Desde el punto de vista de construcción, rehabilitación y mantenimiento de vías urbanas, el uso de los Geosintéticos propone una metodología para prevenir la aparición de fisuras y grietas desde abajo hacia arriba de forma temprana o extendiendo el tiempo en el que se presenten fisuras en pavimentos nuevos por los diferentes cambios de rigidez que pueda tener su base o tipo de soporte. Lo anterior tiene como resultado el incremento de la vida útil o nivel de servicio del pavimento, y por ende, la disminución en costos de mantenimiento.

Por otro lado, con el uso de los materiales geosintéticos, se reduce el impacto urbano ya que los períodos de intervención de las vías son más cortos y con menor frecuencia.

Técnicamente, los geosintéticos han demostrado que con su uso, se extiende la duración de las capas de rodadura cuya estructura de pavimento posee cambios en la rigidez de soporte. Al incrementarse el tiempo de durabilidad de la capa en buenas condiciones, se logra la reducción de costos a mediano plazo. Los geosintéticos son de fácil transporte y colocación, pero se debe garantizar que los mismos sean instalados por personal capacitado y bajo una supervisión adecuada.

Algo de Historia

Actualmente, muchos textos ofrecen una gran cantidad de apoyo referente al tema del uso de los geosintéticos, tanto en el diseño como en la construcción desde el punto de vista de geotecnia y pavimentos, textos como Designing With Geosynthetics – Koerner 1997; especificaciones y diseños de PAVCO 2002; Especificaciones Geomatrix Lafayette; FAO 2001, entre muchos otros. La literatura coincide en que los materiales geosintéticos han logrado una gran acogida en el diseño y construcción de obras civiles en muchas partes del mundo, ya que es notable su eficiencia en la solución de innumerables problemas en suelos de los que se pueden mencionar, inconvenientes por baja capacidad portante, subdrenajes, contaminación de materiales granulares de la estructura de pavimentos con suelos finos de baja calidad de la subrasante, fisuración por reflexión de fisuras en capas superiores, etc.

Hacia el año 1926, se llevó a cabo el primer experimento usando fibras sintéticas para el refuerzo de una estructura de pavimentación. La entidad encargada de tal fin fue el Departamento de Vías de Carolina del Sur en Estados Unidos y el ensayo consistió en colocar encima de la base granular de un pavimento flexible una capa gruesa de algodón sobre la cual se esparció asfalto caliente y sobre éste a su vez se colocó una capa de arena de espesor pequeño. Los resultados del experimento se publicaron 1935 y éstos demostraron que se logró reducir la fisuración y el agrietamiento en la estructura, así como el mejoramiento de las condiciones de servicio antes de que la fibra tuviera su total deterioro.

En la Guerra del Golfo, el ejército de los Estados Unidos utilizó geoceldas para confinar la arena de los sitios de desplazamiento con el fin de lograr mayor rapidez en la movilización de sus tropas; así, se logró aumentar la capacidad de soporte que a su vez permitió al ejército poder crear nuevos caminos para el acceso de vehículos pesados con mayor facilidad y velocidad.

En el siglo XXI, el uso de la geomalla en repavimentación, ha tomado enorme fuerza en muchos países, por la reducción en los costos de mantenimiento de las vías en pavimento flexible, tras incrementarse la vida útil de los pavimentos, siendo ésta la principal función de las geomallas como método de extender la vida útil de las capas asfálticas sin que se presente fisuración temprana. Cabe mencionar que uno de los avances en tecnología más importantes en la construcción, es el uso materiales geosintéticos, en muchos campos de la construcción. Estos materiales se han desarrollado tanto, que en la actualidad dichos materiales pueden ofrecer características de resistencia similares o inclusive más altas que las del acero, a su vez que no tienen la desventaja de la corrosión.

Las inundaciones se pueden mitigar con la instalación de tubos geotextiles que actúan como barrera protectora, en zonas costeras y en comunidades donde existen ríos y lagos que pudieran afectar a las poblaciones por la crecida de las corrientes en época de lluvias.

Dichas estructuras están fabricadas con polipropileno, un compuesto sintético formado por fibras poliméricas tejidas que brindan a los tubos la firmeza y durabilidad necesarias para asentarse sobre el suelo, “de ahí la denominación geo”.

Los cilindros se asemejan a una malla de calcetín y se rellenan con cualquier material del área donde serán instalados, como arena, rocas o fango. Esta característica los convierte en una solución más económica y eficiente en comparación con los sistemas convencionales de concreto que son más costosos.

Ya que no se necesita recorrer grandes distancias para obtener el relleno ni tampoco se gasta en combustible, dichos dispositivos generan ahorros económicos de aproximadamente 25 por ciento. Uno de los beneficios ecológicos es que no se emiten contaminantes al ambiente al no requerirse vehículos de transporte.

El polipropileno es un material que no se degrada y no emite ningún tipo de contaminante, por lo que es una solución amigable con el ambiente. Una muestra de lo anterior es que se han creado arrecifes artificiales con tubos geotextiles, ya que las algas y corales se adhieren a las paredes sin dificultad.

Material adaptable

Por sus características, esta solución se puede emplear para construir diques que ayuden a prevenir inundaciones o desbordamientos de agua. Asimismo, pueden servir como rompeolas y ayudan a estabilizar taludes de ríos, lagos, malecones y puertos para proteger la infraestructura urbana, así como la integridad de las personas.

Los cilindros poseen una circunferencia de aproximadamente dos metros y una longitud superior a seis metros, por lo que son muy adaptables a las características geográficas de cada región. Otro de los beneficios de esta tecnología es que se puede instalar en poco tiempo. Tan sólo en un día es posible colocar 1,200 metros cúbicos de tubo.

