Empleo de geosintéticos en la estabilidad de taludes Los taludes pueden ser naturales, cuando se producen sin la intervención del hombre, como las laderas, o artificiales cuando son hechos por este, mediante cortes o terraplenes. Uno de los principales inconvenientes que debe afrontar la ingeniería al trabajar con taludes es su estabilidad, pues normalmente están expuestos a la erosión y los derrumbes. Las fallas más frecuentes en los taludes son las siguientes: Se produce por la acción de las fuerzas naturales, que tienden a hacer que las partículas y porciones del suelo próximas a s u frontera se deslicen hacia abajo. Este fenómeno es más intenso cerca de la superficie inclinada del talud, debido a la ausencia de la presión normal confinante. Se puede producir por un aumento de las cargas que actúan en la cresta del talud, por la disminución de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante o, en el caso de laderas naturales, por su conformación geológica. • Deslizamiento en laderas naturales sobre superficies de falla preexistentes: Este mecanismo envuelve una cantidad importante de material en un movimiento lento, que puede llegar a ser inadvertido. Está asociado a ciertas estratigrafías que son favorables a ellos, como la presencia de materiales alterados en planos de depositación cercanos al ángulo de corte. • Movimiento del cuerpo del talud: Afecta a masas considerables de suelo y genera una superficie de falla profunda, que se forma cuando actúan esfuerzos cortantes superiores a la resis tencia del material. • Deslizamiento superficial:
Este tipo de falla puede manifestarse en dos simetrías: • Rotacional: Con una superficie curva que puede superar el pie del talud o pasar justo por este, para originar fallas de base o de pie respectivamente. También se puede producir una falla local, dentro del cuerpo del talud. • Transnacional: Ocurre a lo largo de planos débiles, que suelen ser horizontales o muy poco inclinados respecto a la horizontal. • Flujos: Consisten en movimientos más o menos rápidos de zonas localizadas en una ladera natural, donde los desplaza-mientos semejan el fluir de un líquido viscoso, sin producir una superficie de falla definida. Son propios de formaciones no consolidadas. Pueden presentarse en materiales secos, donde la presión del aire atrapada en los fragmentos presiona sobre los poros, o en materiales húmedos, donde el agua desempeña el papel desencadenante. Si el flujo ocurre en materiales finos con elevados contenidos de agua, se produce una falla que desliza la totalidad de la estructura y arrastra todo a su paso. • Erosión: Son superficiales, provocadas por la acción del viento y del agua sobre el talud, manifestándose en forma de irregu-laridades, socavaciones y canalizaciones en el plano del talud. • Licuación: Se presenta en arenas poco compactas o arcillas sensitivas muy saturadas. Consiste en una pérdida total de resistencia al esfuerzo cortante, al ser afectadas por vibración. • Falta de capacidad de carga en el terreno de cimentación: Se presenta generalmente en zonas de alta densidad poblacional, donde el suelo no es capaz de soportar el peso de la estructura que se ha construido sobre él. La realización de estudios geotécnicos mitiga el peligro de que este tipo de fallas se presente. Los geosintéticos en la estabilidad de taludes
La inestabilidad puede presentarse por factores geomorfológicos, estados de esfuerzos actuantes o cuestiones climáticas. Cuando se modifica la geometría de un talud o se construye en las cercanías de una ladera, se afecta su estado de esfuerzos y se pueden generar deslizamientos. Las formas de mitigar el movimiento deben estar en relación directa a su mecanismo de activación. Algunas de las soluciones son: • Disminución de cargas, mediante la construc-ción de bermas o eliminación de la cresta. • Mejoramiento del grado de compactación. • Inyección de materiales estabilizantes, tales como cementos, asfaltos y sales químicas. • Construcción de muros de retención, para confinar la masa de suelo inestable.
