Geosintéticos en la infraestructura vial: Parte 2 – Drenaje


*Por el Dr. Ing. Héctor Luis Delbono, LEMaC Centro de investigaciones viales UTN FRLP – CIC PBA (delbonoluis@hotmail.com).

El agua es necesaria para la construcción de las carreteras, pero es importante alejarla una vez que se encuentra en servicio para que no las dañe.
Ante el abrumante cambio climático, se ve alterado el régimen de lluvias siendo necesario observar su comportamiento para ver de qué manera manejar el caudal crítico y diseñar las obras para mayor durabilidad.
El factor topográfico más desfavorable para tratar el agua es cuando la traza del camino se ejecuta en desmonte, (Ver Figura N° 1), debiendo tener en cuenta el factor hidrológico y geotécnico para establecer el drenaje superficial dado por las lluvias y subsuperficial dado por la infiltración a través de los taludes laterales; y subterránea debido a la fluctuación del nivel freático que satura el suelo de fundación. En este tipo de proyecto la función del drenaje debe contemplar cuatro funciones de importancia: establecer la cantidad de agua que se filtra a la estructura, la forma de captar el flujo de agua, la conducción de todo el caudal fuera de la obra y el lugar donde depositar el agua finalmente.

El drenaje debe alejar el agua de las capas granulares evitando de esta manera un incremento en la presión de poros, la reducción de la presión interna y la resistencia al corte del suelo, la generación de movimiento diferencial en caso de suelos expansivos, la erosión y bombeo de finos en las capas de soporte en un pavimento rígido y el desprendimiento de agregados en caso de una capa asfáltica. Todo ello conlleva a cambios en los mecanismos de transmisión de carga que afectan la durabilidad de la estructura. Por otro lado, la acumulación de agua sobre la calzada provoca el hidroplaneo, afectándose la seguridad de los usuarios. Este último fenómeno se resuelve mediante la modificación de la pendiente de la calzada y la elección de un material drenante para la capa de rodamiento. En cambio, para el escurrimiento del agua a través del suelo se deben realizar obras de drenaje que requieren mayor grado de análisis, las cuales deben ejecutarse a mayor profundidad que el terraplén que conforma la estructura del pavimento para interceptar y lograr abatir la napa freática (Ver Figura N° 2).

En los sistemas de drenaje hay que tener en cuenta que los drenes se irán colmatando (saturando) por transporte y depósito de las partículas más finas del suelo. Para evitar este fenómeno se debe realizar un filtro, (Ver Figura N° 3), que cumpla los siguientes objetivos:
• Impedir el paso de las partículas finas del suelo a proteger.
• Permitir la filtración rápida del agua.

En este sentido existen en el mercado los Geotextiles No Tejidos, conformados por fibras sintéticas, de espesores variables, utilizados para conforman un filtro tipo francés, y los Geocompuestos de drenaje conformados por un Geotextil No Tejido y una conducción de PVC, entre otros diseños que pueden encontrarse.
Estos materiales, dentro de los denominados Geosintéticos, se utilizan para lograr controlar el flujo de agua en las obras mediante sistemas de control como:

  1. Zanjas de coronación o canales colectores: se ejecutan en la coronación del talud, (Ver Figura N° 4), de manera que el agua que cae por lluvias sobre la superficie del talud sea evacuada lo más rápido posible. Esto mejora la estabilidad del talud, reduce la infiltración, evita daños por erosión (en este caso se utilizan Geomantas para su control), almacenamientos y permite que no llegue el agua a la carretera.
  2. Drenes interceptores: son zanjas excavadas a mano o con retroexcavadora, ejecutadas al costado de la carretera, rellenas de material filtrante con elementos de captación y transporte del agua, (Ver Figura N° 5). En ocasiones requieren estaciones de bombeo para sacar el agua de los pozos de captación.
  3. Drenes horizontales o de penetración: consisten en una tubería perforada de pequeño diámetro colocada a través de la masa de suelo de los taludes laterales mediante una perforación profunda horizontal o ligeramente inclinada. Los drenes se instalan de tal manera que abata o se elimine el nivel de agua o la saturación por encima de la superficie potencial de falla, aumentándose el factor de seguridad del talud (Ver Figura N° 6).
  4. Drenes verticales: el uso de drenes verticales en el terraplén de una carretera tiene la función de permitir acelerar el proceso de consolidación de suelos blandos. Son drenes denominados geocompuestos, porque lo conforman más de un geosintético, cuyo fin es alcanzar un grado de consolidación suficiente que permita reducir el plazo de tiempo de ejecución del proyecto (Ver Figura N° 7).
  5. Trincheras estabilizadoras: son pantallas anchas colocadas en las paredes laterales del talud o un sistema de drenes tipo espina de pescado, conectadas en su fondo a un colchón de filtro, dren interceptor (Ver Figura N° 8).
  6. Pantallas de drenaje: son estructuras similares en apariencia a un muro de contención, las cuales se colocan sobre la superficie del talud con el objetivo principal de impedir que se produzca erosión (Ver Figura N° 9).

Las pantallas de drenaje constan de tres elementos básicos:
• Filtro sobre la superficie del talud: Este filtro puede ser material granular o geotextil con material grueso, el cual se coloca cubriendo toda el área.
• Estructura de contención o retención: Esta estructura tiene por objeto mantener en su sitio el filtro y ayudar a la contención de la masa de suelo sobre la cual actúa el gradiente hidráulico. La estructura de contención puede ser un muro en gaviones, enrocado, etc.
• Subdren colector: Este subdren se coloca en el pie del talud para recoger el agua captada por la pantalla y conducirla a un sitio seguro.

La efectividad de los sistemas varía de acuerdo a las condiciones hidrogeológicas y climáticas de cada región, para lo cual en el diseño debe considerarse el factor de drenaje necesario para alcanzar la durabilidad requerida del sistema adoptado, de forma de mantener la vida útil para la cual se proyecta.
En este sentido, la tecnología de los materiales geosintéticos fue progresando en cuanto a drenaje; fue mutando entre los geotextiles tejidos, cuya estructura tiene escasa superficie de vacío, sujetos a obstrucción o colmatación causadas por las partículas del suelo, y los geotextiles no tejidos de gran espesor (gramaje), que presentan un largo recorrido a las partículas de suelo que pueden atascarse en los canales estrechos. Esto conduce a la colmatación del filtro, y sumado a la sensibilidad a la compresión de los geotextiles, provoca una notable reducción en el coeficiente de permeabilidad.
Actualmente, los geocompuestos de drenaje ayudan a impedir la colmatación del drenaje, brindando una instalación sencilla con plazos de instalación más reducidos y una calidad de filtro controlada, con reducción en la utilización de materiales tradicionales y menor impacto ambiental.
El mercado ofrece geosintéticos para obras de drenaje de todo tipo de características en cuanto a dimensiones, materiales y propiedades, donde los costos también varían considerablemente según el sistema a implementar. Cualquiera sea el sistema seleccionado para el drenaje, los filtros deben seleccionarse en función de criterios como:
• Retención de partículas
• Obstrucción (colmatación del filtro)
• Permeabilidad (normal y paralela al plano del material)
• Resistencia y Supervivencia

Los criterios mencionados pueden verse en la “Guía para el diseño de geosintéticos en sistemas de drenaje subsuperficial”, Norma IRAM 78031. En la misma se especifican los criterios que deben cumplir los geotextiles de drenaje particularmente, se espera incorporar los geocompuestos de drenaje en una próxima actualización.