Las costuras que unen cada parte de los cilindros son muy resistentes, lo que garantiza que no se rasgarán por la fricción del relleno o por las condiciones ambientales a las que se expongan. En cuanto a la vida útil, los tubos se pueden conservar en buen estado hasta por 100 ó 150 años. Sin embargo, sin embargo si las estructuras no se cubren con rocas o arena para reforzarlas, su duración se reduce a 20 ó 30 años.

Cada proyecto se elabora a la medida, es decir, se adapta a las características físicas del lugar, por lo que se recomienda adquirir una solución de este tipo donde se detallen cuáles son las necesidades que se pretende solventar, así como las dimensiones de la obra.

Solución flexible

Otro uso de los tubos geotextiles es la creación de espigones, que son líneas cortas y perpendiculares que se extienden desde las costas para detener el movimiento lateral de la arena, lo que permite que las playas crezcan con poco o nulo mantenimiento.

Los cilindros se pueden utilizar para construir muelles o plataformas de atraque para buques y, aunque es poco común, también se pueden rellenar con concreto para brindar mejor estabilidad a las estructuras, lo que habla de su gran flexibilidad.

Dos normas de la ASTM International ayudarán en el reciente movimiento nacional en pos del desarrollo de una guía para el diseño empírico mecanicista de pavimentos. Las nuevas normas, desarrolladas por el Comité D35 de la ASTM International sobre geosintéticos, cubren la cuantificación de las propiedades del material fundamental para los componentes del pavimento. La norma D7499/D7499M, Método de prueba para medir la rigidez del módulo elástico de corte en la interfaz de geosintético y terreno, y la D7556, Método de prueba para determinar las propiedades de tracción con bajo esfuerzo de geomallas y geotextiles mediante pruebas de tensión cíclica en aire, se encuentran bajo la responsabilidad del Subcomité D35.01 sobre propiedades mecánicas.

“Las normas D7499 y D7556 se utilizarán con el tiempo para determinar las propiedades de tracción de los materiales geosintéticos que se emplearán directamente en el diseño de pavimentos reforzados con geosintéticos cuando estos se utilicen como refuerzo de la capa base”, dice Eli Cuelho, ingeniero de investigación del Western Transportation Institute y miembro del Subcomité D35.01.

Según Cuelho, cuando se utilizan geosintéticos para reforzar las capas de base de los pavimentos flexibles, dos de los parámetros principales de diseño requeridos son la interacción entre el geosintético y los agregados que lo rodean y las propiedades de tracción del geosintético. Si bien estas propiedades suelen determinarse utilizando cargas estáticas o semiestáticas, las pruebas de interacción de mayor relevancia utilizan cargas cíclicas Las nuevas normas ofrecerán pruebas para cuantificar las propiedades de la interacción del suelo y del geosintético o las propiedades de tracción del geosintético cuando esté sometido a una carga cíclica.

Cuelho dice que entre los usuarios con mayores probabilidades de usar las normas D7499 y D7556, están los laboratorios de pruebas comerciales que realizarán las pruebas para los fabricantes y los diseñadores de organismos de transporte público o consultoras privadas.

CONTACTO

Información Técnica: Eli Cuelho, Western Transportation Institute, Universidad Estatal de Montana, Bozeman, Montana

Teléfono: 406-994-7886

Personal de la ASTM: Christine Basile

Teléfono: 610-832-9728

Con demasiada frecuencia, se han atribuido las fallas de autopistas, vías de ferrocarril, pistas de aeropuertos, estructuras de edificios, estabilización de terrenos en pendiente y otros proyectos a la presencia de aguas subterráneas. La eliminación de estas aguas se puede facilitar mediante el uso de drenajes subterráneos, utilizando geotextiles que proporcionan una combinación superior de características de separación, filtración, refuerzo y flujo planar esta aplicación se refiere primariamente a las estructuras de drenaje subterráneas tales como subdrenajes, drenajes de intercepción, drenajes de estructura, pozos de alivio, pozos de evacuación y embalses de recarga.

Drenajes subterráneos

Al diseñar un sistema de drenaje subterráneo, se trata de alcanzar un balance entre los resultados deseados, los costos y las variables del proyecto tales como calidad de la construcción y variaciones del suelo. Con mucha frecuencia, la solución diseñada no llega a convertirse en realidad debido a las variaciones de la construcción en la obra y a las condiciones del lugar. Las consideraciones racionales para el diseño de drenajes subterráneos incluyen, entre otros factores:

• Permeabilidad del suelo y distribución del tamaño de las partículas,
• Entrada-Salida; la capacidad de salida es por lo menos igual a la entrada desde todas las fuentes,
• La capacidad de salida tiene que aumentar a medida que el flujo de entrada se acumula en la dirección de circulación,
• Tiempo requerido para que el agua fluya a través del sistema de drenaje,
• Tiempo requerido para que cese el flujo de entrada y
• Condiciones del flujo, tales como la Ley de Darcy del flujo laminar saturado.

Subdrenajes

Tradicionalmente, se define un subdrenaje como aquel elemento de drenaje subterráneo que permite drenar las aguas subterráneas al mismo tiempo que impide que se desplacen las partículas del suelo circundante.

Drenajes de intercepción

Se definen los drenajes de intercepción como aquellos elementos de drenajes subterráneos diseñados específicamente para interceptar las aguas subterráneas que se muevan bajo un gradiente hidráulico definido hacia estructuras tales como pavimentos, diques, terrenos agrícolas, vías de ferrocarril o viviendas.

