegradación o fotodegradación (Una vez degradado el manto se integra al suelo).

• Limitan la erosión del suelo.

• Conservan la humedad del suelo que ayuda a promover la germinación de la semilla.

• Protegen las semillas y las plantas, permitiendo un mejor establecimiento de la vegetación.

• Mantos permanentes

Son mantos conformados por fi bras sintéticas no degradables, fi lamentos 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 sufi ciente para resistir

las condiciones de fl ujo y no provee la protección sufi ciente 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 fi bra 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 fi bra 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 superfi cial reteniendo más humedad, mayor resistencia a la tensión y fl exibilidad.

Figura 16.3 Protección de Taludes – Biotecnología.

16.3.2 Geoestructuras

Las Geoestructuras son estructuras fl exibles 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

fi ltración 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 fi no. 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:

• Presentar una permeabilidad sufi ciente para aliviar el exceso de presión de agua.

• Retener el material de llenado.

• Resistir las presiones de llenado.

• Resistir las fuerzas de abrasión durante las operaciones de llenado.

• Sobrevivir a los procesos de instalación.

• Resistencia al punzonamiento y al rasgado.

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

confi namiento 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, benefi cios

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:

• Protección de riveras.

• Estructuras de encauce de ríos.

• Aplicaciones costeras

• Recuperación de playas. (espigones, rompeolas y escolleras)

• Islas artifi ciales

• Construcción de diques y bermas bajo agua

• Almacenamiento de material contaminado.

• Control de socavación marina y vías fl uviales

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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 cuantifi car 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)

mfi ll = 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 refl eja el estado de la superfi cie del terreno

después de las operaciones de maquinaria, rastrillado, escarifi cado 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 fi n como el EC DESIG. Una vez estimada la

perdida calculada de suelo es posible compararla y cuantifi car el mantenimiento que se debe hacer a cunetas cajas

y pozos en general.

También es posible cuantifi car 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 Clasifi cación de FAO, PNUMA – UNESCO

16.4.2. Revestimiento de Canales

Suposición de fl ujo uniforme (las dimensiones del canal, profundidad del fl ujo 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 fl ujo, ft2 ó m2

R: Radio Hidráulico (Área/Perímetro mojado), ft ó m

S: Pendiente de la línea de energía o del canal

n: Coefi ciente 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 fl ujo y condiciones

de no lleno con suelo.

Con Vegetación

La resistencia del fl ujo varía con el tipo de vegetación, velocidad y profundidad del fl ujo, por consiguiente, un mejor

establecimiento de la vegetación da como resultado una mayor resistencia al fl ujo (mayor “n”).

Para geosintéticos revegetados, el “n” de Manning es determinado por la clase de vegetación usada:

Tabla 16.4 Clasifi cación 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 fl uye en un canal, se desarrolla una fuerza que actúa en la dirección del fl ujo 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 simplifi car 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 fl ujo 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 fl ujo, m/s o ft/s

A: Área del fl ujo, m2 o ft2

Reemplazando tenemos,

Vp = K R1/6 τP1/2

n γd

Donde:

V: Velocidad permisible del fl ujo, 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

• Frecuencia del caudal de diseño

• Geometría del canal

• Pendiente del canal

• Borde libre

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 superfi cie del agua y la parte superior del canal para la

condición de diseño. La importancia de este factor depende de la consecuencia de un sobrefl ujo 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 fl exibles de canales es muy sencillo. Los cálculos incluyen

la determinación de la profundidad del fl ujo 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 fl exible consiste de los siguientes pasos y es resumido en

la siguiente fi gura:

Figura 16.7 Pasos de diseño para un revestimiento fl exible.

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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 especifi caciones técnicas de los mantos de control de erosión TRMs. Allí

se reportan las propiedades mas relevantes para el diseño (valores admisibles) como:

• Esfuerzo cortante

• Velocidad admisible

• Factor de cobertura

• n de Manning (En condición vegetada y solo el manto)

16.5 METODOLOGÍA DE DISEÑO PARA GEOESTRUCTURA

El diseño de un sistema de geoestructuras tiene dos componentes:

• Diseño de la Solución Hidráulica

• Diseño Interno de la Geoestructura

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 defi nitiva 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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• Determinación de esfuerzos internos

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 verifi car 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 defi nida por una función desconocida F(x). En un punto de

contacto cualquiera, el radio de curvatura se defi ne como r, el cual se defi ne 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

modifi ca 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.

• Resistencia del geotextil

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 refl eja 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 (fl uencia).

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.

• Chequeo retención de partículas de suelo del geotextil

Usualmente, el geotextil además de encapsular el Slurry, debe actuar como fi ltro. Esto signifi ca 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 fi no a ser contenidos por el tubo, o

cuando la geoestructura está sujeta a fuerzas hidrodinámicas asociadas con ambientes costeros, donde el criterio de

fi ltración presentado aquí deberá cumplirse estrictamente.

Para determinar el comportamiento fi ltrante 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 defi ne 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 fi ltrante.

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 fi nos.

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• Consolidación de la altura de la geoestructura

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 solidifi ca, 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 solidifi cado 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 fi nal de agua del material de llenado

Gs = Gravedad específi ca de suelos

γsoil = Peso unitario del slurry solidifi cado

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 (Δe/(1+e0))=Δh/h0, la siguiente

ecuación es obtenida:

Δh/h0 = Gs(ωo-ωf)

1 + ωoGs

Donde Δh y ho son el descenso en altura de la geoestructura y la altura inicial del tubo respectivamente.

Asumiendo una gravedad específi ca para el material de llenado de 2.70, se pueden obtener la consolidación

esperada en función de las densidades como aparece en la fi guraa 16.10.

La experiencia indica (Leshchinsky, 1992) que cuando material de grano fi no 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 fi nal 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.

• Manto Antisocavación

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.

• Puerto de Llenado

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.

• Eslingas de amarre

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 fi n de darle estabilidad a

la Geoestructura en el proceso de llenado.

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• Protección de la Geoestructura

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 fi n, podrá utilizarse cualquiera de

las siguientes alternativas a criterio del diseñador:

• Manto para control de erosión de tipo permanente (TRM450, TRM 300 o Pyramat)

• Flexocreto

• Enrocado de protección

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 clasifi cación realizados al material arenoso presente en el sitio, indican lo siguiente:

Gs = 2.7Ton/m3 Gravedad específi ca de suelos

γsoil = 2.2 Ton/m3 Peso unitario del slurry solidifi cado

γslurry = 2.0 Ton/m3 Peso unitario del slurry

γw = 1.0 Ton/m3 Peso unitario del agua

PT200 = 20% Porcentaje de material fi no 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 gráfi ca 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 = Tult / FRID * FRFL * FRDQB

Tult = 65 KN/m (Ver Apéndice A: Especifi caciones De Productos)

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 especifi caciones técnicas del Apéndice A del presente informe se encuentra que:

TAA = 0.425 mm

Por tanto, el geotextil TR4000, cumplirá las propiedades fi ltrantes para el correcto llenado de la geoestructura.

Consolidación de la altura de la geoestructura

Se deben calcular los contenidos inicial y fi nal 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:

Δh/h0 = 2.7(0.25-0.15)

1 + 0.25 (2.7)

Δh/h0 = 0.16

Por tanto, la pérdida de altura en la geoestructura por el asentamiento del material de llenado será:

Δh = 0.16ho

Δh = 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 fi nalizar 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 Grafi co, 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 confi ned 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.