Geotubos: contenedores de arena, a base de geotextiles
Rafael Morales y Monroy, Ing. Civil, Dr. Ing.
Rafael Morales y Monroy, Ing. Civil, Dr. Ing.
Prof. Fac. Ing. UNAM, Perito en Geotecnia.
El diseño y construcción de contenedores de arena a base de geotextiles ha ganado una gran popularidad en los últimos años debido a su versatilidad, su simplicidad de colocación y de llenado, su economía y sobretodo su afinidad con el medio ambiente.
Las formas de estos contenedores pueden variar, desde la mas popular, los geotubos, hasta las geobolsas y geocontenedores, que varían, además, en su forma de colocarse: in-situ o transportados por barcazas hasta el lugar de colocación.
La forma de llenado puede ser, de manera enunciativa, mas no limitativa: usando dragas de succión, bombas de lodos, retroexcavadoras: con o sin embudo.
En cuanto a sus usos, estos son muy variados y, entre otros, pueden ser: formación de escolleras, de espigones, de rompeolas, diques, islas artificiales, control de sedimentos, direccionamientos de corrientes, formación de playas, etc.
Introducción
Los geotubos son grandes sacos o bolsas o tubos, tipo costales, formados por geotextiles tejidos, de muy alta resistencia, hasta de 34 Ton/m2, pudiendo ser de poliéster o de polipropileno, con técnicas especiales de unión, de alta resistencia, las cuales generalmente exceden de 7 Ton/m de resistencia a la tensión.
Con este tipo de geotextiles se elabora un geotubo con forma de elipse, cuyas dimensiones son variables, de acuerdo a las necesidades. A título indicativo: perímetro 9.00 m, altura 1.00 m, ancho 3.50 m; perímetro 13.50 m, altura 1.50 m, ancho 5.25 m, etc.
Estos geotubos se rellenan con una mezcla de arena y agua. Dado que el geotextil es permeable, va a retener la arena y va a permitir la salida del agua, con lo que, poco a poco el geotubo queda completamente lleno de arena compactada, a valores mayores al 95% de su peso volumétrico seco máximo, PVSM, dando con ello pesos volumétricos del orden de 2.2 Ton/m3, que son del orden de un enrocamiento.
Los geotubos se fabrican a la medida solicitada por el cliente y/o diseñador, aunque generalmente, sus longitudes se limitan a 30 m, por cuestión de fletes, principalmente.
Los geotubos se llenan con material granular, gravas y/o arenas; de preferencia y por economía, lo mejor es rellenarlos con material de dragado, directamente de una draga de succión, ya que de esta manera se evita el problema de depósitos indeseables y de zonas de tiro adecuadas y en donde no se contamine ni cause daños o impactos negativos al medio ambient
e.
La velocidad de llenado depende del método y equipo usados para tal efecto, ya que puede llenarse con draga de succión, de cualquier capacidad o a través de un embudo y llenado con retroexcavadora o draga de arrastre.
Los geotubos, cuando se colocan como escolleras o espigones y el clima lo favorece, permiten el crecimiento de la vegetación: aérea y marina.
Antecedentes
Desde hace mas de 30 años se han usado las bolsas, hechas de polímeros, principalmente polipropileno, geotextiles, para formar “costaleras” para contener avenidas. Esto mismo, en bolsas mas grandes, que en lugar de unos centímetros tengan dimensiones de varias decenas y hasta centenas de metros, han permitido extender la versatilidad de una costalera hacia obras mas y muy importantes.
Los geotextiles no tejidos (non-wovens), no poseen la resistencia para soportar esfuerzos tan grandes (a bajas deformaciones) como los que ameritan las obras portuarias y marítimas que, en muchos casos soportan además sobrecargas. Para ello se idearon los geotextiles tejidos, que soportan esfuerzos de hasta 34 Ton/m2.
Los geotubos comenzaron a usarse en costas holandesas del Mar del Norte para construir diques que posteriormente se rellenaban hidráulicamente (con dragas de succión), disminuyendo con ello el acarreo tan costoso.
Los geocontenedores ) se usan en aguas profundas, en donde no se puede anclar un geotubo. Su uso principal es para formar bermas sumergidas o para proteger taludes o talwegs submarinos contra de la socavación.