Drenajes de estructura

Se definen los drenajes de estructura como aquellos elementos de drenaje subterráneos diseñados específicamente para sacar el agua subterránea de detrás de las estructuras, impidiendo que se acumulen presiones hidrostáticas excesivas. El agua subterránea se saca mediante elementos de drenaje y el tejido proporciona filtración, separación y flujo planar.

Pozos de seguridad y pozos de evacuación y de recarga

Un geotextil se puede aplicar también a los pozos de seguridad y a los de evacuación y recarga. Los pozos de seguridad constituyen un método para reducir las presiones hidrostáticas. Los pozos de evacuación y recarga permiten la evacuación de las aguas residuales superficiales de lluvia o la recarga deseada de un estrato acuífero agotado.

Cuando los antiguos egipcios reforzaban las empinadas laderas de sus pirámides y los romanos estabilizaban sus caminos, utilizaban materiales naturales, como roca, fibras, telas y vegetación, para mejorar el rendimiento y el comportamiento de los suelos. Pero los microorganismos inevitablemente degradaron algunos de esos aditivos, lo que hizo que los proyectos de Ingeniería Civil fueran propensos a colapsar.

Adelantémonos al siglo XX. El descubrimiento de los polímeros sintéticos -o plásticos con una amplia gama de propiedades- llevó a la creación de los geosintéticos, que brindaron a los ingenieros civiles materiales duraderos para mezclar con los suelos y utilizar en y sobre el suelo y revolucionaron las soluciones para los problemas de construcción y diseño.

Las membranas y los textiles geosintéticos se utilizaron por primera vez en Francia en la década del sesenta para reforzar diques de tierra. Hacia 1977, el Comité D13 de ASTM International sobre textiles había formado un subcomité sobre tejidos filtrantes y luego un subcomité, en conjunto con el Comité D18, sobre suelos y rocas para seguirle el ritmo al desarrollo y las aplicaciones en expansión de geotextiles y geomembranas.

“Pero estábamos cruzando fronteras”, explica David Suits, director ejecutivo de la North American Geosynthetics Society (Sociedad Norteamericana de Geosintéticos), con sede en Albany, Nueva York. “Los miembros del comité sobre textiles no comprendían las inquietudes de los miembros del comité sobre suelos y rocas y viceversa”.

Por lo tanto, en 1984, se creó el Comité D35 de ASTM sobre geosintéticos para desarrollar normas, métodos de prueba, guías y prácticas. En 2014, treinta años después de su creación, el comité alcanzó los 300 miembros que representan a 20 países y supervisa 155 normas aprobadas. Pero las aplicaciones para los geosintéticos siguen ampliándose, lo cual sugiere que el potencial a largo plazo de la industria está recién empezando a emerger.

Forma y función

Los geosintéticos se utilizan en los suelos para cumplir funciones de separación, refuerzo, filtración, drenaje o contención. Se encuentran prácticamente en todos lados: caminos pavimentados y sin pavimentar, pistas de aterrizaje, campos deportivos, cimentaciones de vías férreas, diques, sistemas de drenaje, túneles, embalses, canales y rellenos sanitarios. También tiene aplicaciones en minería, acuicultura y agricultura.

Los geosintéticos se agrupan en ocho categorías de productos generales con numerosas aplicaciones para cada categoría.

• Los geotextiles, uno de los mayores grupos de geosintéticos, incluyen tejidos hilados, tipo fieltro, trenzados o de punto que cumplen funciones de separación, refuerzo, filtración y drenaje. Se los utilizan en diques o debajo de caminos para mantener los suelos en el lugar, mover y canalizar líquidos, filtrar partículas finas o proteger y amortiguar geomembranas.
• Las geomembranas, generalmente utilizadas en rellenos sanitarios, son materiales impermeables que pueden contener líquido o gas.
• Las geomallas son estructuras abiertas con elementos transversales que refuerzan carreteras, muros de retención y pendientes pronunciadas.
• Las georredes son estructuras tridimensionales típicamente utilizadas en rellenos sanitarios o zonas de drenaje para transportar líquidos. A veces, se las utiliza encima de las geomembranas y se las bordea con geotextiles.
• La geoespuma son bloques más livianos que el suelo y frecuentemente suelen reemplazar materiales pesados de relleno y funcionar como base para caminos, entradas a puentes y plataformas de perforación que operan sobre el suelo congelado (permafrost).
• Las geoceldas son estructuras tridimensionales en forma de panal que pueden rellenarse con tierra, arena, grava o concreto para crear carreteras y cruces provisionales sobre agua o canales o para sostener la capa superior del suelo donde la vegetación puede echar raíces.
• Los revestimientos de arcilla geosintética están compuestos de bentonita encerrada entre dos geotextiles o unida a una geomembrana para formar un revestimiento muy impermeable y suelen utilizarse en rellenos sanitarios.
• Los geocompuestos se refieren a una combinación de textiles, mallas, redes o membranas.

Proveedores y usuarios

Además de los ingenieros civiles y constructores, las normas de ASTM International sobre geosintéticos son utilizadas por fabricantes y organismos militares y normativos, como el Departamento de Transporte de los EE.UU. De hecho, en virtud de un programa nacional de evaluación de productos de transporte patrocinado por la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO, Asociación Estadounidense de Funcionarios de Autopistas Estatales y Transporte), fabricantes nacionales y extranjeros -de India, Vietnam, Arabia Saudita, Francia y China- que suministran geosintéticos al Departamento de Transporte, deben cumplir con las normas de ASTM, requisito que le otorga a las normas relevancia mundial.

