1DRENAJES

DRENAJES.

ESTADISTICAS

Entre el año 1979 y 1992, tan solo 11 años, los Estados Unidos ha instalado alrededor de 150 millones de metros cuadrados de geotextil no tejido para la aplicación de filtración y drenaje.

Ref. Robert Koerner.

radio de la tierra = 6.378 kmPerímetro = 40.074 km

Tomando un geotextil de 1m de anchoequivale a 3.74 veces el perímetro de la tierra.

CAMPOS DE APLICACION

DRENAJE EN VIAS

MUROS DE CONTENCION

MUROS EN SOTANOS

MUROS EN SOTANOS

SOTANO

N.F.

CAMPOS DEPORTIVOS

S%

S%

S%

S%

RELLENOS SANITARIOS

DISEÑO DE SISTEMAS DE DRENAJE

DREN FRANCES

Metodología de Diseño

1. Establecer el sitio o los sitios más convenientes en donde se requiera captar los fluidos.

2. Estimar el caudal crítico para un tramo de diseño o la capacidad del sistema para un tramo.

3. Dimensionamiento de la sección transversal. 4. Establecer el geotextil a usar en el sistema de

filtración.


Interceptar lo mas perpendicularmente posible las líneas de drenaje

Reducir la distancia de recorrido de las líneas de flujo.

2. Estimar el caudal crítico para un tramo de diseño o la capacidad del sistema para obtener un tramo.

Caudal por infiltración Caudal por nivel freático

Qf = Qinf + QNf

3. Dimensionamiento de la sección transversal.

Qf = V * i * A

Donde:Qf: Caudal final

V: Velocidad de flujo, la cual depende de la pendiente longitudinal

y del tamaño del agregado usado en el subdren. i: Gradiente hidráulico que para el caso de subdrenes es

= 1A: Área de la sección transversal del subdren,

normalmente se fija el ancho y se despeja su longitud.

4. Determinación del tipo de geotextil a usar como filtro.

• Criterio de Retención

• Criterio de Permeabilidad

• Criterio de Colmatación

• Criterio de Supervivencia

• Criterio de Durabilidad

Sistema de subdrenaje para una vía

Se requiere diseñar los subdrenes para una vía ubicada en la

zona andina. El sector en consideración tiene una longitud de

50m y presenta una pendiente promedio del 1%, el ancho de la

vía es 10.5m. La posición del nivel freático es de 0,50m a partir

del nivel original. En el diseño de la Estructura de de pavimento

se estableció que se excavara 0.40m y se reemplazara por una

base granular compactada al 95% del proctor modificado. Sobre

dicha base se colocara una carpeta de pavimento rígido de 20

cm de espesor.El material de subrasante presenta las siguientes

características:

Permeabilidad (K): 0.0025 cm/segD85: 0.085mm ( Dato de la curva granulométrica )

EJEMPLO DE DISEÑO “SUB DREN FRANCES”



Qf = Qinf + QNf

Qinf = IR * B * L * Fi * FR

IR= 60mm/ h = 0.00167 cm/seg ( Obtenido de las curvas de intensidad – duración – frecuencia.




Qf = Qinf + QNf



B= 525 cm ( Semibanca )L= 5000cm


B

DRENAJE EN VIAS

N.F.

Q lluvia

Q N.F.

N.F.

Q N.F.

B



Qf = Qinf + QNf



B= 525 cm ( Semibanca )L= 5000cmFi= 0.67


TABLA 1. Valores recomendados para Fi

TIPO DE CARPETA

Fi

Carpetas asfálticas muy bien conservadas

0.3

Carpetas asfálticas normalmente conservadas

0.4

Carpetas asfálticas pobremente conservadas

0.5

Carpeta de concreto de cemento Portland

0.67



Qf = Qinf + QNf




FR= 1/3


TABLA 2. Valores recomendados para FR

Tipo de Base FR

Bases bien gradadas, en servicio 5 años o más

1/4

Bases bien gradadas, en servicio menos de 5 años

1/3

Bases de gradación abierta, en servicio 5 años o más

1/3

Bases de gradación abierta, en servicio menos de 5 años

1/2



Qf = Qinf + QNf




FR= 1/3

Qinf = 969 cm3/seg



Qf = Qinf + QNf

QNf = K * I * A

K = 0.0025 cm / segI= ( Nd – Nf ) / BI= ( 100cm-50cm)/525A = ( Nd-Nf)* LA = ( 100cm – 50cm ) * 5000cm