Las geobolsas ocupan un volumen aproximado de 1 m3 a 2 m3, e intentan sustituir a las rocas cuando no existen in-situ o cuando su acarreo las hace incosteables o muy caras.
Aplicaciones
Las principales aplicaciones marinas de estos productos se encuentran en:
• Diques
• Espigones
• Rompeolas
• Núcleo de Dunas
• Diques de Contención para Material Dragado
• Protección Costera
• Hábitat para Animales Salvajes
• Construcción en zonas de humedales
Consideraciones de Diseño
El sistema de geotubos utiliza un geotextil tejido que tiene forma de tubo elipsoidal, aplastados en sus extremos y abombados en su parte central. Los diámetros del geotubo y su longitud se determinan por los requisitos del proyecto. El geotubo se llena acoplándose directamente a un sistema de bomba hidráulica que transporta el material dragado.
Al diseñarse con aberturas de tamaño apropiadas, el geotubo retiene el material de relleno mientras el agua filtra por la pared del geotubo. Los geotubos atrapan en forma permanente el material granular, tanto en construcción seca como bajo el agua. Están formados por geotextiles tejidos de alta resistencia, cosidos entre sí a lo largo de sus orillas, provistos con “trompas” para el llenado.
El geotubo se enrolla en forma de rollos, alrededor de centros formados por tubos de acero, para su manejo y transportación. La única limitante en su longitud es el peso que pueda ser manejado con facilidad en el campo.
Los parámetros de diseño que debe ser tomados en cuenta son:
• Permeabilidad: del suelo y del geotextil, para que permita de manera adecuada aliviar las presiones de poro al momento de llenarse.
• Abertura aparente del geotextil, AOS, que vaya de acuerdo con la granulometría del suelo por dragar.
• Resistencia de la costura
• Resistencia a las fuerzas erosivas durante las operaciones de llenado.
• Sobrevivencia a las operaciones de colocación y llenado.
• Resistencia al punzonamiento y al rasgado.
• Resistencia a los rayos ultravioleta.
• Altura máxima de ola.
• Dirección y velocidades máximas de las corrientes.
• Profundidad de socavación calculada.
Para su diseño ya existen varios softwares comerciales, como el Softwings basado en análisis al límite. Se puede usar también el elemento finito para su diseño, pudiendo usar para ellos Geoslope o el Plaxis.
Llenado
Para su llenado in situ es necesario primeramente posicionarlos en el lugar exacto. Esto se logra con ayuda del GPS y luego la instalación se hace con auxilio de postes o varillas fuertemente clavados para evitar que sean desplazados por el oleaje.
Una vez posicionados los geotubos, se procede al llenado del mismo a través de las trompas especialmente diseñadas para tal objeto.
Se procede al bombeo, teniendo cuidado del “chicotazo” que da la manguera procedente de la draga al comenzar a bombear. Esto puede rasgar al geotubo.
Otra precaución a seguir es el no llenar excesivamente el geotubo, pues se puede reventar, aunque fue diseñado para soportar alguna presión en exceso.
Una vez llenado el geotubo se deberá dejar desaguar y bajará aproximadamente del 20% al 30% de la altura, imputable al agua en su interior. Luego de ello se volverá a llenar por segunda vez y entonces sí se llevará hasta su altura máxima, perdiendo posteriormente otro 10% de su altura.
Tapete anti-socavante
Nunca deberá de perderse de vista que la dirección y velocidad de las olas, conjugadas con el tipo de suelo, puede causar erosiones y, en un momento dado, socavar por debajo del geotubo, por lo cual es indispensable conta
r con esos datos así como con el valor de la socavación: tanto general como la local.
Para prevenir la erosión debajo del geotubo se coloca un tapete anti – socavante, el cual, como su nombre lo indica, es un geotextil que se colocar antes del geotubo, a manera de tapete y que tiene en uno o en ambos extremos un tubo de un diámetro mínimo, el cual trabaja como lastre y, al iniciarse la erosión o socavación por debajo de él, acompaña al suelo y desciende con él, empezando a crear, al caer, un dentellón, que, en el peor de los casos, puede ser hasta vertical, lo cual evita que llegue a afectar al geotubo.
El tamaño del tapete dependerá de la importancia de la socavación calculada.
Experiencia mexicana
En México se instalaron los primeros geotubos con éxito en las playas de Cancún, como rompeolas y para la generación de playas; esto en varios hoteles que perdieron playas luego del paso del huracán Gilberto.