En la actualidad, la minería ha superado a la industria de gestión de residuos como el mayor usuario de geosintéticos. Por ejemplo, las minas de cobre y oro, sobre todo de América Latina y Sudáfrica, usan grandes cantidades de geomembranas para contener las montañas de mineral. En los EE.UU., la explosión de la fracturación hidráulica o estimulación hidráulica (también conocida por el término en inglés fracking) que es una técnica para posibilitar o aumentar la extracción de gas y petróleo del subsuelo, ha impulsado, entre otros, el uso de geosintéticos para contener los fluidos producidos por la fracturación y el retrolavado en los sitios de perforación.

Nuevos productos y aplicaciones

La necesidad de nuevas normas para geosintéticos apenas si ha disminuido. Siempre se proponen mejores metodologías para probar materiales y nuevos métodos de prueba para que sean más adecuados para los materiales geosintéticos. Por ejemplo, las normas para geomallas son cada vez más importantes debido a que se las utiliza en aplicaciones uniaxiales, como muros y diques, y aplicaciones multiaxiales, como caminos. Se deben conocer sus propiedades de tensión e interacción de bajo esfuerzo, así como las propiedades correctas de las mallas con geometrías únicas.

Además, como la cantidad de nuevos geosintéticos o sus aplicaciones no ha disminuido, hacen falta nuevas pruebas y normas para fabricantes que validan sus productos y que proporcionan información a los usuarios.

Entre los nuevos productos y combinaciones de materiales, se encuentran el polvo de concreto colocado entre dos productos geotextiles que puede desplegarse, humedecerse y endurecerse para darle la forma deseada; los revestimientos geosintéticos de arcilla súper absorbentes y productos geotextiles embebidos en gel; las alfombrillas geosintéticas para el control de la erosión; los productos geotextiles revestidos con polímero fundido que pueden utilizarse como techos provisorios y los productos geotextiles de uno o más acres que pueden desplegarse para crear amplios pozos superficiales para, por ejemplo, un sitio de fracturación.

En la actualidad, el Comité D35 de ASTM sobre geosintéticos está desarrollando diecinueve normas nuevas. Estas normas tratan sobre propiedades mecánicas y de resistencia, como el borrador de la norma WK36264, Método de prueba para determinar el desplazamiento de la fuerza de conexión a largo plazo (fluencia) entre unidades de concreto geosintéticas de refuerzo y segmentarias (bloques de concreto modulares), un protocolo de prueba que ayudará a determinar la interacción entre el frente visible de una pared y la resistencia de refuerzo del bloque geosintético que ingresa en el suelo. Otras aplicaciones de los geosintéticos que se verán beneficiadas por las nuevas normas son la localización de fugas, el refuerzo de pavimentos y los sistemas con productos geotextiles y de filtrado.

Aplicaciones futuras

Incluso hoy en día, los geosintéticos son empleados o considerados para extenderse mucho más allá de los usos tradicionales en la Ingeniería Civil. Entre las nuevas aplicaciones para los geosintéticos, están las barreras de control de olores, las bolsas translúcidas para el cultivo de algas para producir biocombustibles, los dispositivos en forma de tubo para la evacuación de edificios de gran altura y los revestimientos y las cubiertas equipadas con sensores eléctricos para la detección de fugas en tuberías.

Se avecinan más cambios y lo que hoy consideramos geosintéticos puede adquirir otro nombre e incluso haya que crear otro comité de ASTM International para desarrollar nuevas normas y métodos de prueba en el futuro.

Los procesos erosivos han conllevado a la modelación de los paisajes que conforman las zonas costeras del planeta y la desestabilización de los ecosistemas presentes en las mismas como consecuencia de la incidencia de factores meteorológicos y antrópicos, (Comisión Europea – Medio Ambiente, 2005); generalmente estos procesos se evidencian mediante el retroceso de la línea de costa haciendo necesario la construcción de obras de protección para mitigar los efectos de la erosión, estabilizar o recuperar las playas y garantizar la integridad de los asentamientos cercanos a estas áreas.

Durante varias décadas se han implementado estructuras denominadas duras que si bien ofrecen protección a las zonas costeras reducen significativamente el transporte de sedimentos longitudinal a las áreas contiguas, las que en múltiples ocasiones generan problemas ambientales, económicos y técnicos de difícil solución como es el caso de la aplicación de defensas longitudinales donde el ecosistema marino se altera de forma casi irreversible debido a que la playa natural se sustituye por un muro o escollera, (Medina et al., 2001). Por ello desde los años 60 se vienen realizando estudios para contemplar la posibilidad de utilizar técnicas constructivas con geosintéticos que conlleven a soluciones medioambientales sostenibles y sustentables que impliquen menores costos, las cuales han sido consideras como estructuras hidráulicas blandas. (Vittal H., 2010; Saathoff et al., 2007).

La utilización de geosintéticos para la protección costera representa una disminución en cuanto a costos de mantenimiento, control de erosión y volumen de material con respecto al uso de estructuras convencionales, sin embargo, las mayores preocupaciones radican en el proceso de llenado de los geocontenedores y la durabilidad de los mismos considerando los factores ambientales (exposición a rayos UV, incidencia del oleaje, tormentas) y antropogénicos (vandalismo, rendimiento de mano de obra) a los que pueden verse expuestos. (Pilarczyk, 2000).

