Introducción
La función de un filtro geotextil es permitir que el agua ingrese a un medio de drenaje (como grava o un geosintético) evitando que las partículas del suelo lo hagan. Ya sea que se utilice piedra de drenaje o un núcleo de drenaje de polímero preformado, se requiere un filtro geotextil para proporcionar un rendimiento de drenaje durante toda la vida útil del proyecto. Esta nota técnica analiza las propiedades clave de los geotextiles de filtración y cómo funcionan.
Tamaño de poro
Todos los suelos tienen un rango de tamaños de partículas y la distribución de estos tamaños de partículas se puede obtener en un laboratorio de suelos.
De manera similar, un geotextil no tejido tiene una gradación de poros (agujeros o espacios) dentro de su estructura y se puede medir un valor 'O90'. El O90 de un filtro geotextil significa que el 90% de los poros dentro del geotextil son más pequeños que el valor O90. Por ejemplo, el O90 puede tener 120 micras (es decir, 0.12 mm), lo que significa que el 90 % de los poros son de 0.12 mm o menos. La arena limosa, por ejemplo, puede tener partículas de 2 mm a 2 micrones de tamaño. Esto significa que algunas de las partículas del suelo son más pequeñas que los poros del geotextil y, por lo tanto, pasarán a través del geotextil, mientras que otras quedarán retenidas.
Se puede diseñar un geotextil para que coincida con un suelo en particular, pero esto a menudo no es necesario ya que los geotextiles no tejidos se fabrican como estándar para ser compatibles con la mayoría de los suelos. Sin embargo, existen suelos difíciles y aplicaciones complejas que se analizan en una sección posterior. Tenga en cuenta que el tamaño de los poros debe especificarse como un rango o un valor máximo.
Permeabilidad
La permeabilidad de un geotextil debe ser mayor que la del suelo adyacente. Esto significa que el caudal de agua a través del geotextil es mayor que el caudal de agua en el suelo, de modo que el geotextil no se convierte en un punto de presión para el movimiento del agua desde el suelo hacia los medios de drenaje. La permeabilidad del suelo puede ser de 1 x 10-8 m/s o menos para un suelo cohesivo, o hasta 1 x 10-4 m/s para arena.
Un geotextil no tejido típico tendrá un flujo de agua perpendicular de alrededor de 100 l/m2·s con una altura hidráulica de 50 mm, que es al menos 1,000 veces mayor que en suelos típicos.
Por lo tanto, en la mayoría de las situaciones, el factor de seguridad para la permeabilidad es muy alto, permitiendo incluso una reducción menor en el rendimiento del flujo del geotextil con el tiempo.
Figura 1: Geotesan NT, un geotextil de filtración no tejido típico
Romper la cabeza
Algunos geotextiles exhiben un efecto de tensión superficial que evita que el agua entre en el geotextil hasta que se alcance una altura de presión suficiente. Para algunos geotextiles, esta carga de presión es de 25 a 40 mm, lo cual es una de las razones por las que la permeabilidad del geotextil y el flujo de agua se prueban con una carga de 50 mm. Nada de esto es un problema para los geotextiles utilizados en instalaciones relativamente profundas; sin embargo, en aplicaciones menos profundas y/o cuando se requiere infiltración de agua (como en un pozo de absorción), esto puede ser problemático.
Cómo se forma un filtro geotextil no tejido
Un geotextil correctamente diseñado y adaptado a la nivelación del suelo permitirá que algunas partículas del suelo pasen a través del geotextil. De esta manera, el geotextil crea una zona de filtro dentro del suelo adyacente al geotextil, como se muestra en la Figura 1. El agua de energía relativamente alta cerca del geotextil fuerza las partículas finas y de tamaño mediano a través del geotextil (esto explica la ligera decoloración del geotextil). el agua en las primeras 3 – 4 semanas). Un poco más lejos, el agua tiene menos energía y sólo puede mover las partículas finas. Más lejos nuevamente y el suelo permanece intacto. Lo que queda es una zona de filtrado graduada en el suelo con partículas gruesas, luego gruesas y medianas y finalmente gruesas, medianas y finas.
