Geotextiles en obras de tuberias

1-      Conceptos básicos de los geotextiles

 

1.1 Definición

Un geotextil es un  material textil plano, permeable, de apreciada deformabilidad, formado por fibras poliméricas termoplásticas, que se emplea para aplicaciones geotécnicas           (UNE 40-523-88).

Casi todas sus aplicaciones se basan en su capacidad de filtro, es decir, dejar pasar el agua y retener finos. También es importante su alta resistencia a perforación y el espesor de algunos geotextiles en la utilización como protección de geomembranas.

 

1.2 Terminología

Términos empleados para los geotextiles:

–          No tejido: los filamentos que componen el geotextil están colocados de manera aleatoria. No tienen dos direcciones de fibra

–          Tejidos: las fibras tienen dos direcciones de fibra (trama y urdimbre)

–          Filamentos continuos: las filamentos del geotextil no tejido pertenecientes al producto final son infinitos.

–          Fibra cortada: los filamentos pertenecientes al producto final tienen una determinada longitud.

–          Agujados, agujeteados ó punzonados: la unión entre los filamentos del geotextil no tejido, es una unión mecánica mediante unas agujas colocadas inferior y superiormente que entran y salen a gran velocidad en la napa de filamentos, para entrelazarlos y coexionarlos.

–          Termosoldados: la unión entre los filamentos se hacen por calor, mediante una termo-fusión.

Los geotextiles agujados de fibra cortada que no tienen una termofusión, sus características mecánicas son mucho mas bajas, pues al no existir esa unión entre los filamentos, al aplicarle una fuerza perpendicular (perforación) abre las fibras y aplicando una fuerza de tracción las desentrelaza.

Los geotextiles únicamente termosoldados no tienen espesor y su elongación es menor que los agujados.

Los geotextiles agujados de filamento continuo ó agujados y termosoldados tienen altas resistencias mecánicas para no producir la rotura y espesores adecuados para obtener una función de drenaje en el plano y una función protectora de las geomembranas por su efecto colchón.

 

1.3 Geotextiles no tejidos Geotesan

Los geotextiles GEOTESAN NT son  geotextiles no tejidos formados por fibras virgenes 100% de polipropileno unidas mecánicamente por un proceso de agujado con una posterior termofusión lo que le otorga unas elevadas resistencias mecánicas.

 

1.4 Funciones

Los geotextiles  pueden definirse por sus funciones en los diferentes campos de aplicación. Estas pueden ser: Separar, Filtrar, Drenar, Reforzar y Proteger.

Separar: Separación de dos tipos de terreno de diferentes propiedades físicas. Bien puede ser entresuelo natural y material de aporte ó entre dos capas diferentes de suelo apartado.

La misión del geotextil es evitar la mezcla de los diferentes terrenos. Para ello debe soportar las cargas estáticas y dinámicas del material de aporte y del trafico durante la instalación así como la retención de los finos para evitar la mezcla. El geotextil debe ser de polipropileno por ser estable al álcalis del cemento e inerte a prácticamente la totalidad de elementos químicos que se encuentran en el terreno.

En esta función son importantes los siguientes parámetros: Resistencia al punzonamiento (CBR), Resistencia a la tracción, Elongación a la rotura, Perforación dinámica por caída libre de cono, Abertura eficaz de poros y espesor del geotextil.

Filtrar: Libre circulación de agua a través del geotextil, reteniendo los finos en la dirección del flujo de agua.

La misión del geotextil es garantizar la estabilidad hidráulica del filtro. Se debe evitar la colmatación del geotextil. En los geotextiles agujados, en caso de acumulación de finos, el agua corre a través del geotextil evitando su colmatación.

En esta función, son importantes los siguientes parámetros: Abertura eficaz de poros, Espesor del geotextil y permeabilidad.

Drenar: Evacuación de líquidos y gases en el espesor del geotextil. Debe impedir el lavado de partículas finas.

Reforzar: Se pueden considerar dos tipos de refuerzo.