Contenedores de arena a base de geotextiles para la protección costera. El concepto de contenedores de arena a base de geotextiles (Geotextil Sand Containers, GSG) surge a razón de la búsqueda de soluciones para protección costera que impliquen menores costos y fuesen tecnologías blandas. Inicialmente los geocontenedores fueron empleados para obras de protección de costas temporales debido a los percances que presentaron las primeras estructuras hechas para largo plazo, a partir de esto se han desarrollado mejoras en aspectos como la resistencia a largo plazo, tiempo de vida útil, mecanismos de degradación, identificación de los problemas relacionados con la estabilidad hidráulica frente a tormentas marinas. (Ovalle C., 2012) Las aplicaciones de estos contenedores en la ingeniería costera se ha realizado para obras tanto permanentes como temporales, siendo las más conocidas los tubos geotextil, geocontenedores y geobolsas (Ovalle C., 2012).

Las propiedades y criterios más significativos de los geotextiles en cuanto a requisitos funcionales son la calidad de filtración y alta permeabilidad, red de fibra estable, resistencia a los daños durante la construcción, flexibilidad al momento de la instalación y resistencia a la luz ultravioleta. Al ser evaluadas dichas propiedades se identifican algunas ventajas como la reducción en el número de capas y volumen de material granular a emplear, reducción del mantenimiento y costo de los sistemas de control de erosión, mejora de la estabilidad de las estructuras de protección e instalación más sencilla que las estructuras convencionales, (Pilarczyk, 2000).

Características de los materiales y construcción de los contenedores de arena a base de geosintéticos

Los geotextiles en forma de tubo son fabricados a partir de la costura realizada a varias capas de geotextil conformando un tubo cerrado, (Guo et al., 2013). Las dimensiones típicas de los tubos oscilan entre 1 m y 10 m de circunferencia y largos hasta de 100 m, tubos de longitud mayor a 100 m dificultan el manejo para ser llenados y de dimensiones muy pequeñas requiere de mayor mano de obra, convirtiéndose en un aspecto importante por resolver. El llenado de los geotextiles se realiza a través de puertos de llenado (mangas elaboradas con el mismo geotextil las cuales se unen al tubo mediante costuras) ubicados en la parte superior del tubo, de forma hidráulica, donde el material interno se retiene y el agua es expulsada mediante los poros del tubo geotextil hasta que se alcanza la densidad y estabilidad deseada. (Cantré, 2002; Koerner & Koerner, 2006; Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental, IMFIA, 2011; Sheenan & Harrington, 2012).

Los geosintéticos aplicados a muros de contención son soluciones no sólo estructurales, sino, también, económicas para una carretera. El geosintético refuerza, internamente, la masa del suelo, permitiendo el incremento del factor de seguridad contra la falla.

De esa manera, el geotextil es utilizado como elemento que une los esfuerzos de tensión y puede sustituir a los elementos de concreto reforzado.

El geosintético asume las fuerzas de tensión en el suelo reforzado y permite un refuerzo de tipo mecánico dentro de la masa del suelo.

Para explicar este procedimiento se dan varios métodos de cálculos basados en la mecánica de suelos, ya que, han sido comprobados en el campo.

Los métodos de evaluación de estabilidad hacen un análisis de condición límite dando el mecanismo cinemática de falla y determinando las fuerzas que lo producen.

El geosintético posee una alta resistencia a la tensión y aporta una fricción con el suelo, disminuye las fuerzas que causan la falla y ayudan a mejorar la resistencia de todo el sistema, se utilizará el método de MOHR y la teoría de RANKINE.

Uno de los tipos de obras más comunes en la ingeniería de vías ha sido la de muros de contención, bien sea para la conservación de las dimensiones de la banca o contención de suelos en deslizamientos.

Tradicionalmente se han venido utilizando muros de contención por gravedad que absorben las presiones horizontales gracias a su gran masa. Una de las alternativas presentadas a mediados de la década de los sesenta, fue creada por el ingeniero francés Henry Vidal, que consistía en la inclusión de una serie de tiras metálicas, amarradas a unos elementos externos que componían la cara del muro, hasta una determinada longitud dentro del relleno utilizado, para conformar así la masa de contención. Este es un sistema que se ha venido empleando con relativo éxito en la actualidad y tiene el nombre registrado de tierra armada. Se ha visto que aunque el sistema tiene un buen desempeño, su principal problema radica en la determinación de la duración del refuerzo metálico dentro del suelo, ya que este se encuentra expuesto a un proceso permanente de corrosión.

Gracias al desarrollo de nuevos materiales que pueden soportar las condiciones de humedad y de acidez o alcalinidad dentro del suelo, se ha venido implementando el uso de mantos sintéticos tales como los geotextiles, para que suministren refuerzo, debido a las características mecánicas que estos poseen, como su resistencia a la tensión.

Los estudios que condujeron al uso de esta nueva tecnología tuvieron origen en Francia y Suecia a finales de la década de los setenta.

Los muros de contención reforzados con geotextil se han convertido mundialmente en una alternativa de construcción frente a los muros de concreto reforzado y a los terraplenes conformados naturalmente, principalmente cuando hay deficiencias en la capacidad portante del suelo de fundación o cuando las condiciones geométricas de la sección de la vía no permiten que las zonas de relleno sean realizadas a un ángulo igual o menor al de reposo natural del suelo de relleno.

No necesariamente las condiciones tienen que ser tan criticas como las mencionadas anteriormente, la gran ventaja es que son alternativas más económicas, de hecho bajo las mismas condiciones geotécnicas y constructivas, un muro de suelo reforzado puede originar una reducción de los costos totales de un 30% a un 60%, si se compara con las técnicas tradicionales para la construcción de este tipo de obras, debido al hecho de poder utilizar los materiales térreos del sitio.

