Estabilidad de Taludes

INTRODUCCIÓN

“Un talud es toda superficie inclinada respecto a la horizontal que haya de adoptar una estructura de tierra, bien sea en forma natural o como resultado de una obra de ingeniería”.

Los taludes pueden ser naturales cuando se producen sin la intervención de la mano del hombre (laderas) y artificiales cuando son hechos por éste (cortes y terraplenes).

TIPOS DE FALLA

Los tipos de fallas más frecuentes en los taludes son los siguientes:

1.- Falla por deslizamiento superficial:

Este tipo de falla se produce por la acción de las fuerzas naturales que tienden a hacer que las partículas y porciones del suelo próximas a su frontera deslicen hacia abajo. Este fenómeno es más intenso cerca de la superficie inclinada del talud debido a la ausencia de presión normal confinante.

Otras causas que pueden producir éste tipo de falla son: aumento de las cargas actuantes en la cresta del talud, disminución de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante o en el caso de laderas naturales, razones de conformación geológica que escapan de un análisis local detallado.

Este fenómeno se pone de manifiesto por una serie de efectos notables, tales como la inclinación de los árboles debido al arrastre de las capas superiores del terreno, la inclinación de postes, movimientos relativos y ruptura de muros, acumulación de suelos en las depresiones y falta de los mismos en las zonas altas, etc.

Se pueden mencionar dos tipos de deslizamientos: el estacional, que afecta sólo la corteza terrestre, el cual soporta los cambios climáticos en forma de expansiones y contracciones, y el masivo que afecta a las capas más profundas y que es atribuido al efecto gravitacional.

2.- Deslizamiento en laderas naturales sobre superficies de falla preexistentes.

Se trata de un mecanismo de falla que envuelve una cantidad importante de material, por lo que ya no se trata de un deslizamiento superficial sino de uno más profundo, pudiendo llegar a producir una verdadera superficie de falla.

Este es un tipo de movimiento lento por lo que puede llegar a ser inadvertido.

La mayor parte de este tipo de movimientos están asociados a ciertas estratigrafías que son favorables a ellos (laderas formadas por depósito de material sobre otras estratificaciones firmes), al mismo tiempo que a flujos estacionales de agua en el interior de la ladera, produciendo superficies de falla prácticamente planas.

3.- Falla por movimiento del cuerpo del talud (deslizamiento de tierra).

Este es un tipo de movimiento que se caracteriza por su brusquedad, el cual afecta a masas considerables de suelo, generando una superficie de falla profunda.

Se considera que la superficie de falla se forma cuando actúan esfuerzos cortantes superiores a la resistencia del material.

En el interior de la masa de suelo existe un estado de esfuerzos que vence, en forma más o menos rápida, la resistencia al esfuerzo cortante del suelo produciéndose la falla del mismo con la formación del deslizamiento a lo largo del cual se produce la falla. Este tipo de movimientos es típico de los cortes y de los terraplenes.

Existen dos tipos de falla:

1- rotacional

2- traslacional

En la falla rotacional se define una superficie de falla curva (generalmente asumida circular) a lo largo de la cual ocurre el movimiento del talud.

Cuando la superficie de falla pasa el pie del talud se origina la llamada falla de base. En el caso que pase justo por el pie del talud seria la falla al pie del talud y cuando la falla ocurre en el cuerpo del talud se produce la falla local.

La falla traslacional ocurre a lo largo de planos débiles que suelen ser horizontales o muy poco inclinados respecto a la horizontal.

La superficie de falla se desarrolla en forma paralela a los estratos débiles, los cuales son, generalmente, arcillas blandas, arenas finas o limos no plásticos sueltos.

Frecuentemente, la debilidad del estrato está ligada a elevadas presiones de poros por el agua contenida en las arcillas o a fenómenos de elevación de la presión del agua en los estratos de arena (acuíferos). Las fallas también están muy ligadas a las temporadas de lluvia por la recarga de agua de los suelos, ya que la absorben más rápidamente de lo que se escurre por lo que aumentan de peso.

4.- Flujos

Este tipo de falla consiste en movimientos más o menos rápidos de zonas localizadas de una ladera natural donde los desplazamientos asemejan el fluir de un liquido viscoso no existiendo una superficie de falla definida.

Este tipo de falla puede ocurrir en cualquier formación no consolidada, presentándose en fragmentos de roca, depósitos de material, suelos granulares finos, arcillas, etc.

Los flujos se dividen en dos grupos:

a)Flujo en materiales relativamente secos:

En este grupo quedan comprendidos los flujos de fragmentos de roca, asociados a fenómenos de presión del aire atrapado entre los fragmentos, semejante a los mecanismos de presión de poros del agua.

Se ha dado el caso, que debido a temblores se ha producido una destrucción de la estructura del material produciendo una verdadera licuación, pero con el aire jugando el papel que generalmente desempeña el agua.

b) Flujos en materiales húmedos:

Son flujos que requieren una proporción apreciable de agua contenida en el suelo, normalmente llamado flujo de tierra. Si el contenido de agua en el material es muy elevado se denomina flujo de lodo.

Los flujos de tierra se desarrollan típicamente en el pie de los deslizamientos de tipo rotacional en el cuerpo del talud. En otras ocasiones ocurren con cierta independencia de cualquier otro deslizamiento anterior.

En los flujos de lodo, el deslizamiento ocurre en materiales finos con elevado contenido de agua. La falla produce una perturbación completa de la estructura deslizándose y arrastrando todo a su paso.

Este tipo de falla sucedió en Vargas a finales de 1999, que después de un lapso de lluvia prolongado por días la tierra cedió en forma de lodo llevando todo a su paso.