Estabilización del suelo como consecuencia del confinamiento de partículas de suelo eliminando el agua por subpresión.

Refuerzo en tracción anulando las fuerzas de vuelco como por ejemplo, en muros de contención intercalando capas de geotextil  hacia el interior del muro.

Proteger: Protección de las geomembranas (sistemas de impermeabilización) contra los daños mecánicos tanto al punzonamiento como a la abrasión.

En esta función son importantes los siguientes parámetros: Resistencia al punzonamiento (CBR), Perforación dinámica por caída libre de cono y Espesor como efecto colchón para la geomembrana

 

1.5. Campos de aplicación

 

Campos de aplicación	Función Principal	Función Secundaria
Carreteras	Separar	FiltrarDrenarReforzar
Ferrocarriles	SepararFiltrar
Obras Hidráulicas	Filtrar	Separar
Drenajes y conducciones	Filtrar	Separar
Contención de taludes	Reforzar	Drenar
Túneles	ProtegerDrenar
Vertederos / Balsas	Proteger	Reforzar
Cimentaciones	Filtrar	Separar
Cubiertas	Proteger

 

1.6 Parámetros relevantes

Dependiendo de las funciones y del campo de aplicación donde se utilizará el geotextil , los parámetros importantes variaran. En cualquier caso, el único parámetro que no tiene ninguna importancia es el peso del geotextil, pues no es un dato que nos aporte ningún indicativo de sus valores mecánicos e hidráulicos, que son en definitiva los datos importantes de un geotextil. Esto es debido a que, como hemos visto anteriormente, casi todas las funciones del geotextil, se derivan de su capacidad para dejar pasar el agua y retener los finos (características hidráulicas), soportar las tensiones mecánicas derivadas del terreno que a de soportar ó de las solicitaciones dinámicas de tráfico etc. (características mecánicas), así como el espesor y resistencia al punzonamiento en el caso de protección de geomembranas. Todos estos parámetros varían considerablemente de unos geotextiles a otros, midiéndolos bajo el parámetro del peso. En cualquier caso, y dependiendo de sus funciones y campos de aplicación, los parámetros fundamentales son los aportados en las tablas de características que veremos después.

 

1.7 Materias Primas

 

Los geotextiles pueden ser de Polipropileno ó de Poliéster. A los geotextiles de Poliéster les ataca el ácalis del cemento, por tanto no deben ir en contacto con Hormigón. Tambien son atacados por: terrenos alcalinos, con contenido de yesos, el lixiviado del residuo en vertederos, etcétera.

Los geotextiles de Poliéster utilizan gran cantidad de fibra regenerada en la fabricación de los geotextiles.

Por otra parte, todos los geotextiles de Poliéster existentes, son de fibra cortada sin termofusión ya que el Poliéster, al fundir a 220º, si llegamos a esta temperatura se plastifica, por tanto no se puede soldar. Bajo el mismo peso se obtienen características mecánicas muy inferiores a los geotextiles no tejidos de Polipropileno

 

2-      Certificación de los geotextiles

Actualmente es obligatorio que todos los geotextiles tengan el marcado CE para cualquier función y campo de aplicación de los geotextiles. No se pueden utilizar geotextiles que no tengan este sello en ninguna obra de construcción ó ingeniería civil.

 

2.1 Marcado CE

Actualmente es imprescindible tener el marcado CE, obligatorio para todas las obras publicas de los países de la unión Europea. El marcado CE exige, para cada campo de aplicación y función que va a cumplir, una serie de ensayos y tenerlo garantiza que los valores aportados por el fabricante son  reales.

En cada campo de aplicación y dependiendo de las funciones que van a cumplir se pide:

H: Requerido para la armonización (obligatorio)

A: Aplicable a todas las condiciones de uso

S: Aplicable a condiciones de uso especificas.