QNf = K * I * A


QNF = 59.52 cm3/seg


Qf = Q inf + Q NF

Qf = 969cm3/seg+ 59.52cm3/seg * 2

Qf = 1088.29 cm3/ seg


3. DIMENSIONAMIENTO DE LA SECCION TRANSVERSAL

El agregado disponible para colocar como material drenante, es una

Grava, la cual tiene un tamaño uniforme de 19mm ( ¾” ).

De la figura se obtiene la velocidad :

Qf = V * i * A

A= Qf /V * i

A= 1088.29 cm3/seg / (0.32cm/seg * 1 )

A= 3400.9 cm2


Pendiente Vs Velocidad, según el diámetro del agregado Para tamaños uniformes

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

2

2.25

2.5

2.75

3

3.25

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Pendiente del subdrén (%)

Agregado 12 mm (1/2")

Agregado 19 mm (3/4")

Agregado 25 mm (1")

Agregado 50 mm (2")


Se determina que el ancho de la zanja del sistema de sub drenaje tenga 60cm.

A = L * ancho

A = 3400.90 cm2

Ancho = 40cm

L = A / ancho

L= 3400.90cm2 / 40 cm

L = 85cm Aprox. 100 cm

Sección transversal 40cm x 100cm


4. Establecer el geotextil a usar en el sistema de filtración.

Criterio de retenciónO95 ó T.A.A < B * D85

B = 3D85= 0.085mmT.A.A. < 3* 0.085mmT.A.A. < 0.255mm

Criterio de permeabilidadComo es un suelo fino, se debe cumplir Kg. > = 10*KSKS = 0.0025 cm/segKg. >= 0.025cm/seg


Criterio de colmataciónLa porosidad de los geotextiles No tejidos son mayores a

un80%.

Criterio de SupervivenciaCuando se presenten condiciones severas de instalación

conesfuerzos altos de contacto se revisan todas las

característicasmecánicas que tienen todos los posibles geotextiles. VerEspecificaciones generales de construcción de

carreteras – Articulo 673-02 INVIAS.


Resistencia a la tensión,

método Grab.ASTM D4632

N

Resistencia de la costura

ASTM D4632N

Resistencia al PunzonamientoASTM D4833

N

Resistencia al estallido.

Mullen BrustASTM D3786

KPa

Resistencia al rasgado

trapezoidal.ASTM D4533

N

Condiciones moderadas de instalación, con bajos esfuerzos de contacto. ( Aplicación típica de subdrenes )

700 630 250 1300 250

Especificaciones generales de construcción de carreteras – Articulo 673-02 INVIAS.


Con base en lo anterior y comparando con las especificaciones

de los geotextiles, los que se pueden utilizar son: NT 3000, NT

4000, NT 5000, NT 6000, NT 7000.

Se selecciona el geotextil NT 3000 por ser el técnica y

económicamente más conveniente.


HOJA DE CALCULO

RECOMENDACIONES DE INSTALACIÓN

RECOMENDACIONES DE INSTALACION

GEODREN




3. Establecer el geotextil a usar en el sistema de filtración.

4. Establecer el número de georedes necesarias.5. Establecer el sistema de evacuación de los líquidos

que capta el geodren. Diámetro de la tubería.


Interceptar lo mas perpendicularmente posible las líneas de drenaje

Reducir la distancia de recorrido de las líneas de flujo.

2. Estimar el caudal crítico para un tramo de diseño o la capacidad del sistema para obtener un tramo.

Caudal por infiltración Caudal por nivel freático

Qf = Qinf + QNf

3. Determinación del tipo de geotextil a usar como filtro.

• Criterio de Retención• Criterio de Permeabilidad• Criterio de Colmatación• Criterio de Supervivencia• Criterio de Durabilidad4. Establecer el sistema de evacuación de líquidos que capta el geodren.