5.- Fallas por erosión

Estas son fallas superficiales provocadas por la acción del viento y del agua sobre el talud, siendo más evidente en aquellos que tienen una pendiente más pronunciada.

La falla se manifiesta en irregularidades, socavaciones y canalizaciones en el plano del talud.

Este tipo de falla se puede apreciar en el Paseo La Marina, frente al club Mamo en Catia la Mar y en el faldón aguas abajo de la presa de tierra La Becerra.

6.- Falla por licuación

Estas fallas ocurren en arcillas extrasensitivas y arenas poco compactas, las cuales, al ser perturbadas, pasan rápidamente de una condición más o menos estable o una suspensión, con la pérdida casi-total de la resistencia al esfuerzo cortante.

Las dos causas que puede atribuirse esa perdida de resistencia son: incremento de los esfuerzos cortantes actuantes y desarrollo de la presión de poros correspondiente, y por el desarrollo de presiones elevadas en el agua intersticial, quizás como consecuencia de un sismo, una explosión, etc.

En Venezuela existen arenas con estas características al sur del Lago de Valencia, en Guigue.

7.- Fallo por falta de capacidad de cargo en el terreno de cimentación

Este tipo de fallo se produce cuando el terreno tiene una capacidad de carga inferior o los cargas impuestas.

Este tipo de folios sucede a menudo en el área metropolitana, debido a que se construye sobre rellenos no compactados o con un bajo nivel de compactación. En el coso de Las fundaciones, se colocan fundaciones superficiales en un terreno de baja capacidad de soporte o pilotes cuya profundidad no alcanzó el terreno firme. También ocurre el caso de construcciones muy pesadas paro el terreno en el que están situadas. Como éstos existen infinidad de cases adicionales, los cuales ocuparían una publicación completa.

CAUSAS DE LA INESTABILIDAD

Existen una serie de factores de los cuales depende la estabilidad de los taludes, tales son:

a) Factores geomorfológicos:

a-1) Topografía de los alrededores y geometría del talud.

a-2) Distribución de las discontinuidades y estratificaciones.

b) Factores internos:

b-l) Propiedades mecánicas de los suelos constituyentes.

b-2) Estados de esfuerzos actuantes.

c) Factores climáticos y en especial el agua superficial y subterránea.

En general, las causas de los deslizamientos pueden ser externas o internas. Los externas, producen aumento de los esfuerzos cortantes actuantes sin modificar la resistencia al esfuerzo cortante del material. E1 aumento de la altura del talud o el hacerlo más escarpado, son causas de este tipo, como también lo son la colocación de cualquier tipo de sobrecarga en la cresta del talud o la ocurrencia de sismos. Las internas, son los que ocurren sin cambio de las condiciones exteriores del talud. Estos disminuyen la resistencia al esfuerzo cortante del suelo constitutivo, el aumento de presión de poros o la disipación de la cohesión son causes de este tipo.

1.- Causas que producen el aumento de esfuerzos

a- Cargas externas, tales como construcciones y agua.

b- Aumento del peso de la tierra por aumento del contenido de humedad. c- Remoción por socavación de una parte de la masa de suelo.

d- Socavaciones producidas por perforaciones de túneles, derrumbes de cavernas o erosión por filtración.

e- Choques producidos por terremotos o voladuras.

f- Grietas de tracción.

g-Presión de agua en las grietas.

2.- Causas que producen disminución de la resistencia

a- Expansión de Las arcillas por absorción de agua.

b- Presión de agua intersticial.

c- Destrucción de la estructura por vibraciones o actividad sísmica.

d- Fisuras capilares producidas por las alternativas de expansión y re-

tracción o por tracción.

e- Deformación y falla progresiva en suelos sensibles

f- Deshielo de suelos helados o de lentes de hielo.

g- Deterioro del material cementante.

h- Pérdida de la tensión capilar por secamiento.

MÉTODOS CORRECTIVOS PARA FALLAS EN LADERAS Y TALUDES

Lo que persiguen los métodos correctivos es lo siguiente:

1- Evitar la zona de falla

-Cambios en el alineamiento de la vía, sea el horizontal o el vertical:

- Remoción total del material inestable

- Construcción de estructuras que se apoyen en zonas estables (puentes o viaductos)

2- Reducir Las fuerzas motoras:

- Remoción de material en la parte apropiada de la falla.

-Subdrenaje para disminuir el efecto de empujes hidrostáticos y el peso de las masas de tierra.

3- Aumentar las fuerzas resistentes:

- Subdrenajes, para aumentar la resistencia al esfuerzo cortante del suelo.

- Construcción de estructuras de retención

- Uso de tratamientos electroquímicos para elevar la resistencia del suelo al deslizamiento donde existe un alto contenido de arcilla.

1.- Descargar la cresta

Este método consiste en la remoción de parte del material localizado en la cresta del talud, produciéndose una disminución de las fuerzas deslizantes.

La remoción de material en la cabeza de la falla o en todo el cuerpo de la mismo, hasta llegar a la remoción total, es un método que sólo se puede aplicar en fallas ya manifestadas. La remoción de la cabeza busca reducir las fuerzas motoras y balancear la falla, las remociones totales eliminan el problema de raíz.

Son métodos mejores para prevenir que para corregir y se pueden usar prácticamente en toda clase de deslizamientos, pero no son eficientes en los casos de tipo rotacional.

Su principal desventaja estriba en que el material que se excava se desperdicia, además, que al remover material y disminuir los fuerzas motoras también se pueden causar disminuciones en las fuerzas resistentes.

