Introducción
La función de un filtro geotextil es permitir que el agua penetre en un medio de drenaje (como la grava o un geosintético) al tiempo que impide que lo hagan las partículas de suelo. Tanto si se utiliza grava de drenaje como un núcleo de drenaje polimérico preformado, se requiere un filtro geotextil para garantizar el rendimiento del drenaje durante toda la vida útil del proyecto. En esta nota técnica se analizan las propiedades clave de los geotextiles de filtración y su funcionamiento.
Tamaño de los poros
Todos los suelos presentan un rango de tamaños de partículas, y la distribución de dichos tamaños puede determinarse en un laboratorio de suelos.
De manera similar, un geotextil no tejido presenta una gradación de poros (agujeros o huecos) en su estructura, y es posible medir su valor «O90». El valor O90 de un filtro geotextil significa que el 90 % de los poros del geotextil son más pequeños que el valor O90. Por ejemplo, el O90 puede ser de 120 micras (es decir, 0,12 mm), lo que significa que el 90 % de los poros miden 0,12 mm o menos. La arena limosa, por ejemplo, puede tener partículas de un tamaño comprendido entre 2 mm y 2 micras. Esto significa que algunas de las partículas del suelo son más pequeñas que los poros del geotextil y, por lo tanto, atravesarán el geotextil, mientras que otras quedarán retenidas.
Un geotextil puede diseñarse para adaptarse a un suelo concreto, pero a menudo esto no es necesario, ya que los geotextiles no tejidos se fabrican de serie para ser compatibles con la mayoría de los suelos. Sin embargo, existen suelos difíciles y aplicaciones complejas que se tratan en una sección posterior. Téngase en cuenta que el tamaño de los poros debe especificarse como un rango o un valor máximo.
Permeabilidad
La permeabilidad de un geotextil debe ser mayor que la del suelo adyacente. Esto significa que el caudal de agua a través del geotextil es mayor que el caudal de agua en el suelo, de modo que el geotextil no se convierta en un punto de estrangulamiento para el movimiento del agua desde el suelo hacia el medio de drenaje. La permeabilidad del suelo puede ser de 1 × 10⁻⁸ m/s o inferior en el caso de un suelo cohesivo, o de hasta 1 × 10⁻⁴ m/s en el caso de la arena.
Un geotextil no tejido típico tendrá un caudal de agua perpendicular de alrededor de 100 l/m²·s con una carga hidráulica de 50 mm, lo que supone al menos 1 000 veces más que en los suelos típicos.
Por lo tanto, en la mayoría de los casos, el factor de seguridad en cuanto a la permeabilidad es muy elevado, incluso teniendo en cuenta una ligera reducción del rendimiento de flujo del geotextil con el paso del tiempo.
Figura 1: Geotesan NT, un geotextil de filtración no tejido típico
Altura de presión de ruptura
Algunos geotextiles presentan un efecto de tensión superficial que impide que el agua penetre en el geotextil hasta que se alcanza una altura de presión suficiente. En el caso de algunos geotextiles, esta altura de presión es de 25-40 mm, lo que constituye una de las razones por las que la permeabilidad del geotextil y el caudal de agua se ensayan con una altura de presión de 50 mm. Nada de esto supone un problema para los geotextiles utilizados en instalaciones relativamente profundas; sin embargo, en aplicaciones menos profundas y/o cuando se requiere la infiltración de agua (como en un pozo de absorción), esto puede resultar problemático.
Cómo se forma un filtro geotextil no tejido
Un geotextil correctamente diseñado y adaptado a la granulometría del suelo permitirá que algunas partículas de suelo atraviesen el geotextil. De este modo, el geotextil crea una zona de filtración dentro del suelo adyacente al geotextil, tal y como se muestra en la figura 1. El agua, con una energía relativamente alta cerca del geotextil, empuja las partículas finas y de tamaño medio a través del geotextil (esto explica la ligera decoloración del agua durante las primeras 3-4 semanas). Un poco más lejos, el agua tiene menos energía y solo puede arrastrar las partículas finas. Aún más lejos, el suelo permanece intacto. Lo que queda es una zona de filtración clasificada en el suelo con partículas gruesas, luego gruesas y medianas, y finalmente gruesas, medianas y finas.
Figura 2: Proceso de filtración con geotextiles
¿Se obstruyen los filtros de geotextil?