Respecto al tipo de muros o elementos de retención a construir, la decisión será tomada en función de elementos de costo, disponibilidad de espacio y estética. Las opciones disponibles son: • Pantallas atirantadas • Muros de tierra armada • Muros con geotextiles • Geomuros • Muros –
bloques
• Muros ecológicos • Muros de gaviones • Muros de concreto armado (cantilever) • Muros de gravedad
En los últimos años ha aumentado la preferencia por el uso de los materiales geosintéticos en la solución de problemas de estabilidad, debido a que dan solución a diseños difíciles, así como a su rápida instalación y ventajas. 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 • Barrera para movimiento de humedad
Estas características son las que definen su rango de aplicación dentro de la construcción de una solución a problemas de estabilidad. Hay varios tipos de materiales geosintéticos, fundamentalmente, se pueden mencionar: Geomallas: Se emplean como materiales de refuerzo. Un caso es el de los muros de tierra reforzada o gavión, que añaden al conjunto resistencia a la tracción. Geocompuestos: Son una combinación de otros tipos de geosintéticos, formulada para cumplir con funciones específicas. Un ejemplo son los geodrenes, formados por mallas tridimensionales recubiertas por un geotextil, que constituyen en sí mismas una solución a los problemas de drenaje, causantes en gran medida de la inestabilidad de laderas. Geomembranas: Son tejidos poliméricos impermeables, que por lo general se fabrican en hojas flexibles y continuas. Se usan como barrera para líquidos o vapores. Pueden servir como recubrimientos para rellenos sanitarios y cubiertas para almacenes. Debido a que su función es básicamente de impermeabilización, su uso está limitado en estabilidad de taludes. Geotextiles: Son tejidos flexibles y porosos resistentes a la degradación que cumplen las funciones de separación, refuerzo, filtración, drenaje, control de erosión y estabilización. Su g ran variedad y versatilidad los hace adecuados para varias funciones dentro de la estabilidad de taludes. Estos materiales son una herramienta importante para el diseño y construcción de proyectos, pues mejoran las condicio-nes de estabilidad al ser empleados como drenajes y disminuir la presión de poros, mitigar procesos de erosión y aumentar la resistencia. Ejemplos específicos de estructuras creadas empleando este tipo de materiales son los siguientes: • Muros de tierra armad a. Están consti-tuidos por un suelo granular compactado al cual se añaden refuerzos horizontales y verticales a intervalos regulares. De esta forma la masa tiende a estabilizarse, debido a la fricción que se desarrolla entre las bandas y el suelo circundante. La cara externa se cubre con un revestimiento ligado a las bandas de refuerzo, para prevenir el desmoronamiento. La estructura resultante es muy flexible y segura, aún en taludes de más de 10 m de altura, y se trata de una opción muy económica. • Muros de estabilización con gaviones, que incluyen componentes a tracción, como geogrillas, que aumentan su resistencia a la tensión. Son estructuras muy seguras, aún con alturas considerables, que no necesitan de un desarrollo tan amplio en l a base como un muro tradicional de gaviones.
Aún cuando se defina la construcción de un muro de contención tradicional, en concreto o de gaviones, el empleo de geosintéticos en las redes de drenaje mitiga el impacto de las presiones sobre los poros.