2.- Empleo de bermas laterales o frontales

Una berma es una masa, generalmente, del mismo material del talud, que es colocada en el lado exterior del mismo a fin de aumentar su estabilidad.

E1 efecto de ésta es producir un aumento de las fuerzas resistentes debido al incremento en la longitud del arco de fal1a y una disminución de las fuerzas deslizantes por la acción del peso de la berma.

3.- Empleo de materiales ligeros

Consiste en colocar como material de terraplén suelos de peso específico bajo, que den, por lo tanto, fuerzas deslizantes pequeñas.

Esta solución es aplicable únicamente en terraplenes y sobre suelos puramente cohesivos, tales como arcillas blandas o turbas.

Lo que se busca es la reducción de las fuerzas motoras, empleando en el cuerpo del terraplén materiales de bajo peso volumétrico (entre 0.8 y 1.2 Ton/m3) tales como el tezontle que es una espuma basáltica volcánica, etc.

4.- Compactación de suelos compresibles

En el caso de un talud, el método consiste en la remoción del material y su posterior colocación en capas compactadas, no procediendo a colocar la capa siguiente sin haberse logrado un alto grado de compactación de la anterior.

En el caso de terraplenes, el método consiste en construir la estructura en partes, para lo cual se colocan capas del material compactado, no procediendo a colocar la capa siguiente sin haberse logrado una buena compactación.

5.- Empleo de materiales estabilizantes

El fin que persigue este método es mejorar la resistencia del suelo mediante la aplicación de sustancias cementantes, tales como cementos, asfaltos y sales químicas, pero en la práctica estos procedimientos resultan caros, por lo que su uso es limitado.

En general se trata de añadir cementación artificial a los granos del suelo. Los procesos de inyección química utilizan mezclas químicas en que predomina el silicato de sodio, a partir del cual puede formarse un gas silícico para rellenar grietas, intersticios y vacíos en el suelo.

Otro método de endurecimiento de suelos consiste en inyectar lechada de cemento a superficies de fallas previamente formadas y relativamente superficiales, en materiales duros y fisurados. El efecto de relativamente superficiales, en materiales duros y fisurados. El efecto de la inyección es desplazar el agua de las fisuras y rellenarla con mortero de cemento.

También se han utilizado como materiales para inyectar, emulsiones asfálticas con las que se logra mayor penetración que con la lechada de cemento, por su menor viscosidad. E1 uso de inyecciones asfálticas está limitado por la posibilidad de flujo interno del agua, pues éste puede remover fácilmente la película asfáltica.

6.- Empleo de muros de retención

Consiste en la colocación de un muro de contención, con el fin de confinar la masa de suelo inestable. Para ello se debe verificar que la cimentación del muro queda por debajo del plano de falla, de modo que éste lo intercepte.

Este debe ser dotado de un drenaje adecuado con el fin de canalizar las aguas hacia las salidas que se proyecten a través del muro.

Las estructuras de retención se construyen, por lo general, al pie de los taludes de terraplenes que no podrían ligarse generalmente con el terreno de cimentación, sobre todo en laderas inclinadas. También se construyen al pie de cortes para dar visibilidad o para disminuir la altura de cortes en materiales cuya resistencia sea predominante o puramente cohesiva.

Las estructuras de retención tienen la ventaja de exigir poco espacio para su erección.

Hay que evitar los muros altos y largos pares son muy costosos, además que requieren de un conjunto de obras auxiliares tales como subdrenaje, desagües, etc., que elevan considerablemente el costo total .

Existen varios tipos de muros, entre los cuales se pueden mencionar los siguientes:

· Pantallas Atirantadas

· Muros de Tierra Armada

· Muros con Geotextiles

· Geomuros

· Muros – Bloques

· Muros ecológicos

· Muros de Gaviones

· Muros de concreto armado (cantiliver)

· Muros de gravedad

· Pantallas discontínuas

· Entre otros.

GEOSINTÉTICOS

En el pasado se utilizaban diversos materiales para separación y refuerzo del suelo, incluyendo céspedes, chorros de agua, broncos de madera, tablas, malla metálica, algodón y yute. Empero, debido a que se deterioraban en un tiempo relativamente corto, necesitaban mantenimiento con frecuencia o tenían un alto costo, era deseable el uso de materiales más eficientes, más durables. Como opción, ahora se utilizan telas sintéticas, cuadriculas, redes y otras estructuras.

A comienzos del siglo pasado, en 1926 se ve el inicio de un proceso más sistemático de utilización de elementos para el mejoramiento de las condiciones del terreno. En Carolina del Sur, fue donde se utilizó por vez primera para la ejecución de una carretera una capa gruesa de algodón cubierta por asfalto caliente con una capa delgada de arena sobre una base de tierra. Este experimento no se dio a conocer sino diez años después; demostrando su efectividad al observar que después de echo ensayos de campo se había disminuido considerablemente el agrietamiento y las fallas en la carretera.

A pesar de este aparente éxito, existió un factor que no pudo ser controlado, la descomposición de la tela. Es así como se da inicio al los GEOSINTÉTICOS, " GEO " por su aplicación directa a suelos y rocas y " SINTÉTICOS ", por ser fabricado exclusivamente de productos no naturales.

Los grupos más influenciados en la utilización de los geosintéticos son los ingenieros y geotécnicos. Aunque son innumerables Las rezones que determinan la preferencia por la utilización de estos materiales; podríamos citar su rápida instalación, el que reemplazan diseños difíciles y además, que representan ventajas económicas importantes.