Las normas de aplicación según marcado CE son las siguientes:

–          UNE-EN 13249  Geotextil para aplicación de carreteras

–          UNE-EN 13250  Geotextil para aplicación en obras férreas

–          UNE-EN 13251  Geotextil para uso en movimientos de tierra, cimentaciones y

Estructuras de contención

–     UNE-EN 13252   Geotextil para uso en sistemas de drenaje

–     UNE-EN 13253   Geotextil para uso en obras para el control de erosión

–     UNE-EN 13254   Geotextil para uso en construcción de embalses y presas

–     UNE-EN 13255   Geotextil para uso en construcción de canales

–     UNE-EN 13256   Geotextil para uso en la construcción de túneles y estructuras

subterráneas.

–     UNE-EN 13257   Geotextil para uso en vertederos de residuos sólidos

–     UNE-EN 13265   Geotextil para uso en proyectos de contenedores de residuos

líquidos

 

En cada campo de aplicación iremos incluyendo cada norma de aplicación.

 

3-      Normativa de los geotextiles

En España casi todos los campos de aplicación tiene un a norma, bien sea UNE ó bien corresponda a un organismo determinado, donde se indican los valores mínimos que deben cumplir dichos geotextiles, independientemente que se puedan especificar con valores superiores dependiendo de las solicitaciones a las que va estar sometido el geotextil en un proyecto determinado.  Estas normas son las siguientes:

–          Para carreteras: PG3 (Orden circular 326/00) editado por el ministerio de fomento. Los artículos que se refieren a geotextiles son lo siguientes:

Articulo 290 (geotextiles)

Articulo 422 (Geotextiles como elemento de separación y filtro)

–          Para ferrocarriles: Pliego del GIF (Gestor de infraestructuras ferroviarias)

–          Para túneles: UNE 104.424 (Materiales sintéticos. Puesta en obra. Sistemas de impermeabilización de túneles y galerías con láminas termoplásticas prefabricadas de PVC-P)

–          Para vertederos: UNE 104.425 (Materiales sintéticos. Puesta en obra. Sistemas de impermeabilización de vertederos de residuos con láminas de polietileno de alta densidad PEAD)

–          Para conducciones se puede aplicar el articulo 422 del PG3 para su condición de filtro, en el caso de ser una conducción de drenaje. Para Saneamiento ó presión depende de las solicitaciones en cada obra.

 

4-      Empleo de geotextiles con tuberías

 

4.1- en tuberías de drenaje

Los campos de aplicación para este empleo pueden ser: Cunetas de carreteras u otros viales, drenes para agricultura, edificación, campos deportivos, drenaje en balsas y vertederos etc.

El geotextil se puede utilizar rodeando el tubo ó la grava de drenaje, evitando el paso de finos y por tanto la colmatación del tubo dren y la grava que lo rodea. Cuando se hace un sistema de drenaje mediante zanja, estos pueden ser longitudinales (carreteras y viales), en espina de pez, en peine (utilizados generalmente en campos deportivos, agricultura, parques y jardines etc)

Los drenes superficiciales están formados por un sangüich Geotexti -Grava-Geotextil, creando una superficie drenánte en donde los geotextiles evitan la colmatación del material filtrante al evitar el paso de finos. Su empleo puede ser: En base de terraplenes de obras lineales (carreteras, ferrocarriles, aeropuertos, cimentaciones etc.)

El geotextil para drenajes en carreteras según el PG-3, debe cumplir los criterios de filtro indicados para cada tipo de trafico, como se indica a continuación. En cualquier caso este criterio puede ser extrapolable a cualquier campo de aplicación donde exista un drenaje con tubería.

En carreteras, el PG-3 del ministerio de fomento, en su articulo 420, exige unos valores mínimos para el geotextil, dependiendo del tipo de trafico existente. El geotextil debe cumplir los tres criterios de dicho pliego. Estos son los parámetros del PG3

 

Criterios mecánicos

 

 

–          Criterio hidráulico: El PG-3 exige que en flujo laminar, la permeabilidad del

geotextil perpendicular al plano sea mayor que 10 veces la permeabilidad del

suelo en contacto más cohesivo (K_g>10K_s) y en flujo turbulento (puede cambiar

de sentido), la permeabilidad del geotextil perpendicular al plano sea mayor que

100 veces la permeabilidad del suelo en contacto más cohesivo (K_g>100K_s).