Figura 2: Proceso de filtrado geotextil
¿Se obstruyen los filtros geotextiles?
Todos los filtros se obstruyen hasta cierto punto, ya sean geotextiles o cualquier otro material (p. ej. piedra). Sin embargo, como se señaló anteriormente, los geotextiles filtrantes son mucho más permeables que el suelo, lo que permite un flujo de agua al menos 1,000 veces mayor que los suelos típicos. Incluso si un geotextil pierde el 99% de su capacidad de flujo, seguirá proporcionando un flujo adecuado. Entonces, en lugar de preguntar: "¿Eventualmente se obstruirá?" una pregunta más perspicaz es "¿se obstruirá excesivamente?" La respuesta a esa pregunta depende de las condiciones del sitio.
Condiciones Comunes
En condiciones comunes, los geotextiles filtrantes de buena calidad no se obstruirán excesivamente. Las condiciones comunes son aquellas en las que las condiciones del suelo y del agua no caen en ninguna de las categorías siguientes. Esto está respaldado por numerosos estudios de casos y experimentos de laboratorio como (Fannin, 2010; Giroud, Luettich, Richardson & Zhao, 2002; Koerner, 2012). Un geotextil filtrante de buena calidad es aquel que cumple con BS 8661:2019.
Condiciones poco comunes
La experiencia muestra que las siguientes condiciones generan preocupaciones sobre las aplicaciones de filtros geotextiles y, de hecho, también causan problemas para la piedra filtrante tradicional (Koerner, 2012):
- Suelos finos y sin cohesión mal clasificados (es decir, todas las partículas del suelo tienen aproximadamente el mismo tamaño), como loess, harina de roca, PFA y finos de cantera.
- Arcillas dispersivas que se separan en partículas finas individuales con el tiempo (la mayoría de las arcillas no hacen esto).
- Suelos sin cohesión con distribuciones de tamaño de partículas irregulares (clasificadas en espacios), junto con flujos de agua de alta energía.
- Aguas subterráneas altamente alcalinas donde la ralentización del líquido a medida que fluye a través del geotextil puede provocar que se depositen precipitados de calcio, sodio o magnesio.
- Líquidos con altos volúmenes de sólidos en suspensión, como agua turbia de río o agua de dragado, o combinados con un alto contenido de microorganismos, como en lechos filtrantes de biorreactores, antiguas minas que descargan ocre anaranjado y desechos agrícolas.
- Situaciones relacionadas con agua de alta energía o flujos de agua reversibles, como zonas de mareas o aplicaciones costeras.
En estas situaciones se debe consultar a un especialista sobre la opción más adecuada para proporcionar filtración. En la mayoría de estas situaciones, la selección de geotextiles especializados proporcionará un buen rendimiento de filtración. En otras situaciones, el geotextil puede obstruirse, lo que reduce su esperanza de vida y será necesario un reemplazo frecuente.
Conclusión
En condiciones de suelo comunes, los geotextiles filtrantes de buena calidad seleccionados de acuerdo con BS 8661:2019 mantendrán un buen rendimiento de filtración a largo plazo. En condiciones poco comunes (como las descritas anteriormente), se debe obtener asesoramiento de un especialista sobre la opción más adecuada para proporcionar filtración.
Referencias
British Standards Institution (2019) Geotextiles: guía para las especificaciones de separación y filtración básicas. BS 8661:2019.
Fannin, RJ (2010). Sobre la obstrucción de geotextiles. En IX Congreso Internacional de Geosintéticos. Guarujá, Brasil.
Giroud, J., Luettich, S., Richardson, G. y Zhao, A. (2002). Permeabilidad de filtros geotextiles y granulares. En 7mo Congreso Internacional de Geosintéticos. Linda, Francia.
Giroud, J. (2010). Desarrollo de criterios para filtros geotextiles y granulares. En IX Congreso Internacional de Geosintéticos. Guarujá, Brasil.
Heibaum, M. (2014). Repensar el diseño de filtros geotextiles. En X Congreso Internacional de Geosintéticos. Berlín, Alemania.
Koerner, R. (2012). Diseño con geosintéticos. Xlibris Corp