Que el tubo tenga la capacidad de absorber o recibir el caudal de diseño por cada metro lineal.

Capacidad de conducción del tubo.

NOMOGRAMA PARA ESTABLECER EL DIAMETRO A USAR DE TUBERIA

0.1

1

10

100

1000

0.1 1 10 100

Pendiente (%)

Cau

dal 1

0^3(

cm^3

/s)

D 65 mm

D 100 mm

D 160 mm

D 200 mm

Sistema de subdrenaje para una vía

Se requiere diseñar los subdrenes para una vía ubicada en la

zona andina. El sector en consideración tiene una longitud de

50m y presenta una pendiente promedio del 1%, el ancho de la

vía es 10.5m. La posición del nivel freático es de 0,50m a partir

del nivel original. En el diseño de la Estructura de de pavimento

se estableció que se excavara 0.40m y se reemplazara por una

base granular compactada al 95% del proctor modificado. Sobre

dicha base se colocara una carpeta de pavimento rígido de 20

cm de espesor.El material de subrasante presenta las siguientes

características:

Permeabilidad (K): 0.0025 cm/segD85: 0.085mm ( Dato de la curva granulométrica )

GEODREN



Qf = Qinf + QNf



GEODREN



Qf = Qinf + QNf



B= 525 cm ( Semibanca )L= 5000cm

GEODREN

N.F.

Q lluvia

Q N.F.

N.F.

Q N.F.

B



Qf = Qinf + QNf




GEODREN

TABLA 1. Valores recomendados para Fi

TIPO DE CARPETA

Fi

Carpetas asfálticas muy bien conservadas

0.3

Carpetas asfálticas normalmente conservadas

0.4

Carpetas asfálticas pobremente conservadas

0.5

Carpeta de concreto de cemento Portland

0.67



Qf = Qinf + QNf




FR= 1/3

GEODREN

TABLA 2. Valores recomendados para FR

Tipo de Base FR

Bases bien gradadas, en servicio 5 años o más

1/4

Bases bien gradadas, en servicio menos de 5 años

1/3

Bases de gradación abierta, en servicio 5 años o más

1/3

Bases de gradación abierta, en servicio menos de 5 años

1/2



Qf = Qinf + QNf




FR= 1/3

Qinf = 969 cm3/seg

GEODREN


Qf = Qinf + QNf

QNF = K * I * A


GEODREN


Qf = Qinf + QNf

QNF = K * I * A

K = 0.0025 cm / seg

I= ( Nd – Nf ) / BI= ( 100cm-50cm)/525cm

A = ( Nd-Nf)* LA = ( 100cm – 50cm ) * 5000cm

GEODREN


Qf = Qinf + QNf

QNF = K * I * A

K = 0.0025 cm / seg

I= ( Nd – Nf ) / BI= ( 100cm-50cm)/525

A = ( Nd-Nf)* LA = ( 100cm – 50cm ) * 5000cm

GEODREN


Qf = Qinf + QNf

QNF = K * I * A


QNF = 59.52 cm3/seg

GEODREN

Qf = Q inf + Q NF

Qf = 969cm3/seg+ 59.52cm3/seg * 2

Qf = 1088.29 cm3/ seg

GEODREN

2. ESTABLECER EL SISTEMA DE EVACUACIÓN DE LOS LÍQUIDOS QUE CAPTA EL GEODREN.

Diámetro de la tubería en Pulgadas

Qmax ( cm3/seg) L max (m)

2 ½” 1000 48

4” 3800 183

6” 10500 506

8” 11600 559

En este caso para un1% de pendiente.

NOMOGRAMA PARA ESTABLECER EL DIAMETRO A USAR DE TUBERIA

0.1

1

10

100

1000

0.1 1 10 100

Pendiente (%)

Cau

dal 1

0^3(

cm^3

/s)

D 65 mm

D 100 mm

D 160 mm

D 200 mm

F.S. REVISION GEOTEXTIL COMO MEDIO FILTRANTE

Tasa de Flujo:

TF requerida= 20.76 cm3/seg/m2

TF disponible = TF fabricante / ( FSscb * FSIN * FSCR * FSCC * FSBC )TF disponible = 11,500cm3/seg/m2 /( 5.0*1.2*1.2*1.2*2.0 )TF disponible = 665 cm3/seg/m2.

