La importancia del sistema de drenaje en el consolidamiento y estabilización de taludes

La importancia del sistema de drenaje en el consolidamiento y estabilización de taludes

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 63)
Antonio Corba Colombo; Gerente SIREG Latinoamérica S.A.S.

“La estabilización de un talud básicamente se logra de dos formas: aumentando los parámetros de resistencia que contrarrestan el movimiento del terreno o reduciendo la fuerza motriz que tiende a desencadenar el movimiento mismo”. (Nota 1, Lanzo). La elección de un principio o el otro (o ambos) para mejorar las condiciones de equilibrio de un talud depende de múltiples factores y circunstancias de orden técnico y de naturaleza económica, que deben ser evaluadas caso por caso.

Se puede decir en términos genéricos que una intervención de estabilización es tanto más eficaz cuanto más profundamente actúa, en el sentido de eliminar las causas de un problema en curso o uno que podría ocurrir.,

Se puede decir que hoy en día algunos de los métodos más utilizados para la estabilización de taludes son:

  • Drenajes: tubulares sub-horizontales (colocación de tubos de drenaje en el terreno), trincheras, subdrenes de zanja, drenes verticales de alivio, galerías de drenaje entre otras intervenciones para prevenir la erosión (geo-mallas sintéticas, mallas, revegetación etc.)
  • Estructuras de sostenimiento / refuerzo (pernos, anclajes de cables, pilotes).
  • Excavación/ perfilado del talud con posterior recolocación del material excavado al pié del talud (gaviones, muros de contención etc.)

Entre los métodos antes mencionados, los más comúnmente utilizados (por razones de costo / VS facilidad de puesta en obra y eficacia) para estabilizar y consolidar un talud en condiciones normales son:

  • Colocación de drenajes sub-horizontales
  • Colocación de anclajes pasivos (soil-nailing) / activos (anclajes pos-tesados)

Consolidamiento de taludes con drenes sub-horizontales

El proceso de drenaje es influenciado por el régimen de lluvias, los niveles de infiltración, la presencia de superficies de discontinuidad y la falta de homogeneidad de los terrenos con respecto a la permeabilidad.

“La estabilización de un talud en terrenos cohesivos saturados se puede conseguir a través de la realización de un sistema de drenaje con el objetivo de producir una reducción de las presiones intersticiales a lo largo de la superficie de fluencia, efectiva o potencial, con consiguiente aumento de la resistencia a corte del terreno.

Esta tipología de intervención es la más eficaz cuando los fenómenos de inestabilidad son desencadenados por valores elevados de presiones intersticiales y fuerte presencia de agua.

Esto ocurre sea por mecanismos de colapso superficial los cuales son inducidos por las variaciones estacionales de las presiones intersticiales de acuerdo a las precipitaciones
atmosféricas, sea por mecanismos profundos, los cuales son caracterizados por un régimen casi estacionario de las presiones intersticiales y por un elevado grado de movilización de la resistencia al corte del terreno τf .

En los movimientos superficiales el margen de seguridad varía en el tiempo y los fenómenos de inestabilidad se reactivan periódicamente durante las estaciones invernales, cuando las presiones intersticiales alcanzan su valor máximo debido a las precipitaciones.

En este caso el sistema de drenaje reduce sea las presiones intersticiales limitando los valores máximos que pueden ser alcanzados por las mismas, sea la amplitud de las oscilaciones estacionales. En los movimientos profundos, el alto grado de movilización de τf produce el progresivo desarrollo de distorsiones plásticas en la zona de corte, con una consiguiente lenta acumulación de desplazamientos en la pendiente.

En estos casos la instalación de un sistema de drenaje puede reducir significativamente los valores de las presiones intersticiales en la zona de corte, con el consiguiente incremento de la resistencia a corte disponible en el terreno así como una reducción de las deformaciones plásticas y por lo tanto de los desplazamientos”. (Nota 2, Desideri et Rampello).

La función de los sistemas de drenaje es modificar la red de flujo en la pendiente del talud, de modo que se produzca una reducción de los valores de la presión intersticial en el terreno.

Los drenes actúan como superficies drenantes en correspondencia de las cuáles la presión es igual a aquella atmosférica. En la pendiente por tanto, las líneas de flujo tienden a desviar hacia estas superficies, reduciendo el recorrido del flujo y bajando los niveles piezométricos.

Para que eso ocurra, es necesario que los drenes sean posicionados correctamente con respeto a la falda y que la capacidad de fluencia del agua hacia el exterior sea tal de garantizar al interior de los drenes una presión igual a aquella atmosférica.

Importancia de los materiales para la correcta aplicación de esta tecnología:

Por lo que concierne los tubos de drenaje hay principalmente de dos tipos:

  • Tubos lisos perforados/cortados: estos tubos son fabricados manualmente, se realizan cortes transversales o perforaciones generalmente de diámetro indicativo 5mm realizadas en tresbolillo espaciadas 100mm. En ambos casos el tubo es recubierto con geotextil (fig.1).
La importancia del sistema de drenaje en el consolidamiento y estabilización de taludes

Fig. 1: Tubo perforado recubierto con geotextil, fabricado en obra.