En Playa del Carmen y en Tulum se han instalado también para formar zonas de calma en donde puedan nadar los turistas.
En Sonora se instalaron para formar una obra de toma para un granja camaronícola y para formar los estanques sobre de terrenos arenosos, auxiliados por una geomembrana de pvc para conseguir su estanqueidad. Igualmente, se instaló de manera experimental en las playas de Sánchez Magallanes, para tratar de detener la erosión litoral que lo aflige.
Conclusiones y recomendaciones
Los geotubos hechos a base de geotextiles tejidos de alta resistencia son estructuras muy versátiles, económicas y fáciles de instalar en las obras hidráulicas: marítimas y portuarias. Pueden llegar a formar estructuras tan importantes como diques, escolleras, rompe-olas, espigones, islas artificiales y otras.
Pueden sustituir con éxito a la roca, sobretodo en sitios en donde su acarreo representa un costo importante o donde no existe.
Las geo-bolsas son bolsas del tamaño y peso de rocas que pueden sustituir a las mismas, en su ausencia o donde los acarreos sean importantes.
Los geocontenedores son geotubos que se llenan dentro de una barcaza de fondo abatible y se transportan hasta aguas profundas y ahí se dejan caer.
Los tres contenedores de arena ya mencionados se llenan con arena in-situ, principalmente de material de dragado, lo cual representa grandes ahorros y mitiga efectos noci
vos al medio ambiente.
Estos tres contenedores pueden revegetarse con facilidad y forman rápidamente colonias coralígenas y de pólipos.
Pueden forrarse con una chapa de enrocamiento o dejarse sin forro. Pueden usarse como vialidades y circular vehículos encima de ellos.
Deben diseñarse cuidadosamente y no simplemente “recetarse”, pues pueden desviar de manera nociva e incontrolada las corrientes, pudiendo llegar a causar daños en otros lados, al momento de proteger el sitio buscado.
Referencias
1. Fowler, J. & Sprague, J. “Dredged Material filled geotextile containers”. 6th Int. Conference on Geosynthetics, Atlanta, USA.
2. Koerner R. B. “Designing wuth geosyntjetics”, Ed. Prentice Hall, 4th Ed. 1998.
El diseño y construcción de contenedores de arena a base de geotextiles ha ganado una gran popularidad en los últimos años debido a su versatilidad, su simplicidad de colocación y de llenado, su economía y sobretodo su afinidad con el medio ambiente.
Las formas de estos contenedores pueden variar, desde la mas popular, los geotubos, hasta las geobolsas y geocontenedores, que varían, además, en su forma de colocarse: in-situ o transportados por barcazas hasta el lugar de colocación.
La forma de llenado puede ser, de manera enunciativa, mas no limitativa: usando dragas de succión, bombas de lodos, retroexcavadoras: con o sin embudo.En cuanto a sus usos, estos son muy variados y, entre otros, pueden ser: formación de escolleras, de espigones, de rompeolas, diques, islas artificiales, control de sedimentos, direccionamientos de corrientes, formación de playas, etc.
Introducción
Los geotubos son grandes sacos o bolsas o tubos, tipo costales, formados por geotextiles tejidos, de muy alta resistencia, hasta de 34 Ton/m2, pudiendo ser de poliéster o de polipropileno, con técnicas especiales de unión, de alta resistencia, las cuales generalmente exceden de 7 Ton/m de resistencia a la tensión.
Con este tipo de geotextiles se elabora un geotubo con forma de elipse, cuyas dimensiones son variables, de acuerdo a las necesidades. A título indicativo: perímetro 9.00 m, altura 1.00 m, ancho 3.50 m; perímetro 13.50 m, altura 1.50 m, ancho 5.25 m, etc.
Estos geotubos se rellenan con una mezcla de arena y agua. Dado que el geotextil es permeable, va a retener la arena y va a permitir la salida del agua, con lo que, poco a poco el geotubo queda completamente lleno de arena compactada, a valores mayores al 95% de su peso volumétrico seco máximo, PVSM, dando con ello pesos volumétricos del orden de 2.2 Ton/m3, que son del orden de un enrocamiento.
Los geotubos se fabrican a la medida solicitada por el cliente y/o diseñador, aunque generalmente, sus longitudes se limitan a 30 m, por cuestión de fletes, principalmente.