En la historia, las obras que ha creado el hombre, para poder desarrollarse dentro de las comunidades y proveerse de los servicios necesarios, se ha encontrado con ciertas dificultades que presentan los diferentes tipos de terreno para poder construir la infraestructura requerida, así ha tratado de modificar cuando se requiere, ciertas características de los suelos las cuales no son adecuadas para desarrollar las obras civiles, por lo tanto para poder cambiar estas condiciones negativas se han aplicado un sinfín de técnicas que pueden compensar estas limitantes desfavorables.

Es así como en algunas civilizaciones existen vestigios de haberse aplicado distintos materiales como fibras naturales, pasto, paja, ramas, bambú y otros.

En la Mesopotamia se aplicó el método de colocación de materiales naturales en la construcción de algunos edificios, en este caso se mejoró el suelo para obras, la cuales iban a ser habitadas y requerían de mayor seguridad, esta primera aplicación varia como veremos, puesto que técnicas posteriores fueron aplicadas básicamente para carreteras, diques, ampliaciones de terrenos, entre otras.

Tenemos a los países orientales donde se aplicó el bambú, que es una planta abundante en la zona y se caracteriza por presentar alta resistencia que es lo deseable en este tipo de obras.

Otra aplicación similar a esta se encontró en el sur de Inglaterra que data de 2500 años A. C, se descubrió que se utilizaban varas y ramas para hacer caminos en zonas pantanosas, el objetivo principal de esta técnica era la de mejorar la capacidad de carga del suelo.

Los romanos también tuvieron adelantos en su época, se sabe que para mejorar el terreno donde iban a construir sus caminos, entretejieron ramas las cuales eran colocadas antes de poner las piedras; otra técnica que practicaron es el uso de material arcilloso para impermeabilizar sus canales. Esto evidenció un cambio puesto que se comienzan a utilizar materiales inorgánicos los cuales debían contar con ciertas propiedades para cumplir con el resultado deseado.

Se cuenta con un gran número de casos similares y en diferentes partes del mundo donde las propiedades del suelo cambian y los usos son variados.

En zonas con climas polares se utilizaban raquetas cuya aplicación tenía como finalidad facilitar los desplazamientos sobre la nieve evitando el atascamiento de materiales sólidos.

Con estos ejemplos de evolución de las obras que emprende el hombre, podemos darnos cuenta que estos avances no fueron definitivos y se entiende que los casos anteriores son un buen principio, pero el uso de materiales orgánicos, tiene la desventaja determinante de ser biodegradables, con esto su vida útil se ve reducida. Estos métodos pertenecen al pasado, porque ya no son aplicables en la actualidad.

Posteriormente al uso de fibras naturales se usaron técnicas y materiales con los cuales se trató de obtener resultados más duraderos, estos se conocen como métodos de estabilización de suelos, así los más comunes son:

Construcción de terraplén por etapas: se basa en la condición de que al tener un terreno de poca resistencia y ser esta una propiedad no deseada, este era compactado por etapas, es decir en capas de pequeño espesor para obtener una mejor resistencia.

Modificación de cargas: utilizando terraplenes o calzadas muy extendidos se puede mantener el esfuerzo cortante por debajo de la resistencia.

Sobrecarga: ampliando la altura del terraplén y alcanzar la consolidación primaria, se retira el material en exceso y se procede a construir la obra.

Drenado de estrato compresible de suelos blandos: busca la consolidación por perdida de agua, esto se puede usar con drenes verticales, horizontales o electro-osmosis.

Estabilización química: su objetivo es modificar la estructura química del suelo agregando ciertas sustancias o materiales como cal, cemento, resinas entre otros.

Vibroflotación: que consiste en hacer una perforación y en esta agregar piedra o arena, este método se aplica en suelos cohesivos.

Sustitución del suelo compresible: consiste en quitar el material de mala calidad y sustituirlo por uno mejor, se aplica cuando el espesor por sustituir es reducido.

Uso de explosivos: con esto se desplaza el material con baja capacidad de carga para colocar en su lugar material de buena calidad.

Estos métodos son una segunda opción la cual es conocida y probada; en algunos casos se presentan ciertos problemas que dependerán del diseño; estos pueden ser: la vida útil de las obras, el método constructivo, el costo y en general el funcionamiento de la obra.

Más adelante surge como una alternativa más, para conseguir este fin, el empleo de materiales sintéticos los cuales se han desarrollado durante el presente siglo.

Como primer antecedente se encuentra el uso de las membranas hechas de productos asfálticos para impermeabilizar algunas obras, esto ocurrió en 1900. Después, Terzaghi y A. Casagrande, en 1930 contemplaron la importancia de crear filtros con el fin de conseguir la separación entre dos materiales donde el paso del agua no repercuta en la filtración de finos; este acontecimiento lo podemos considerar como el punto de partida en el desarrollo de los productos denominados geosintéticos.

En 1926 se inició la fabricación de productos para el reforzamiento de caminos en el sur de California por el Highway Departament. Este producto estaba hecho a base de algodón que se colocaba sobre la base del camino, posteriormente se aplicaban asfalto, arena y la carpeta. Este departamento aplicó tramos de prueba con este método y en 1935 publicó una serie de resultados donde menciona que los materiales se encontraban en buenas condiciones y se redujo el número de rompimientos y rupturas; surgieron problemas de instalación y por ser material orgánico, el algodón dejo de aplicarse dando paso a los materiales sintéticos.

Los materiales con los que se producen los geosintéticos se desarrollaron en los años 30, así tenemos poliéster y polipropileno, compuestos de geotextiles principalmente.

Existen otros polímeros con los que se producen las geomembranas impermeables, la goma de butilo creada en 1937 formada por la unión del isobutileno y el isopreno a una temperatura de -95 °C y tiene excelente impermeabilidad, es flexible a bajas temperaturas, casi inerte al ataque químico y resistente al envejecimiento, su uso fue propuesto en aljibes y membranas para techados.