  • Tubos ranurados y micro-fisurados (fig. 2), se fabrican industrialmente y son aptos para colocarse en obra sin necesitar de recubrirse con geotextil no tejido, el cual se coloca solo para aplicaciones particulares, por ejemplo en terrenos constituidos principalmente por arena media / gruesa, grava medio / fina o roca fracturada.
La importancia del sistema de drenaje en el consolidamiento y estabilización de taludes

Fig. 2: Tubos de drenaje ranurados / micro-fisurados Durvinil® RFS con y sin geotextil no tejido (Sireg).

Los drenajes fabricados manualmente se obtienen a partir de tubos sanitarios lisos con diámetro externo que varía entre los 60mm y los 75mm. Son perforados o ranurados manualmente y recubiertos con geotextil y son los que más se utilizan en Latinoamérica, debido al bajo costo y a la posibilidad de fabricarlos en obra adaptándolos a las exigencias de proyecto.

Los tubos ranurados y micro-fisurados son fabricados industrialmente y permiten su puesta en obra inmediata sin necesidad de realizar ningún trabajo adicional y no son recubiertos con geotextil (excepto en casos particulares).

Es muy importante subrayar las diferentes problemáticas que pueden surgir utilizando un tipo de tubo o el otro, porque esta decisión podrá influenciar la estabilidad del talud a largo plazo generando costos de mantenimiento muy altos debido a deslizamientos y consecuente arreglo del talud por falta (o drástica disminución) de la capacidad drenante de los tubos, además de poner en serio riesgo estructuras (viaductos, puentes, carreteras, edificios etc.) y personas.

El problema principal con el uso del tubo liso perforado manualmente es la necesidad de recubrirlo con geotextil para evitar la intrusión de materiales que pasarían sin dificultad dentro de los orificios realizados sobre la superficie del tubo, los cuales generalmente tienen un diámetro promedio de 5mm (o más),Otro problema es generado por la pequeña superficie abierta presente sobre el tubo la cual generalmente no supera los 600mm²/ml.

El geotextil cuando es colocado sobre el tubo de drenaje con el solo propósito de impedir la entrada de material por los agujeros o cortes realizados sobre el tubo, a lo largo del tiempo tiene el problema de la colmatación, fenómeno que reduce drásticamente (o anula) la capacidad del tubo de evacuar el agua presente en el terreno y por ende la capacidad de reducir la presión intersticial que es uno de los objetivos principales en tema de estabilización de taludes.

El geotextil debe tener un abertura tal que permita el libre paso del agua que fluye por el terreno, sin provocar aumentos de la presión neutra en la zona de contacto.

Por ende el filtro tiene que ser mucho más permeable que el terreno más fino con el cuál esté en contacto.

“En algunas ocasiones, se exige la colocación de un geotextil de filtro alrededor de los ductos. La experiencia ha demostrado que los subdrenes horizontales con geotextil, tienden a taparse muy rápidamente, mientras los subdrenes sin geotextil tienen una vida útil muy superior. El geotextil no es recomendable a menos que la erosionabilidad interna de los suelos sea de tal magnitud que se produzcan flujos de lodo o limos hacia el dren.

En este caso, nótese bien, con el uso del geotextil se trata de curar las consecuencias pero no se elimina la causa.

El proceso de limpieza de los subdrenes es mucho más eficiente cuando no están recubiertos con geotextil. El problema principal es que el área perímetral del ducto es muy pequeña y se deposita una torta de suelo junto al geotextil, la cual disminuye en forma drástica la eficiencia del subdrén”. (Nota 3 – Jaime Suarez).

En los sub-drenes recubiertos con geotextil, la pérdida de eficiencia drenante al interfaz geotextil / terreno (blinding) y la colmatación del geotextil (clogging) crean un aumento de la presión en el terreno y por consecuente desencadenan problemas de estabilización muy importantes en el talud que se suman a los que ya están presentes.

La más válida alternativa presente en el mercado a esto tipos de tubos, es el tubo ranurado y micro-fisurado.

Se trata de un tipo particular de tubería de drenaje la cual presenta unas características bien marcadas:

  • La superficie externa del tubo posee (en toda su longitud) unas ranuras longitudinales las cuales son realizadas con el doble propósito de: canalizar el agua dentro de los cortes
    transversales realizados sobre el tubo y brindarle al mismo mayor resistencia al aplastamiento. Está demostrado que un tubo ranurado drena mediamente el doble de agua con respecto a un tubo liso, además la conformación de las ranuras impide al material circunstante al tubo de depositarse en proximidad de las micro fisuras obstruyéndolas; eso permite un aumento de la velocidad de entrada del agua en el tubo, mejorando sus características hidráulicas y aumentando su caudal.
  • Micro-fisuras transversales, las cuales se pueden fabricar en diferente anchos (0,6mm – 1mm – 1,5mm) según el tipo de terreno en el cual serán colocados los tubos. En particular el ancho de 0,6mm de las micro-fisuras ha sido estudiado para resolver el problema del drenaje sin la necesidad de recubrir el tubo con geotextil y representa el mejor compromiso entre capacidad de extracción de aguas subterráneas y riesgo de obstrucciones del tubo. En presencia de granulometrías mayores, se pueden utilizar tubos habientes micro-fisuras de mayor ancho. “El menor ancho de los orificios es de 0,01 pulgadas (2,5mm), pero este fácilmente produce el taponamiento y se requiere una limpieza más frecuente”. (Cornforth 2005). En la mayoría de los casos se utilizan anchos de 0,02 pulgadas (0,5mm)”.
  • Micro-fisuras realizadas industrialmente, las cuales son uniformes y exentas de rebabas (fotos 3 y 4). Este es un factor muy importante para poder reducir al mínimo la resistencia al paso del agua y evitar la retención de material en proximidad a las micro-fisuras lo cual podría disminuir el caudal del tubo, como en el caso de cortes o perforaciones realizadas manualmente sobre el tubo (fotos 5 y 6).
La importancia del sistema de drenaje en el consolidamiento y estabilización de taludes

Foto 3: DURVINIL® RFS tubo de drenaje fabricado industrialmente (Sireg).

La importancia del sistema de drenaje en el consolidamiento y estabilización de taludes

Foto 4: Detalle micro-fisuras (0,6mm – 1mm de ancho) y ranuras.

Las ventajas que brinda el uso de los tubos ranurados / micro-fisurados con respecto a los tubos lisos / perforados son evidentes:

  • Mayor superficie de área abierta comparada a otros tipos de tubos, por ejemplo:
    • Un tubo perforado artesanal de diámetro 2” o 3” (diám. ext.60mm o 75mm) generalmente tiene una área abierta de aprox. 590mm² por metro de tubo
    • Un tubo ranurado micro/fisurado de diámetro 1” ½ (diám. interno 43mm / externo 50mm) tiene un área abierta de 5.700mm² por metro de tubo (aprox. 10 veces más).
  • Mejor y mayor captación del agua (fotos 7 y 8).
  • Mayor eficacia drenante en el tiempo del tubo.
  • Menor tiempo de instalación.
  • Posibilidad de limpiar la tubería con chorro de aire / agua para prolongar su vida útil (los tubos de drenaje en PVC pueden trabajar por hasta más de 40 años).
  • Menor tiempo de ejecución de la obra y por ende ahorro de dinero, debido al hecho que el diámetro estándar reducido de la tubería de 1” ½ VS tubería de 60mm permite perforar con un diámetro menor.
  • Amortización del coste de la obra en el tiempo, debido a la larga durabilidad del sistema.

Conclusiones:

El sistema de drenaje sub-horizontal para el consolidamiento y la estabilización de taludes sigue siendo una de las opciones más eficaces y más utilizadas en el mundo para este propósito, sobretodo en aquellas situaciones donde la reducción de la presión intersticial y la fuerte presencia de agua en el terreno son la causa principal de inestabilidad.

Para poder garantizar el constante funcionamiento y la alta eficacia del sistema drenante y por ende el continuo control del régimen de presiones intersticiales presentes en el terreno, se tiene que utilizar un tubo que pueda garantizar elevados estándares de calidad y un constante funcionamiento en el tiempo.

Además ha sido demostrado que el uso del geotextil montado sobre el tubo no tanto con el propósito de filtrar el suelo sino como barrera para evitar la intrusión de material en la tuberia de drenaje artesanal genera muchos problemas debido a la colmatación del geotextil, colmatación que es inducida también porque muchas veces se subestima el estudio previo que se tiene que realizar con relación al tipo de suelo / tipo de geotextil antes de elegir el tipo de geotextil mas adecuado que se debería colocar sobre el tubo.

“El diseño de un geotextil con función de filtro necesita el conocimiento de la interacción, debida al movimiento de filtración, entre terreno de base y el filtro; proceso muy complejo a causa del gran número de parámetros implicados”. (Nota 4 – Moraci N., Mandaglio M.C., Cazzuffi D.).

Notas de bibliografía y referencias:

  • Nota 1 – Lanzo G.: Universitá degli studi di Roma “La Sapienza” – prima facoltá di Architettura “Ludovico Quaroni” – Corso di Laurea in Architettura – Appunti del corso di Geotecnica
  • Nota 2 – Desideri A., Rampello S.: “Stabilizzazione dei pendii mediante sistema di drenaggio”
  • Nota 3 – Suarez J.: “Deslizamientos: técnicas de remediación” – Capítulo 2 – p. 82).
  • Nota 4 – Moraci N., Mandaglio M.C., Cazzuffi D.:“I geotessili con funzione di filtro a contatto con terreni granulari: criteri e parametri di progetto”
  • Di Maio C., Evangelista A., Viggiani G. (1988): “Analisi dell’efficienza di sistemi di dreni tubolari”. Rivista Italiana di Geotecnica, 12, 4, 187-199.
  • Cornforth D.H.: “Landslides in Practice: Investigation, Analysis, and Remedial/Preventative Options in Soils” – p. 586. Copyright© 2005, John Wiley and Sons Inc.

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