Éstos son tejidos hechos de plásticos, principalmente polímeros, pero a veces hule, fibras de vidrio u otros materiales, que se incorporan en suelos para mejorar ciertas características geotécnicas. Las funciones que desempeñan los materiales geosintéticos se pueden agrupar en cinco categorías principales: separación de materiales, refuerzo de suelos, filtración, drenaje dentro de masas de suelos y barrera para movimiento de humedad. Hay varios tipos de materiales geosintéticos.

CLASIFICACIÓN DE LOS GEOSINTÉTICOS

Los geosintéticos los podemos clasificar en la actualidad en cuatro grupos:

1.- Geomalla

2.- Geocompuestos

3.- Geomembranas

4.-Geotextiles

1.- Geomallas

Las geomallas forman el grupo más pequeño de los geosintéticos, pero en la actualidad tienen un crecimiento bastante acelerado. Son plásticos que forman una configuración bastante abierta. Frecuentemente las geomallas son estrechadas en una o en dos direcciones para mejorar sus propiedades físicas.

Según su función se pueden clasificar en:

- Separación

- Refuerzo

Las geomallas tienen gran variedad de usos como pueden ser:

- Para refuerzo de base de carretera.

- Muros de tierra reforzada.

- Protección para tuberías enterradas.

- Cercas de seguridad.

- Muros de gaviones.

2.- Geocompuestos

Los geocompuestos son una combinación de otros tipos de materiales geosintéticos, formulados para cumplir funciones específicas.

El diseño de filtros de materiales geosintéticos, o refuerzo de tierra, o un recubrimiento de membrana impermeable para relleno sanitaria requiere de una idea clara de las características geotécnicas a alcanzarse con la aplicación de materiales geosintéticos, y de un pleno conocimiento de las propiedades de los materiales geosintéticos así como de los materiales disponibles en la actualidad y de sus propiedades.

3.- Geomembranas

Las geomembranas son tejidos poliméricos realmente impermeables, que por lo general se fabrican en hojas flexibles y continuas. Se usan básicamente como barreras para líquidos o vapores. Pueden servir como recubrimientos para rellenos sanitarios y cubiertas para almacenes. Algunas geomembranas se fabrican al impregnar geotextiles con asfalto o elastoméricos.

4.- Geotextiles

Los geotextiles son tejidos flexibles, porosos, hechos de fibras sintéticas en máquinas tejedoras estándar o por deslustramiento o labor de punto (telas no tejidas). Ofrecen las ventajas para fines geotécnicos de resistencia a la biodegradación y porosidad, permitiendo flujo por el tejido y dentro del mismo.

Las seis funciones más importantes de los geotextiles son:

- Separación.

- Refuerzo.

- Filtración.

- Drenaje.

- Control de erosión.

- Estabilización.

Sin embargo se definen hasta 16 funciones diferentes.

MÉTODO DE DISEÑO PARA MATERIALES GEOSINTÉTICOS

Los métodos de diseño que se emplean con más frecuencia para materiales geosintéticos en aplicaciones geotécnicas son el empírico (diseño por experiencia), especificación y métodos racionales (diseño por función).

El proceso de diseño empírico utiliza un proceso de selección basado en la experiencia del ingeniero geotécnico, o de otros, tales como diseñadores de proyectos reportados en literatura de ingeniería fabricantes de materiales geosintéticos y asociaciones profesionales.

El diseño por especificación se utiliza con frecuencia para aplicaciones de rutina. Las especificaciones estándar para aplicaciones específicas se pueden obtener de fabricantes de materiales geosintéticos, o pueden ser desarrolladas por una organización de ingeniería o departamento gubernamental para su propio uso, o por una asociación o grupo de asociaciones.

Cuando se utilice el método de diseño racional los diseñadores evalúan la operación métodos de construcción requeridos y durabilidad bajo condiciones de servicio de materiales geosintéticos que sean apropiados para la aplicación planeada. Este método se puede emplear para todas las condiciones de sitios para acrecentar los métodos precedentes. Este método requiere lo siguiente:

Una decisión con relación a la función básica de un material geosintético en la aplicación considerada

Estimaciones o cálculos para establecer las propiedades requeridas (valores de diseño) del material para la función básica

Determinación de las propiedades permisibles del material, tales como resistencia mínima a la tracción o al desgarramiento o permitividad, mediante pruebas u otros medios confiables

Cálculo del factor de seguridad como la relación entre valores permisibles y de diseño

Determinación de este resultado para verificar que es suficientemente alto para las condiciones del sitio.

ESPECIFICACIONES PARA MATERIALES GEOSINTÉTICOS

Una comisión conjunta de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), Associated General Contractors (AGC), y la American Road and Transportation Builders Association (ARTBA) ha dado a conocer especificaciones y procedimientos de prueba para materiales geosintéticos destinados a aplicaciones específicas. La ASTM ha promulgado especificaciones para métodos de prueba para propiedades de referencia, tales como tenacidad al agarre, tenacidad al desmonte, resistencia a la rotura hidráulica, resistencia a la rotura de trapezoide, medida aparente de abertura, degradación por exposición a luz ultravioleta, estabilidad de temperatura, permitividad, resistencia a la deformación, y resistencia a la perforación. La ASTM también publica especificaciones de métodos de prueba para las propiedades de operación de geotextiles, georrejillas y geocompuestos, tales como tenacidad determinada por el método de banda ancha, resistencia de costura cosida, flujo en plano, o transmisividad.