Los geotubos se llenan con material granular, gravas y/o arenas; de preferencia y por economía, lo mejor es rellenarlos con material de dragado, directamente de una draga de succión, ya que de esta manera se evita el problema de depósitos indeseables y de zonas de tiro adecuadas y en donde no se contamine ni cause daños o impactos negativos al medio ambient
e.La velocidad de llenado depende del método y equipo usados para tal efecto, ya que puede llenarse con draga de succión, de cualquier capacidad o a través de un embudo y llenado con retroexcavadora o draga de arrastre.
Los geotubos, cuando se colocan como escolleras o espigones y el clima lo favorece, permiten el crecimiento de la vegetación: aérea y marina.
Antecedentes
Desde hace mas de 30 años se han usado las bolsas, hechas de polímeros, principalmente polipropileno, geotextiles, para formar “costaleras” para contener avenidas. Esto mismo, en bolsas mas grandes, que en lugar de unos centímetros tengan dimensiones de varias decenas y hasta centenas de metros, han permitido extender la versatilidad de una costalera hacia obras mas y muy importantes.
Los geotextiles no tejidos (non-wovens), no poseen la resistencia para soportar esfuerzos tan grandes (a bajas deformaciones) como los que ameritan las obras portuarias y marítimas que, en muchos casos soportan además sobrecargas. Para ello se idearon los geotextiles tejidos, que soportan esfuerzos de hasta 34 Ton/m2.
Los geotubos comenzaron a usarse en costas holandesas del Mar del Norte para construir diques que posteriormente se rellenaban hidráulicamente (con dragas de succión), disminuyendo con ello el acarreo tan costoso.
Los geocontenedores ) se usan en aguas profundas, en donde no se puede anclar un geotubo. Su uso principal es para formar bermas sumergidas o para proteger taludes o talwegs submarinos contra de la socavación.
Las geobolsas ocupan un volumen aproximado de 1 m3 a 2 m3, e intentan sustituir a las rocas cuando no existen in-situ o cuando su acarreo las hace incosteables o muy caras.
Aplicaciones
Las principales aplicaciones marinas de estos productos se encuentran en:
• Diques
• Espigones
• Rompeolas
• Núcleo de Dunas
• Diques de Contención para Material Dragado
• Protección Costera
• Hábitat para Animales Salvajes
• Construcción en zonas de humedales
Consideraciones de Diseño
El sistema de geotubos utiliza un geotextil tejido que tiene forma de tubo elipsoidal, aplastados en sus extremos y abombados en su parte central. Los diámetros del geotubo y su longitud se determinan por los requisitos del proyecto. El geotubo se llena acoplándose directamente a un sistema de bomba hidráulica que transporta el material dragado.
Al diseñarse con aberturas de tamaño apropiadas, el geotubo retiene el material de relleno mientras el agua filtra por la pared del geotubo. Los geotubos atrapan en forma permanente el material granular, tanto en construcción seca como bajo el agua. Están formados por geotextiles tejidos de alta resistencia, cosidos entre sí a lo largo de sus orillas, provistos con “trompas” para el llenado.
El geotubo se enrolla en forma de rollos, alrededor de centros formados por tubos de acero, para su manejo y transportación. La única limitante en su longitud es el peso que pueda ser manejado con facilidad en el campo.
Los parámetros de diseño que debe ser tomados en cuenta son:
• Permeabilidad: del suelo y del geotextil, para que permita de manera adecuada aliviar las presiones de poro al momento de llenarse.
• Abertura aparente del geotextil, AOS, que vaya de acuerdo con la granulometría del suelo por dragar.
• Resistencia de la costura
• Resistencia a las fuerzas erosivas durante las operaciones de llenado.
• Sobrevivencia a las operaciones de colocación y llenado.
• Resistencia al punzonamiento y al rasgado.
• Resistencia a los rayos ultravioleta.
• Altura máxima de ola.
• Dirección y velocidades máximas de las corrientes.
• Profundidad de socavación calculada.
Para su diseño ya existen varios softwares comerciales, como el Softwings basado en análisis al límite. Se puede usar también el elemento finito para su diseño, pudiendo usar para ellos Geoslope o el Plaxis.