Todos los filtros se obstruyen en cierta medida, ya sean de geotextil o de cualquier otro material (por ejemplo, piedra). Sin embargo, como se ha señalado anteriormente, los geotextiles filtrantes son mucho más permeables que el suelo, ya que permiten un caudal de agua al menos 1.000 veces mayor que el de los suelos habituales. Incluso si un geotextil pierde el 99 % de su capacidad de flujo, seguirá proporcionando un flujo adecuado. Por lo tanto, en lugar de preguntarse «¿se obstruirá con el tiempo?», una pregunta más acertada sería «¿se obstruirá en exceso?». La respuesta a esa pregunta depende de las condiciones del emplazamiento.
Condiciones habituales
En condiciones habituales, los geotextiles filtrantes de buena calidad no se obstruyen en exceso. Se consideran condiciones habituales aquellas en las que las características del suelo y del agua no se ajustan a ninguna de las categorías que se indican a continuación. Esto queda respaldado por numerosos estudios de casos y experimentos de laboratorio, como los de (Fannin, 2010; Giroud, Luettich, Richardson y Zhao, 2002; Koerner, 2012). Un geotextil filtrante de buena calidad es aquel que cumple con la norma BS 8661:2019.
Condiciones poco habituales
La experiencia demuestra que las siguientes condiciones suscitan inquietudes respecto a las aplicaciones de geotextiles filtrantes y, de hecho, también causan problemas a los filtros de piedra tradicionales (Koerner, 2012):
- Suelos finos y no cohesivos con una granulometría deficiente (es decir, todas las partículas del suelo tienen aproximadamente el mismo tamaño), como el loess, la harina de roca, el PFA y los finos de cantera.
- Arcillas dispersivas que, con el tiempo, se separan en partículas finas individuales (la mayoría de las arcillas no lo hacen).
- Suelos no cohesivos con distribuciones irregulares (con huecos) del tamaño de las partículas, junto con caudales de agua de alta energía.
- Aguas subterráneas altamente alcalinas, en las que la ralentización del líquido al fluir a través del geotextil puede provocar el depósito de precipitados de calcio, sodio o magnesio.
- Líquidos con grandes volúmenes de sólidos en suspensión, como el agua turbia de los ríos o el agua de dragado, o que, además, presenten un alto contenido de microorganismos, como en los lechos filtrantes de biorreactores, antiguas explotaciones mineras que vierten ocre anaranjado y residuos agrícolas.
- Situaciones relacionadas con aguas de alta energía o con caudales reversibles, como las zonas de marea o las aplicaciones costeras.
En estas situaciones, se debe solicitar asesoramiento especializado sobre la opción más adecuada para garantizar la filtración. En la mayoría de estas situaciones, la selección de geotextiles especializados proporcionará un buen rendimiento de filtración. En otras situaciones, el geotextil puede obstruirse, lo que reducirá su vida útil y hará necesario su sustitución frecuente.
Conclusión
En condiciones de suelo habituales, los geotextiles filtrantes de buena calidad seleccionados de acuerdo con la norma BS 8661:2019 mantendrán un buen rendimiento de filtración a largo plazo. En condiciones poco habituales (como las descritas anteriormente), se debe solicitar asesoramiento especializado sobre la opción más adecuada para proporcionar filtración.
Referencias
British Standards Institution (2019) Geotextiles – Guidance for specification for basic separation and filtration. BS 8661:2019.
Fannin, R. J. (2010). On the clogging of geotextiles. En la 9.ª Conferencia Internacional sobre Geosintéticos. Guaruja, Brasil.
Giroud, J., Luettich, S., Richardson, G. y Zhao, A. (2002). Permeabilidad de los filtros geotextiles y granulares. En la 7.ª Conferencia Internacional sobre Geosintéticos. Niza, Francia.
Giroud, J. (2010). Desarrollo de criterios para filtros geotextiles y granulares. En la 9.ª Conferencia Internacional sobre Geosintéticos. Guaruja, Brasil.
Heibaum, M. (2014). Un nuevo enfoque del diseño de filtros geotextiles. En la 10.ª Conferencia Internacional sobre Geosintéticos. Berlín, Alemania.
Koerner, R. (2012). Diseño con geosintéticos. Xlibris Corp