FS = TF disponible / TF requerida = 32.03

F.S. REVISION GEOTEXTIL COMO MEDIO FILTRANTE

F.S. REVISION GEORED COMO MEDIO DRENANTE

EL OBJETIVO.Se nos pide señalar las principales características comparadas de nuestro Geodrén Planar al cual llamaremos GEODREN DE NUCLEO RÍGIDO (Geored + Geotextiles) y el compuesto drenante llamado Mac Drain (GEODREN DE NUCLEO FLEXIBLE).

DEFORMACIONES: A continuación presentamos las curvas de deformación a presiones normales entre los dos geocompuestos comprados.

Esf

uerz

o no

rmal

(kP

a)

Deformación (%)

40

80

120

00

160

200

240

10 20 30 40 50 60

Geonet Bi-Planar(Núcleo sólido)

Geonet Bi-Planar(Núcleo flexible)

CAPACIDADES DE FLUJO: A continuación presentamos las curvas de las capacidades de flujos de los geodrenes de núcleos rígido y de núcleos flexibles.

Q1

Q2

Q3

Q4

Q1 Q2 Q3 Q4> > >

Presión 2Presión 2

Presión 1 Presión 1

NUCLEO FLEXIBLE

CAPACIDADES DE FLUJO VERTICAL : A mayor profundidad mas presión de compresión y por lo tanto menor flujos para los compuestos drenantes de núcleo flexible. Esto puede llegar a remansar el flujo en exigencias máximas.

MacDrain Geodren Planar

1.00 Espesor del Núcleo drenante

El MacDrain estácompuesto porun núcleo flexible drenante de 8.6mm de espesor. Suelecomprimirse a niveles superioress al 60% a presionestípicas de compactación de las zanjas.

El espesor del núcleo sólido biplanar es de 5.0mm

2.00 Capacidad Drenante.Alto desempeño a presiones atmosféricas; norecomendado para para presiones intermedias a altas(Superiores a los 80 Kpa).

Optimo desempeño para suelos que requieren drenajedentro de presiones inferiores a los 500KPa.

3.00 Deformabilidad

Alta deformación a poca presión, llegando a límitesinfusionales a los 80 Kpa. Las altas presiones decompactación de los procedimientos constructivostípicos en carreteras, anula las propiedades iniciales dedrenabilidad del MacDrain.

Poca deformación a presiones inferiores a los 500KPa.Con ello se demuestra que pueden aplicar inclusive enPADs de lixiviación con rellenos de 25m de espesor.

4.00 Eficiencia del Núcleo drenanteIneficiente por su gran variabilidad vertical, considerandolas típicas presiones variables de compactación detrincreras verticales.

Optimo desempeño para suelos que requieren drenajedentro de presiones inferiores a los 500KPa.Considerando su mínima variabilidad.

5.00 Dirección de Flujo

A muy bajas presiones podrían darse flujos turbulentoslo cual no se ajusta a los régimenes de filtracióndeseados (Flujos laminares) a fin de evitar lixiviación demateriales finos.

Flujo planar optimo, obligando al agua a fluir a través demicro canales, que aseguran su régimen laminar.

6.00 Geotextil de FiltroGeotextil no tejido resinado de fibras de Poliéster,debido a su bajo espesor, no cumple las exigencias dela norma AASHTO M288-00 indicados para filtros.

El Geotextil no tejido agujado de fibras de polipropileno,cumple todas las exigencias requeridas por la normaAASHTO M288-00 para filtro.

7.00 Intrusión del suelo en el núcleo

Debido al poco espesor del geotextil es muy ineficienteen sus propiedades de filtro además el poco espesor(0.70mm) limita el manteniemientos de las propiedadesde filtro o facilita su opturación.

Nuestro Geotextil culple todas las exigencias de filtrorecomemendadas por la norma del AASHTO M288-00 yademás tiene un espesor de 2.0mm; Estas propiedadesminimizan la opturación y la instrusión de suelo en elnúcleo de manera duradera.