En la especificación de un material geosintético, debe considerarse no sólo el tipo de aplicación, como es el reforzamiento de suelos, drenaje o control de erosión, sine también a la función a la que vaya a servir el material en esa aplicación y las propiedades requeridas. Algunas propiedades que son de importancia para otros tipos de materiales pueden no ser importantes para los geosintéticos, o llevan a especificaciones confusas o excluyentes. Por ejemplo, para geotextiles, el grosor puede no ser importante. Diferentes procesos de manufactura producen telas comparables con grosores diferentes. Además, el grosor puede cambiar durante el manejo y embarque. Del mismo modo, la densidad, oz/yd^2 o g/m2, puede ser útil sólo para estimar el peso del geotextil. Como otro ejemplo, la permeabilidad, que es el producto de permitividad y grosor, puede ser diferente para dos telas con la misma permitividad. La diferencia es una consecuencia de las telas que difieren en grosor. Por lo tanto, la evaluación en términos de su coeficiente de permeabilidad puede llevar a confusiones. Las comparaciones deben estar basadas en la permitividad, que es la medida de la cantidad de agua que pasaría por un grosor unitario de un geotextil bajo una cabeza dada.

Las especificaciones deben estar basadas en las propiedades específicas requeridas para las funciones a las que se vaya a dar servicio; un material geosintético puede tener funciones secundarias o primarias considerándose las propiedades en la especificación de un geosintético.

REFUERZO DE DECLIVES AGUDOS CON MATERIAL GEOSINTÉTICO

Los geotextiles o geocuadrículas se emplean para reforzar suelos para permitir declives mucho más agudos que la resistencia al cizallamiento de los suelos permite. Cuando se utiliza refuerzo de material geosintético, éste se coloca en el relleno en capas horizontales. La separación vertical, la longitud de empotramiento y la resistencia a la tracción del material geosintético son críticos para establecer una masa de suelo estable.

Para evaluación de la estabilidad del declive, se suponen superficies de falla potencial, por lo general de forma circular o de cuña aunque también son posibles otras formas. . Es posible un número infinito de tales superficies de falla. Para diseño del refuerzo, se supone que las superficies pasan por una capa de refuerzo a varios niveles y aplican fuerzas de tracción al refuerzo, que debe tener suficiente resistencia a la tracción para resistirlas. Debe contarse con suficientes tramos de empotramiento de refuerzo, que se extiendan en el suelo estable atrás de las superficies, para asegurar que el material geosintético no se desprenda a las cargas de diseño.

Los materiales geotextiles resisten el desprendimiento principalmente por fricción o adherencia, y por geocuadrículas, que tienen considerables áreas abiertas, así como por penetración de partículas de tierra. La interacción entre la tierra y la tela se determina en el laboratorio mediante pruebas de desprendimiento en tierras específicas del lugar y el material geosintético que se vaya a usar, pero deben estimarse efectos a largo plazo en la transferencia de cargo. El diseño del refuerzo requiere calcular el empotramiento necesario para desarrollar por completo el refuerzo, así como calcular el total de fuerza resistiva (número de capas y resistencia del diseño) que debe tener el refuerzo. E1 diseño debe estar basado en factores de seguridad iguales o mayores que los requeridos por reglamentos locales sobre diseños. En ausencia de requisitos de reglamentos locales, pueden emplearse los valores dados en la tabla.

GEOTEXTILES

Se conoce como geotextil a la tela porosa y permeable, tejida o no tejida, formada de filamentos sintéticos continuos, que están compuestos por polímeros de valores altos en resistencia y excelente durabilidad. Forman el grupo más grande de los productos geosintéticos. Su alcance en cuanto al crecimiento durante los últimos años ha sido impresionante. Están fabricados con polímeros sintéticos como el polietileno, el poliéster, el polipropileno y el nylon. En su fabricación no se utilizan fibras naturales ya que estas son biodegradables. Las fibras pueden ser tejidas a máquina, adheridas (de forma tal que no se hace necesario tejerlas) o simplemente anudadas y entrelazadas.

COMPOSICIÓN DE LOS GEOTEXTILES

En la elaboración de los geotextiles se destacan dos factores muy importantes como lo son el tipo de material utilizado y la fibra empleada.

Tipo de material:

Los materiales más utilizados en la elaboración de las fibras, tenemos los polímeros sintéticos tales como el polipropileno, el poliéster, el nylon (poliamida) y el polietileno. La resistencia de la fibra, como la estructura química, están ligadas con el tipo de polímeros utilizado. Ésta es la particularidad que le confiere al geotextil la durabilidad, por ser altamente inerte a la degradación biológica y química, y resistente a los hongos y moho.

Su fabricación puede ser para uses muy particulares, donde se utilice distintos tipos de materiales como sería la incorporación de hilos de acero junta con los polímeros sintéticos, en algunos se utilice fibra de vidrio para así producir geotextiles especiales. También se le puede incorporar fibras naturales como algodón, lana, yute, fibra de coca, viscosa, caucho y acetatos cuando la biodegradación es deseada, como lo puede ser en el caso de control de erosión y de maleza en la agricultura.

Tipos de fibras:

Monofilamentos: son una masa de polímeros reblandecidos con ciertos solventes o por suministro de color, es presionada en forma continua contra un conjunto de finos orificios de un troquel especial o máquina de hilar, el resultado es un conjunto de fibras de un solo filamento que son enfriados y simultáneamente estirados. E1 estiramiento disminuye el diámetro del filamento y ocasiona una reorganización de las moléculas, hecho que produce un mejoramiento de las condiciones físicas, aumenta la resistencia, incremento del módulo de elasticidad reducción de la elongación y retardo en la aparición de falla.

Estos filamentos se pueden a su vez clasificar de acuerdo a su composición en homofilamentos y heterofilamentos.