Llenado
Para su llenado in situ es necesario primeramente posicionarlos en el lugar exacto. Esto se logra con ayuda del GPS y luego la instalación se hace con auxilio de postes o varillas fuertemente clavados para evitar que sean desplazados por el oleaje.
Una vez posicionados los geotubos, se procede al llenado del mismo a través de las trompas especialmente diseñadas para tal objeto.
Se procede al bombeo, teniendo cuidado del “chicotazo” que da la manguera procedente de la draga al comenzar a bombear. Esto puede rasgar al geotubo.
Otra precaución a seguir es el no llenar excesivamente el geotubo, pues se puede reventar, aunque fue diseñado para soportar alguna presión en exceso.
Una vez llenado el geotubo se deberá dejar desaguar y bajará aproximadamente del 20% al 30% de la altura, imputable al agua en su interior. Luego de ello se volverá a llenar por segunda vez y entonces sí se llevará hasta su altura máxima, perdiendo posteriormente otro 10% de su altura.
Tapete anti-socavante
Nunca deberá de perderse de vista que la dirección y velocidad de las olas, conjugadas con el tipo de suelo, puede causar erosiones y, en un momento dado, socavar por debajo del geotubo, por lo cual es indispensable conta
r con esos datos así como con el valor de la socavación: tanto general como la local.Para prevenir la erosión debajo del geotubo se coloca un tapete anti – socavante, el cual, como su nombre lo indica, es un geotextil que se colocar antes del geotubo, a manera de tapete y que tiene en uno o en ambos extremos un tubo de un diámetro mínimo, el cual trabaja como lastre y, al iniciarse la erosión o socavación por debajo de él, acompaña al suelo y desciende con él, empezando a crear, al caer, un dentellón, que, en el peor de los casos, puede ser hasta vertical, lo cual evita que llegue a afectar al geotubo.
El tamaño del tapete dependerá de la importancia de la socavación calculada.
Experiencia mexicana
En México se instalaron los primeros geotubos con éxito en las playas de Cancún, como rompeolas y para la generación de playas; esto en varios hoteles que perdieron playas luego del paso del huracán Gilberto.
En Playa del Carmen y en Tulum se han instalado también para formar zonas de calma en donde puedan nadar los turistas.
En Sonora se instalaron para formar una obra de toma para un granja camaronícola y para formar los estanques sobre de terrenos arenosos, auxiliados por una geomembrana de pvc para conseguir su estanqueidad. Igualmente, se instaló de manera experimental en las playas de Sánchez Magallanes, para tratar de detener la erosión litoral que lo aflige.
Conclusiones y recomendaciones
Los geotubos hechos a base de geotextiles tejidos de alta resistencia son estructuras muy versátiles, económicas y fáciles de instalar en las obras hidráulicas: marítimas y portuarias. Pueden llegar a formar estructuras tan importantes como diques, escolleras, rompe-olas, espigones, islas artificiales y otras.
Pueden sustituir con éxito a la roca, sobretodo en sitios en donde su acarreo representa un costo importante o donde no existe.
Las geo-bolsas son bolsas del tamaño y peso de rocas que pueden sustituir a las mismas, en su ausencia o donde los acarreos sean importantes.
Los geocontenedores son geotubos que se llenan dentro de una barcaza de fondo abatible y se transportan hasta aguas profundas y ahí se dejan caer.
Los tres contenedores de arena ya mencionados se llenan con arena in-situ, principalmente de material de dragado, lo cual representa grandes ahorros y mitiga efectos noci
vos al medio ambiente.Estos tres contenedores pueden revegetarse con facilidad y forman rápidamente colonias coralígenas y de pólipos.
Pueden forrarse con una chapa de enrocamiento o dejarse sin forro. Pueden usarse como vialidades y circular vehículos encima de ellos.
Deben diseñarse cuidadosamente y no simplemente “recetarse”, pues pueden desviar de manera nociva e incontrolada las corrientes, pudiendo llegar a causar daños en otros lados, al momento de proteger el sitio buscado.
Referencias
1. Fowler, J. & Sprague, J. “Dredged Material filled geotextile containers”. 6th Int. Conference on Geosynthetics, Atlanta, USA.
2. Koerner R. B. “Designing wuth geosyntjetics”, Ed. Prentice Hall, 4th Ed. 1998.
Por favor , tendra costos y/o ratios para los geotubos