Dos compuestos de gran importancia son el PVC (cloruro de polivinilo) descubierto en 1939 usado en Estados Unidos y el polietileno fabricado en 1943 formado por la polimerización de compuestos saturados de carbono que inicialmente se usó para moldes industriales. De este material son las membranas usadas en Europa.

En 1938, GoodYear creo un polímero el cual se unía por vulcanización y gracias a este se pudieron producir membranas de gran tamaño sin fugas de líquidos.

Es importante mencionar que en la naturaleza no existen materiales completamente impermeables, sólo estas membranas por sus bajos coeficientes de impermeabilidad se les puede considerar impermeables.

De las primeras aplicaciones que conocidas tenemos los acueductos italianos que en 1940 fueron revestidos de materiales geosintéticos, superando las ventajas que mostraron estos durante muchos años con materiales arcillosos aplicados en la antigüedad, así se inició una gran cadena de aplicaciones de estos productos en todo el mundo.

El uso de geotextiles se da inicialmente en los años 50 en Europa y más tarde en América, las primeras aplicaciones fueron para el control de erosión, filtro y tubificación en obras en costas de mar y ríos.

En 1966, Barret describe su uso como drenes, respaldo de muros de contención y muelles; a finales de los 60 la compañía francesa Rhone Poulenc, comenzó a trabajar con fibras no tejidas, punzonadas para diferentes funciones como separador, refuerzo de terracerias, ferrocarriles y otros.

A partir de 1970 se incrementó el uso e información de estos productos, es en ese momento cuando se les da la denominación de geotextiles y geomembranas, las publicaciones aumentaron y su uso fue extendiéndose dado que creció su confiabilidad y se comenzó a fabricar obras empleando estos elementos a gran escala.

Esto originó que en 1977 se llevara a cabo el primer congreso de gran alcance en París, contando con los países más avanzados en las aplicaciones de geosintéticos que eran Alemania, Francia, Italia y Estados Unidos; en dicho congreso se dieron a conocer las firmas pioneras en esta materia como ICI en Inglaterra, Mirafen en Estados Unidos, Chemie Linz, Poly Felt en Austria y Dupont.

En los años 80 continuó el desarrollo con la celebración de nuevos congresos a nivel internacional como el de agosto de 1982 en Las Vegas Nevada, en 1986 el tercer congreso en Viena, Austria; en 1990 en La Haya Holanda y de los más recientes en Singapur en 1994.

También se fundan asociaciones como la IGS (Sociedad Internacional de Geotextiles) y más adelante la NAGS (Sociedad Norteamericana de Geosintéticos), organismos creados con el fin de hacer estudios y difundir los avances de estos materiales.

Los progresos no dejan de darse. En esta década surge la segunda generación de geosintéticos y es conocida como productos geocompuestos que básicamente son productos combinados de geotextiles y geomembranas, entre estos se encuentran geomallas, georedes, geotubos, geodrenes y otros; así también surgen los primeros textos sobre el tema y las publicaciones van siendo cada vez mayores.

El uso de geosintéticos ha brindado a la ingeniería un amplio rango en el cual puede mejorar sus posibilidades de acción cuidando los recursos naturales y utilizando los materiales granulares de manera óptima. Esto constituye una mejora en el campo económico de la materia en la medida en que el gasto, relacionado con la producción, comercialización y uso de los geosintéticos, aumenta constantemente.

Comparar el porcentaje de proyectos de pavimentación en el mundo en los cuales se encuentra el uso de geosintéticos es una labor verdaderamente compleja. En todos los países donde se encuentra difundido su uso, una cantidad cercana al 90% de las obras viales emplea algún tipo de geosintético para mejorar las condiciones de obra; ya sea reduciendo costos, mejorando especificaciones técnicas o solucionando inconvenientes presentados por los materiales naturales. Es evidente que este porcentaje depende significativamente del tipo de proyectos construidos y el grado de penetración de la tecnología de los geosintéticos en la ingeniería local.

En cuanto a la aplicación específica en proyectos de pavimentación, cerca del 80% del uso de geotextiles en el mundo se encuentra relacionado con aplicaciones en este campo, lo que corresponde, en cifras del año 2000, a 1.120 millones de metros cuadrados en todo el mundo.

Geotextiles

Por efecto de la industrialización, el mejoramiento en los procesos de producción y su uso masivo, el mercado de geotextiles ha experimentado un crecimiento difícilmente igualado por otro producto en el ámbito de la construcción. Las estadísticas demuestran que los geotextiles, por sus múltiples aplicaciones, son los geosintéticos más producidos y comercializados en el mundo, alcanzando un crecimiento cercano al 500% en 20 años. Por ejemplo, en 1990 Norte América usó aproximadamente 300 millones de metros cuadrados de geotextil y en el mundo entero se usaron aproximadamente 650 millones de metros cuadrados (Koerner, 1997; FAO, 2001). Un mercado de proporciones similares en Europa y Norte América, que con gran esfuerzo se deja penetrar por algunos países asiáticos como Japón y el resto del mundo, hace evidente la utilización de estos materiales en países desarrollados con infraestructura de alta calidad y por consiguiente, sugiere la existencia no sólo de grandes exigencias en el área sino de un nivel de conocimiento de gran magnitud propio de la experiencia.

Geomallas

Desde hace cerca de 25 años, las geomallas compiten en muchos campos con los geotextiles, demostrando su eficiencia en el mejoramiento de subrasantes y en el refuerzo de material granular. Pese a que este material tiene un período de desarrollo menor que el de los geotextiles, escala vigorosamente hacia su auge pues es muy utilizado en países desarrollados.