Homofilamentos: Son aquellos filamentos compuestos de un solo tipo de polímeros.

Heterofilamentos: Entran en este grupo todos aquellos filamentos compuestos por dos o más polímeros.

Multifilamentos: Son el resultado de la combinación organizada de fibras de un solo filamento conformando una especie de hilo.

Estopa Sintética (Staple fibers): este tipo de fibras son el conjunto de miles de monofilamentos enredados y empaquetados.

Hilos de hebras (staple yarn): La obtención de este tipo de fibras se realiza por un proceso más completo. La estopa sintética es rizada y cortada en hebras de dos a diez centímetros y posteriormente entrelazadas o hiladas en forma de una fibra alargada

Cintas: Las cintas son fibras planas de caras homogéneas de uno a tres milímetros de ancho, resultado del cortado de láminas delgadas de polímeros y secuencialmente estiradas. E1 estiramiento de las cintas ocasiona una reorganización molecular en una misma dirección, aumentando con ello la resistencia de la fibra.

CLASIFICACIÓN DE LOS GEOTEXTILES

Los geotextiles los podemos clasificar sobre la base de diversos parámetros, entre ellos: según su modo, forma o proceso de fabricación, conforme a los polímeros que los constituyen, de acuerdo a su peso o espesor, atendiendo a su función ingenieril, por su finalidad de uso, en cuanto a sus propiedades ingenieriles y podrían existir otras variantes de clasificación dependiendo del fin particular del fabricante.

Los geotextiles generalmente son clasificados según su proceso de fabricación y están caracterizados por la materia prima usada, y para ello deben evaluarse las dimensiones geométricas, el origen y composición química de los filamentos, pudiéndose considerar otros factores no menos relevantes. Los geotextiles se pueden clasificar de la siguiente manera:

Geotextiles tejidos o no tejidos

GEOTEXTILES TEJIDOS

Están caracterizados por su alargamiento inferior y aberturas uniformes compuestas por dos grupos de filamentos paralelos, sistemáticamente entrelazados para así formar una estructura plana, que puede estar formada por monofilamentos, multifilamentos, tires de polipropileno y combinaciones. La forma de entrelazarlos depende del telar utilizado. Generalmente los dos grupos de filamentos son perpendiculares entre sí, pero pueden ser oblicuos.

Las tiras de tejido de menos de 5 mm de ancho proveen una baja permeabilidad al agua y medianamente alto susceptibilidad al punzonado.

Proceso para la fabricación de estas fibras sintéticas.

- Fusión del polímero sintético.

- Extrusión, donde se sacará una película que se someterá a carta para la obtención de los filamentos.

- Enfriamiento, estiraje y embobinamiento de los filamentos.

- Formación de tejidos en telares mecánicos.

Tejido por monofilamentos

La importancia de este tejido se debe a la regularidad del diámetro de sus aperturas, ayudando a determinar el tipo de filtraje a realizar. También son utilizadas como refuerzo debido su resistencia a la torsión. Posee alto resistencia al deterioro ocasionado por la acción del tiempo.

Tejido por multifilamentos

Consiste en el intercambio de hilos individuales, permitiendo así una alto capacidad de resistencia a la tensión y a la rotura. Sus propiedades hidráulicas son aceptables y tiene una alto retención de partículas de suelo fino. Son frecuentemente de poliéster y poliamidas.

Tiras de polipropileno

Son para aplicaciones específicas ya que poseen un grado de permeabilidad macho más bajo que las provenientes de filamentos.

Combinación de materia prima o fibras

Su implementación viene dada por los requerimientos o necesidades específicas dentro del campo de la ingeniería.

GEOTEXTILES NO TEJIDOS

Son estructuras laberínticas, con una distribución de aberturas no uniformes, pueden estar constituidos hasta por tres tipos de fibras: multifilamentos, estopas sintéticas e hilos de hebras, formando una estructura planar.

La unión de estas fibras puede ser básicamente de tres tipos:

Método Físico: consiste en la unión de la fibra sin adición de elementos extraños a la configuración de la misma, existiendo dos procesos para ello un térmico y otro mecánico.

-En el proceso térmico se utiliza fibras tipo estopa sintética, con una composición, ya sea de homofilamentos o heterofilamentos. Estos son fundidos para formar tejidos firmes y fuertes, de alto resistencia y de bajo peso (70 a 400 gr/m2) y de poco espesor (0.5 a 1 mm). La temperatura de fusión esta ligada al tipo de filamento utilizado.

-En el proceso mecánico se usan agujas largas y afiladas, que realizan el entrelazado y reorientación de las fibras. Los elementos utilizados para la producción de estos son los del tipo estopa sintética.

Para el logro de las resistencias límites, se hace necesario la utilización de un volumen elevado de fibras, obteniendo como: consecuencia grandes espesores (0.5 a 5mm) y gran peso (500 a 5500 gr/m2).

Los tejidos realizados por este método tienen una alto resistencia a las perforaciones y al razgamiento, lo que les permite aceptar grandes fuerzas de tracción y punzonados; como por ejemplo, su uso en terraplenes para vías férreas.

Método Químico: se utiliza un media cementante como goma, caucho, látex, derivados de celulosa y resina acrílica, que es rociado dentro de los tejidos fibrosos y posteriormente presionado con el propósito de enlazar las fibras, manteniéndolas unidas y así le proporciona al tejido una alto resistencia. Luego debe ser aplicado aire a presión para el restablecimiento y apertura de los poros, con la finalidad de darle la permeabilidad característica de los geotextiles. E1 uso de este tipo de geotextil es limitado ya que como filtro no es recomendable.