Las empresas opinan: Fundellantas fabrica el Llantión, que consiste en bloques de aproximadamente 100 llantas de desecho altamente comprimidas, que reemplazan en forma muy eficiente a los de cemento, cuando son usados en un muro. Su composición, diseño y construcción les convierte en la solución ideal para: 1. Estructuras de retención 2. Rellenos livianos 3. Estabilización de taludes 4. Construcción de caminos 5. Control de erosión 6. Barreras de impacto 7. Construcción de muros 8. Construcción de diques Características Unidades Tolerancia Altura 30 pulgadas – 75 cm ±6.7% Ancho 54 pulgadas – 135 cm de 3.7% a 7.4% Largo 60 pulgadas – 150 cm de 3.3% a 6.7% Área (posición plana) 22.5 pies² – 2.0 m² ±6.7% Peso promedio 2000 libras – 909 kg ±10% Gravedad específica (masa/hidráulica) 1.218 -0.04 Gravedad específica (masa/cobertura) 0.571 -0.04 Densidad de masa 75.5 pcf – 1209.39 kg/m³ ±2.6% Densidad por peso 35.6 pcf – 570.25 kg/m³ ±5.6% Volumen de llenado 56.3 pies3 – 1.52m³ ±5.3% Pueden montarse uno sobre otro para construir muros capaces de resistir el empuje de fuerzas naturales. Una vez en su sitio, pueden ser cubiertos por concreto para darles acabados finos o más rudimentarios. Fundellantas ofrece asistencia técnica y dirección en la instalación del producto. Fuente: Fundellantas. Costa Rica
Contra la erosión superfecial
En sistemas de protección contra la erosión superficial, Maccaferri cuenta con biomantas y geomantas que limitan el poder de los agentes erosivos, como la lluvia y el viento, mientras la vegetación se establece para garantizar esta protección. Para solucionar problemas de estabilidad, como alternativa a los muros de concreto o mampostería, ofrece los muros de gaviones y de suelo reforzado, conocidos como Terramesh Verde y Terramesh System. En sistemas de control de erosión, el Macmat L es una solución eficiente. Otros elementos que ofrece para ejercer un adecuado control de aguas en diversas aplicaciones de ingeniería son los geodrenes planares, llamados Macdrain 2L, FP y TD, geocompuestos que solucionan eficientemente los problemas que se presentan en la construcción de drenajes. Desde hace unos meses, Maccaferri presta el s ervicio de instalación de los productos que dis tribuye, con el afán de garantizar su adecuado funcionamiento. Fuente: Maccaferri. Costa Rica
El control de erosión
Gaviones S.A. provee los muros de gaviones, los de tierra alambrada, suelos reforzados y los que son controladores de erosiones y taludes. Las geomallas o gorrillas que son elementos plásticos como geosintéticos que se colocan con diseños definidos. La gama de geosintéticos se relaciona con las estructuras de reforzamiento, se hacen para rellenos sanitarios, para evitar erosiones, para impermeabilización, entre otros; sin embargo, para retención, solo se utilizan los muros de geomallas. Otro sistema de protección es el geomanta para el control de erosión superficial. Cuando se trata de algo interno, se habla de sistemas de geotextiles. Esto es para generar mejores controles en el caso de proyectos de carreteras o evacuación de aguas indeseables. En el caso de gaviones y muros no requiere elementos adicio-nales. Hay muros rígidos a los que se les crea un sistema de drenaje con geotextiles o sea hace un geocompuesto para drenar para el que se usa una materia granular para que el flujo de agua, en vez de empujar la estructura, pueda ser evacuado de la mejor manera. Esto se hace a la hora de diseñar el muro pues se tienen que conocer los niveles de agua que hay en la zona. Gaviones S.A. brinda el servicio de instalación. Además, brindan la asesoría técnica y para realizar el diseño. Este tipo de procesos no son complicados, más bien, pueden ser mecánicos si ya conocen todas las propiedades de los materiales. Fuente: Gaviones S.A. de C.V.. El Salvador Mantas de control de erosión