–      Criterio de retención: Por norma general la abertura eficaz de poros del geotextil debe estar comprendida entre 0,05 mm y 0,20 mm. Del mismo modo, las características mecánicas e hidráulicas que hay que aportar como mínimo, son las indicadas en la norma UNE EN 13252 (geotextiles, requisitos para el uso en sistemas de drenaje). Estas son las siguientes:

Además hay que dar la durabilidad según requisitos de la norma. Los «H», son los valores obligatorios.

4.2      El geotextil como sistema integrador de un sistema de tuberías de saneamiento ó    presión en zanjas.

 

La deformación de una tubería  se calcula de la siguiente manera:

Δh                    Q

——-     =   ——————–                donde

D               E. k₁ + RCE. k₂

 

Δh/D       es la deformación de la tubería

Q               es la carga que hay sobre la tubería

E               es el modulo de elasticidad del terreno circundante

RCE        es la rigidez circunferencial específida de la tubería

k₁ y k₂  son parámetros de la teoría de la deformación

 

Por tanto, si el modulo de elasticidad del terreno circundante a la tubería (E) varia, la deformación de la tubería también varia. Para que no varíe E, se debe mantener intactas las características de este terreno. Para ello es necesario utilizar un geotextil  que rodee la zanja en la que se encuentra la conducción para que evite la contaminación del terreno de relleno que utilizamos alrededor de la tubería. Este geotextil actua como separador entre el suelo y el terreno de aporte que introducimos en la zanja  evitando que este varíe sus características y por tanto su modulo de elasticidasd (E).

El tipo de geotextil a utilizar, recomendamos que sea el indicado para zanjas de drenaje (filtro) y trafico T-1 indicadas en el PG3, es decir.

R. Tracción > 9 Kn/m

Elongación > 30 %

Perforación dinámica por cono (R. Perforación dinámica) < 30 mm

La abertura eficaz de poros entra 50 y 200 micras.

 

El geotextil a utilizar deberá ser 100% de Polipropileno virgen pues es un material inerte a suelos yesíferos, alcalinos etc, asegurandonos que no hay degradación biologica del geotextil. Por otra parte, al los geotextiles de Poliéster, para llegar a los 9 Kn/m de resistencia a tracción, necesita 500 g/m2 al ser de fibra corta y de material regenerado, mientras que con un geotextil  no tejido de filamentos 100% de Polipropileno virgen unidos mecánicamente por un proceso de agujeteado con posterior termofusión, esta resistencia a tracción la obtienes con 125 a 140 g/m2.

Las características exigidas al geotextil para este empleo, son las indicadas en la tabla de la página anterior para la norma EN UNE 13252, exigida en la certificación GE.

 

4.3 Para la estabilización de zanjas con tuberías

En caso de suelos con capacidad portante muy baja, el geotextil puede hacer una función de estabilización de la zanja. Para estimar el geotextil a utilizar, se puede hacer de la siguiente manera. Si consideramos que el peso del terreno circundante a la tubería es de 2 T/m3, la presión estimada que ejerce sobre el lateral de la zanja es de 1 T/m, es decir, 10 kN/m. Por tanto, la presión real será P = 10 Kn/m x h (profundidad de la zanja). Si consideramos que la deformación máxima produce una catenaria lateral a 45º, la R. Tracción del geotextil será:

 

R. Tracción = P x  √2

Ejemplo.

Una zanja de profundidad 1 m , P = 10 Kn/m y por tanto:

R. Tracción = 14,5 Kn/m. Con un coeficiente de seguridad de 2:

R.t. del geotextil = 29 Kn/m

 

 

Javier Aguilar Alfaro

Director comercial Geotexan