Método Combinado: es un adelanto de la industria textil, que elabora una gran variedad de tejido especializado, con una gran gama de texturas, funcionalidad y bajo peso.

Actualmente la fabricación de los geotextiles, se basa en la utilización de una o varias fibras sintéticas unidas o separadas, polipropileno, poliéster, acrílicos etc., siempre utilizando fibras sintéticas, debido a su bajo costo de obtención, su alto resistencia y comportamiento.

PROPIEDADES DE LOS GEOTEXTILES

Son diversas las propiedades que se le asignan a los geotextiles; entre las más importantes están: La capacidad de resistencia y de permeabilidad. De forma secundaria la porosidad, rugosidad y durabilidad.

RESISTENCIA:

Es una propiedad muy importante, por ser el geotextil el encargado de soportar o absorber los esfuerzos originados desde su instalación hasta que el material comience a cumplir la función a la cual se ha destinado. Es un factor determinante para la selección del tipo de geotextil, ya que es importante garantizar la resistencia del elemento ante cualquier circunstancia.

La resistencia es obtenida en el proceso de fabricación variando su magnitud en cada tipo de geotextil.

Los geotextiles pueden tener la propiedad de transmitir y conducir un flujo a través y entre su plano por lo que pueden ocurrir dos tipos de flujo: normal y planar.

E1 flujo normal propiedad de todos los geotextiles, es el que se origina cuando la corriente atraviesa perpendicularmente la tela, es decir el sintético actúa como filtro.

E1 flujo planar es aquel que se desliza entre el plano estructural, cumpliendo el geotextil en este case una función de drenaje laminar.

En presencia de fuerzas compresivas se ha demostrado en los geotextiles no tejidos por métodos mecánicos que el flujo planar es más afectado que el normal, por el contrario los tejidos y no tejidos unidos térmicamente no son afectados por estas fuerzas.

POROSIDAD:

Entenderemos ésta propiedad como el tamaño y distribución de los espacios entre los filamentos que forman un geotextil. La porosidad no es un propiedad invariable entre el grupo de los geotextiles, sino que depende del tipo de fibra y el proceso de fabricación de los mismos. Los tejidos tienen una distribución y tamaño de poro bastante regular, a diferencia de los no tejidos que presentan aberturas de varias formas y tamaños.

RUGOSIDAD:

Es la aspereza que presenta el geotextil en su superficie. Los geotextiles rugosos son convenientemente utilizados para desempeñar funciones de adherencia, refuerzo y toda aplicación que necesite una buena fricción entre la tela y los materiales. Los más utilizados son los tejidos y no tejidos por procesos mecánicos.

DURABILIDAD:

Los tejidos sintéticos son altamente resistentes al deterioro progresivo, ocasionado por agentes físicos, químicos y biológicos.

Esta propiedad está directamente relacionada con el tipo de material utilizado en la manufactura de la fibra. Los geotextiles, por estar compuestos de polímeros no se descomponen biológicamente y son indigeribles; la degradación físico-química por contacto directo con suelos y químicos, no representa un problema importante.

Sin embargo los geotextiles son afectados por los rayos ultravioletas, por lo que, deben protegerse de la excesiva incidencia de los rayos solares durante su almacenamiento y en algunas fases de la construcción. Una cubierta de betún asfáltico o concreto podría representar una solución para aquellas zonas en que el material estará permanentemente expuesto a la intemperie.

Estas condiciones hacen de los geotextiles, un producto altamente durable y confiable.

FUNCIONES DE LOS GEOTEXTILES

El desarrollo de diversas técnicas de tejidos ha establecido y depurado diferentes propiedades que han permitido desempeñar a los geotextiles las siguientes funciones:

Separación: El geotextil representa un verdadero obstáculo cuando es colocado entre dos suelos disímiles, porque no permite la migración de granos finos y gruesos evitando el entremezclado, garantizando con ello, la homogeneidad y capacidad de soporte de los elementos constituyentes.

Refuerzo a la tensión: E1 geotextil embebido a un suelo incrementa la capacidad portante de éste, ya que origina una mayor distribución de las presiones; y por consiguiente, un mayor esfuerzo de rompimiento y disminución en la aparición de fallas.

Drenaje: Ciertos tipos de geotextiles(no tejidos) dejan el paso libre del agua a través y entre su plano manufacturado como consecuencia de su especial característica de fabricación. Esta particularidad permite que el agua no puede ser drenada por capilaridad o percolación en forma de flujo planar hasta el sitio de remoción.

Filtración: La permeabilidad ortogonal al plano de la tela, es una de las propiedades más importantes de los geotextiles. Estos permiten el paso de los líquidos, pero no de los granos finos del suelo. Además, los geotextiles no se obstruyen ejecutando esta función característica que le concede una alta durabilidad y utilidad como parte de un sistema de filtración

APLICACIONES DE LOS GEOTEXTILES

Los geotextiles son creados para cumplir diversos objetivos en la ingeniería moderna. Se han convertido en poco tiempo en un producto realmente necesario, como un amplio rango de aplicaciones.

Entre esas aplicaciones y agrupadas de acuerdo a la función desempeñada, se pueden mencionar:

Como separador de materiales:

-Entre una capa de suelo y base de piedra perteneciente a un terraplén para vías férreas, pistas de aterrizaje o carreteras

-Entre un sistema de fundación y el suelo

-Baja aceras, estacionamientos, engramados de campos deportivos, etc.

-En varias zonas del interior de una represa.

-Entre dos capas de asfalto ( viejo y nuevo)

Para refuerzo de suelos y otros materiales:

-Sobre suelos poco resistentes para caminos no pavimentados, pistas de aterrizaje, ferrocarriles, campos deportivos, etc.