Omali presta el servicio de instalación de mantas de control de erosión. Sin embargo para muros de contención de suelo estabilizado mecánicamente con geomallas ofrecen el servicio de diseño estructural y asesoría de la correcta utilización de los geosintéticos de refuerzo. Para el sistema de construcción de muros de contención brindan varias alternativas a los clientes que pueden ser muros de block segmentado o bien muros de block tradicional pineado y reforzado con geomallas unidireccionales. Otra alternativa, es construir un talud reforzado con geomallas para lo cual no se utiliza concreto, las cuales se colocan en forma horizontal dentro del relleno estructural con una longitud de anclaje que debe ser diseñada según la altura del talud reforzado y las características de los materiales de relleno, retenido y de cimentación. Para mitigar los efectos de la erosión en taludes y canales la empresa distribuye varios productos dentro de los cuales destacan las mantas para control de erosión. Son a base de fibra de coco y están cocidas con hilos de polipropileno, estos productos son fotodegradables y biodegradables teniendo una vida útil en nuestro medio de dos años. Para mitigar los efectos de empuje por nivel freático se puede construir una chimenea de drenaje que vaya paralelo al muro de contención, normalmente se recomienda que tenga 30 cm. de ancho y se debe rellenar con grava limpia de 1” a todo lo alto del muro. Para evitar la colmatación del filtro es necesario el uso de una tela geotextil para lograr una separación entre el material de relleno y la grava. En el pie del filtro se coloca una tubería perforada, el diám etro mínimo recomendado es de 3” y se deben dejar salidas cada 30 m. Fuente: Omali. Guatemala La inestabilidad de los suelos
Para determinar cuál es el mejor producto o sistema de protección, se debe definir primero el problema de inestabilidad que afecta al talud, que p uede ser estructural o superficial. Cuando es estructural, la propuesta es construir taludes de tierra mecáni-camente estabilizada con geomallas, tipo SIERRA. Este sistema consiste en un relleno de tierra reforzado con geomallas uniaxiales de polietileno de alta densi-dad (HDPE), en capas de 25 cm de espesor y con refuerzos de geomalla cada 50 cm. En caso que el talud sea estable estructuralmente, es importante protegerlo contra la erosión, para proteger las semillas y la capa superficial de los taludes, se han desarrollado materiales especializados, llamados geomantas para el control de erosión, que pueden ser de matriz orgánica o sintética. La elección de uno u otro tipo depende de las condiciones propias del proyecto, inclinación del talud, condiciones climáticas, tipo de semilla a utilizar y tipo de suelo existente. Para construir muros de retención o taludes reforzados con geosintéticos, se utilizan sistemas de tierra mecáni-camente reforzada. DURMAN reco-mienda la construcción de este tipo de estructuras con geomallas uniaxiales, como refuerzo principal, y geomallas biaxiales para el refuerzo secundario y la envoltura en la fachada. Las geomantas para el control de erosión que ofrece son de dos tipos:
• Mantas de protección tempora l. Sirven para el control de la erosión. Son degradables y tienen una
duración prolongada, porque utilizan una estructura de doble malla HDPE e incluyen productos como la fibra de coco, la paja o una mezcla con 25% de fibra de coco y 75% de paja. • Esterillas de refuerzo permanentes. Proporcionan protección contra la erosión, ayudan al establecimiento de la vegetación desde el momento en que se instalan y refuerzan las estructuras de raíz y tallo de la vegetación. El uso de las esterillas de refuerzo permanente de césped permite implantar vegetación en áreas donde las fuerzas ejercidas por el agua y/o el viento impedirían su desarrollo natural. Cualquier sistema de retención de suelos que se construya requiere un sistema de drenaje, para que no se presenten em-pujes de agua adicionales. DURMAN utiliza para esta tarea una malla tridimensional resistente al aplastamiento, llamada geonet, que genera un espacio vacío por donde drena el agua. Los dos lados de la malla se cubren con un geotextil no tejido para evitar que las partículas finas del suelo migren hacia el drenaje y lo saturen. DURMAN no instala los muros de retención, pero da un soporte técnico total a sus clientes. Fuente: Durman. Costa Rica
Portafolio de soluciones