No sería acertado pensar en las geomallas como el reemplazo de los geotextiles, ya que en aplicaciones específicas cada uno tiene su margen, pero sí como uno de los productos para refuerzo de mayor proyección. Su creciente participación en el mercado se constata con el hecho de que un productor estadounidense promedio ha instalado en los últimos 15 años más de 75 millones de m2 en estructuras de refuerzo en su país y que para 1987 el 50% de los muros de contención construidos en Norte América usaron geomallas para estabilizar sus materiales y reducir pendientes en taludes (Tensar, 1997).

En una comparación por precio frente a los geotextiles las desventajas de las geomallas pueden ser equilibradas, o al menos disminuidas, con un análisis beneficio/costo. Desde el punto de vista operativo se deben tener en cuenta las ventajas constructivas que presenta la geomalla (facilidad de instalación, rigidez, soporte al equipo de trabajo, etc.). Desde el punto de vista económico, y hablando en términos generales, dependiendo de las condiciones de la obra y de los materiales se pueden encontrar ahorros que conduzcan a la factibilidad económica del proyecto.

A manera de ejemplo, se pueden realizar cálculos del ahorro en espesor de capas comparando los espesores de la sub-base en un diseño sin refuerzo, uno con geomalla y uno con geotextil. Los cálculos realizados merecen un análisis posterior de mayor profundidad que incluya factores como efectividad del diseño y sensibilidad del mismo a modificaciones en las variables de entrada.

El desarrollo de geosintéticos a nivel internacional ha obedecido principalmente a dos factores: a) la necesidad de modificar los materiales naturales para imprimirles condiciones más favorables a los diseños y b) la creciente verificación de las propiedades de mejoramiento que tienen estos materiales. Desde una perspectiva general se podría afirmar que sólo es posible evolucionar tecnológicamente por medio de la inversión en investigación y desarrollo. El caso de los geosintéticos no es la excepción. Gracias a los organismos de control dedicados a probar y reglamentar el uso de estos productos, su uso se masifica para el beneficio común. Muchos autores se atreven a asegurar que el crecimiento futuro en el uso de geosintéticos mundialmente seguirá aumentando de una forma nunca antes vista desde la época del concreto reforzado como producto de vanguardia (Koerner, 1997).

La erosión es un proceso natural causado por las fuerzas del agua y el viento. Este es influenciado por un cierto número de factores, como el tipo de suelo, vegetación y geografía, y puede ser acelerado por varias actividades que ocurren dependiendo del uso del suelo. Los procesos de erosión sin control pueden causar daños mayores a estructuras existentes y al medio ambiente.

Una obra de protección de taludes puede requerir el uso de materiales Geosintéticos, suelo clavado, tirantes o anclajes para garantizar la estabilidad. En algunos casos, la estabilidad de la superficie puede ser alcanzada mediante la cubierta de la cara del talud con manto Geotextil. La vegetación complementaria del talud protege contra perdidas de suelo debido a las acciones del agua y del viento. Es posible combinar vegetación con mantas de Geosintéticos para proteger la cara de taludes pronunciados reforzados contra procesos erosivos.

La erosión de los taludes del terraplén influyen directamente en los hundimientos que éste tiene en la corona, así también contribuye a la inestabilidad estructural del terraplén causando fallas de borde en vías y carreteras. Es necesario evitar o mitigar la erosión de los terraplenes o en su defecto reparar de alguna manera los terraplenes erosionados.

Los dos Geosintéticos más adecuados para prevenir y mitigar la erosión de los taludes de los terraplenes son los Geotextiles y las Geomallas.

Los Geotextiles pueden ser usados para el crecimiento de pasto sobre taludes de carreteras y taludes erosionados, en los cuales la superficie del suelo está sujeta al desprendimiento. Al estar en contacto con el suelo tiene la función de anclar las raíces en crecimiento de las semillas plantadas, para así obtener un bloque muy resistente al movimiento del agua de lluvia y a la fuerza de la gravedad. De ésta manera el pasto puede crecer y desarrollarse, ayudando a la estabilidad de la superficie del talud.

Las Geomallas por su parte, conservan el terreno e impiden el movimiento, incluso en pendientes muy inclinadas. Ofrecen permeabilidad, facilitando la absorción de agua y disminuyendo el flujo superficial y con esto también la erosión. Es un producto estable en el transcurso del tiempo así como una estructura a prueba de raíces. Sintetizando esto, tanto los Geotextiles como las Geomallas previenen la erosión en los taludes y los refuerzan con el uso de pasto. Permiten mantener las semillas de pasto en su lugar y son sus raíces las que trabajan sobre el terraplén, sin embargo la función de estos dos Geosintéticos no solo se queda ahí, también actúan contra acciones del agua de lluvia.

Las raíces del pasto no afectan a las Geomallas bi-orientadas que puede tener el terraplén, debido a que estas pueden pasar entre los huecos que las Geomallas tienen. Es importante conocer el clima, exposición al sol, el grado deseado de cubierta, los aspectos ambientales del proyecto, el tiempo requerido para el crecimiento del pasto y la vegetación de la zona para elegir pasto adecuado. De esto dependerá también el éxito o fracaso de estos dos Geosintéticos.

Determinar cuál Geosintético para control de erosión es el más adecuado depende de la altura y la inclinación del talud del terraplén. Los terraplenes bajos y con pendientes ligeras pueden utilizar Geotextiles; mientras que en los terraplenes altos con taludes muy pronunciados es mejor el uso de Geomallas.