-Para reforzar represas, pavimentos flexibles y laderas.

Utilizado como filtro:

-Baja base de suelos granulares de terraplenes para vías férreas, pistas de aterrizaje y carreteras.

-Como barreras para la nieve, cieno, etc.

-Para contener arena o concrete en sistemas de control de erosión.

-Entre suelos y gaviones.

-Como filtro bajo cualquier material

Usado para drenaje:

-Como chimenea de drenaje en represas de tierra.

-Para drenajes de campos deportivos, de terraplenes y de jardines.

-Como disipador de presiones de poros del suelo.

-Como capilador para la ruptura de migración de sales en suelos áridos.

DESVENTAJAS DE LOS GEOTEXTILES

1. El geotextil es susceptible al vandalismo, así que debe hacerse un gasto para recubrirlo, para así perder su visibilidad.

2. El geotextil es degradado por la acción de la luz ultravioleta, así que debe ser revestido con bitumen o asfalto, un epóxito o con alto contenido de negro de humo.

3. El anclaje es susceptible a la corrosión, así que es recomendable revestirlo o protegerlo con pintura.

4. Estos no tendrán un rendimiento satisfactorio cuando hallan sido perforados durante su colocación, desgarrados por el equipo usado, que tengan costuras o recubrimiento inadecuado, o que en su almacenamiento no hayan sido protegido de los rayos ultravioletas o de animales, como por ejemplo los roedores.

5. Si no están bien cubiertos son vulnerables al fuego.

6. Habrá que hacerse varias terrazas sin el muro es de gran altura.

MUROS DE TIERRA ARMADA

Los muros de tierra armada son sistemas en los cuales se utiliza materiales térreos como elementos de construcción.

Un muro de contención de tierra armada esta constituido por un suelo granular compactado en el que se colocan bandas de refuerzos horizontales y verticales a intervalos regulares. Por lo general las bandas son de acero galvanizado, pero también pueden ser en acero inoxidable, aluminio, plástico o materiales no biodegradables.

La principal consideración para propósitos de diseño son sus propiedades de fricción y su resistencia a la tensión, ya que la masa se estabiliza debido a la fricción que se desarrolla entre las bandas y el suelo circundante; su acción simultanea produce una tensión en las bandas. Para prevenir el desmoronamiento local del suelo se cubre la superficie con un revestimiento formado por unidades individuales, cada una ligada a una banda de refuerzo. El refuerzo de tales tiras da al conjunto una resistencia a tensión de la que el suelo carece en sí mismo, con la ventaja adicional de que la masa puede reforzarse única o principalmente en las direcciones más convenientes. La fuente de esta resistencia a la tensión es la fricción interna del suelo, debido a que las fuerzas que se producen en la masa se transfieren del suelo a las tiras de refuerzo por fricción.

La estructura posee una flexibilidad considerable y puede tolerar asentamientos diferenciales apreciables. Este tipo de muro suele ser el más económico cuando la altura es mayor que 10 a 12 metros.

La estabilidad de un muro de retención que se construya con tierra armada debe comprender principalmente dos clases de análisis. En primer lugar tomar el elemento como un conjunto que no será diferente de un muro convencional del tipo de gravedad. En segundo lugar se harán análisis de estabilidad interna básicamente para definir la longitud de las tiras de refuerzo y separación horizontal y vertical, esto para que no se produzca deslizamiento del material térreo respecto a las tiras. Además de lo anterior es importante analizar el riesgo de corrosión en el caso de tiras metálicas o colocar algún elemento frontal que impida la salida de la tierra entre las tiras de refuerzo. El drenaje se deberá planear con las mismas ideas que en los muros convencionales.

Se han hecho tres tipos de estudios con relación a la tierra armada:

1. Estudios con vistas a elaborar métodos de diseño. Por lo general se ha procurado aplicar al caso la metodología disponible, con aplicación de las teorías tradicionales del empuje de tierras.

2. Estudios de modelos bidimensionales en el laboratorio, en los que la tierra se ha representado por medio de barritas metálicas de longitud relativamente grande en comparación con su diámetro. Las tiras de armado se han hecho con el mismo material usado en los prototipos. Se trata principalmente de modelos cualitativos y en ellos se estudiaron, sobre todo, los tipos de falla susceptibles de presentarse.

3. Mediciones en prototipos construidos para resolver específicos de vías terrestres.

De los análisis y estudios anteriores parece concluirse que existe riesgo de que se presente una falla de cualquiera de los tres tipos siguientes:

1. Una falla en la cual la tierra armada colapsa como un conjunto, sin deformación importante dentro de sí misma. Esta falla puede ocurrir por deslizamiento o volcadura y es análoga a la de un muro de retención convencional que falle por las mismas causas.

2. Falla por deslizamiento de la tierra en relación a las tiras de armado, acompañada de una desorganización dentro del cuerpo de tierra armada.

3. Falla por rotura de las tiras de refuerzo, que parece estar asociada a mecanismos de falla progresiva.

El material a usarse para estas estructuras debe ser el de naturaleza friccionante y se estima que falta investigación en el uso de materiales puramente cohesivos. Sin embargo se han construido estructuras con contenido de finos que pasaron la malla Nº 200 del orden de 10 y 20%, usando materiales naturales, sin procesos especiales de fabricación.

Se recomienda para la masa de tierra armada una sección próxima a la rectangular, en la que el ancho sea del orden de la altura del muro.

La estabilidad interna de la masa de tierra armada puede analizarse por los métodos de: Coulomb y Rankine.