Amanco con su división Geosistemas da a conocer el portafolio de soluciones con los siguientes sistemas: mantos de control de erosión temporales (Ecomatrix y Agromantos), permanentes (LandlokTRM), Geoceldas, Formaletas Flexibles (Bolsacretos, Flexocretos, Geocolchones, flexoadoquín y Geoestructuras). En la región centroamericana, año tras año el Gobierno incurre en gastos considerables en la remoción de los suelos transportados por los cuerpos de agua, gastos que bien pueden disminuir al invertir estratégicamente en estas tecnologías. Para los expertos, evitar la erosión de los suelos consiste en mantenerlos perfectamente vegetados. Por eso en donde las condiciones climáticas, de precipitación y de suelos no permiten un correcto crecimiento de la vegetación, se hace importante el uso de estas tecnologías. En el tema de revegetación de taludes existen mantos tem-porales y permanentes. Los primeros, cuentan con una durabilidad por debajo de los 48 meses y los segundos (Landlok TRM) están diseñados para resistir a la intemperie aproximadamente 10, 25 y 50 años, con fin de permitir una protección al suelo y un excelente establecimiento de la vegetación. Las tecnologías para mitigar este hecho se vienen desarro-llando de una manera importante, la División de Geosistemas de Pavco de Amanco, se proyecta como una compañía importante en soluciones de Geosintéticos en América Latina, las cuales son amigables con el medio ambiente. Fuente: Amanco Región Centroamérica
Soluciones geotécnicas
Fundaciones ofrece una variedad de soluciones geotécnicas, como una alternativa a los muros de concreto reforzado. Estas son: • Muros de tablaestaca y encofrados • Anclajes • Muros berlines • Pilotes secantes • Control de erosión mediante mantos y revegetación
Los anclajes, muros berlineses, tablaestaca y pilotes secantes son sistemas que ayudan a resistir los empujes. Fundaciones también construye muros de tierra mecánicamente estabilizados (mse), con diferentes fachadas, como envolturas, bloques y paneles. Para los taludes también se usan los mantos de control de erosión, desde los temporales, que ayudan a que la vegetación se establezca, hasta los permanentes que se utilizan cuando la inclinación de los taludes es muy pronunciada y los regímenes de lluvia son altos. Otro sistema que ofrece es el Hidromulch, o sea, dentro de un tanque se coloca agua, semilla, fertilizante y mulch (fibra de madera y un fijador). La mezcla se lanza contra el talud y crea un pequeño ecosistema, en el cual la semilla comenzará su desarrollo radicular adherida al talud, sin peligro de que las escorrentías, el viento o los pájaros impidan que germine.
El geodren planar, otro producto del portafolio de la empresa, es u n geocompuesto formado por una o dos capas de geotextil no tejido, que en conjunto con los drenajes impide que se tape la conducción de las aguas hacia los colectores del nivel freático. Adicionalmente ofrece los GSL, geocompuestos que no permiten que el nivel freático pase a la estructura. Fundaciones instala y suministra todos los servicios descritos. Fuente: Fundaciones S.A..Panamá
Variedad de geosintéticos
SIGSA cuenta con una amplia gama de producto como los sistemas con refuerzos geosintéticos a base de geotextiles tejidos, no tejidos, tejidos de alto módulo, geomallas monolíticas, geoceldas modulares, pernos expansivos para suelos, geomantas para control de erosión y la combinación de dos o más de estos productos como parte de un sistema integral. Todos los materiales arriba mencionados pueden incorporarse a un sistema, tras un análisis geotécnico y estructural, que asegure los factores de seguridad requeridos, contemplando las aceleraciones sísmicas de cada región. Para el control de la erosión, pone a disposición de una extensa gama de productos, como esterillas biodegradables, geomantas sintéticas, hidrosembrado, gaviones y colchonetas plásticas, hechas con geomallas; así como metálicas, geoceldas modulares, conocidas popularmente por su nombre en inglés como geowebs; y sistemas de enrocado que incorporan geotextiles para facilitar el drenaje, mejorar la separación de capas y reforzar la capacidad portante del suelo a proteger con las rocas. Para mitigar los efectos de empuje por nivel freático, ofrece una serie de productos de fácil instalación, tales como las membranas a base de bentonita (conocidas como GCL, por sus siglas en ingles, geocomposite clay liner), geotextiles no tejidos y tejidos a base de monofilamentos, utilizados en conjunto con piedras y/o tuberías, para formar drenajes de trinchera o del tipo francés, que incorpora tuberías perforadas para la conducción del agua. SIGSA ofrece, además de los productos, los servicios de diseño e instalación, así como el control de calidad de los materiales y la construcción, en toda la región de América Latina, el Caribe y África.