8.00 Areas de aplicación

9.00 Información Técnica

10.00 Flexibilidad

11.00 Facilidad de instalación

12.00 Instalaciones superficiales

13.00 Traslape y uniones

COMPARACIONES TECNICASCARACTERÍSTICAS

COMPARACIONES:

1.00 Espesor del Núcleo drenante

2.00 Capacidad Drenante.

3.00 Deformabilidad

4.00 Eficiencia del Núcleo drenante

5.00 Dirección de Flujo

6.00 Geotextil de FiltroGeotextil no tejido resinado de fibras de Poliéster,debido a su bajo espesor, no cumple las exigencias dela norma AASHTO M288-00 indicados para filtros.

El Geotextil no tejido agujado de fibras de polipropileno,cumple todas las exigencias requeridas por la normaAASHTO M288-00 para filtro.

7.00 Intrusión del suelo en el núcleo

Debido al poco espesor del geotextil es muy ineficienteen sus propiedades de filtro además el poco espesor(0.70mm) limita el manteniemientos de las propiedadesde filtro o facilita su opturación.

Nuestro Geotextil culple todas las exigencias de filtrorecomemendadas por la norma del AASHTO M288-00 yademás tiene un espesor de 2.0mm; Estas propiedadesminimizan la opturación y la instrusión de suelo en elnúcleo de manera duradera.

8.00 Areas de aplicación

Aplicaciones diversas inferiores a los 80 Kpa. Norecomendables para carreteras ni edificaciones cuyascargas permanentes o puntuales superen las 80 Kpa oque no requieran mayores deformaciones.

Aplicaciones diversas inferiores a las 500 Kpa.

9.00 Información TécnicaInformaciones muy recientes y muy sesgada a trabajoscon orientación comercial

Informaciones muy abundantes y muy antiguas.Presentes en los principales libros de instrucción TécnicaIndependiente sobre de Geosintéticos para drenajes delMundo.

10.00 Flexibilidad Alta y muy deformable.Suficiente, considerando los tipos de suelos a los queestá dirigido y de los cuales se esperan límites en lasdeformaciones.

11.00 Facilidad de instalaciónPor su flexibilidad extrema y deformabilidad es fácil detrabajar en zonas que requieran mucho dobles de lospaños drenates.

Se orienta a instalaciones lineales y/o planoslongitudinales verticlaes ú horizontales. Muy fácil deinstalarse.

12.00 Instalaciones superficiales Se acomoda muy rápidamente a las superficies.Se acomoda muy rápidamente a las superficies.Considerando los procedimientos constructivos regulares,de ninguna manera es una ruta crítica.

13.00 Traslape y unionesEs dificultoso pues se requiere grampas para terminarsu presentación y vienene en rollos de 30.0m

Viene completamente listo para su colocación enlongitudes de 50.0m, con accesorios de empalmes degeotextil y para los tubos de ser el caso.

COMPARACIONES:

CAPACIDADES DE FLUJO Y GRADIENTES Y PRESIONES:

• Establecer el número de georedes necesarias

requerida = 20.76 cm3/seg/m2

Disponible = fabricante / ( FSIN * FSCR * FSCC * FSBC )Disponible = 3333cm 3/seg/m2 / ( 1.5*1.4*1.5*1.5 )Disponible = 705 cm3/seg/m2

FS = Disponible/requerida

=705.4cm3/seg/m2 / 20.76cm3/seg/m2 = 33.9 > 1

Geodren requerido: Geodren con tubo de 4” y altura de

1.0m.

F.S. REVISION GEORED COMO MEDIO DRENANTE

HOJA DE CALCULOHOJA DE CALCULO

RECOMENDACIONES DE INSTALACIÓN Y ENSAMBLAJE DEL GEODREN

RECOMENDACIONES DE ENSAMBLAJE


CORRECTO

INCORRECTO

GEODREN CON TUBERIA DREN FRANCES

-Geodren de 1,05m de 100mm = US $8,0/ml

-Recebo = 0.3m3/ml x US $12.0/m3 US $3,6/ml

-TOTAL=US $11,6/ml

-Geotextil NT-1600 = 3.5m2/ml*US $0,7/m2

US $2,45/ml

-Material drenante = 0.6m3/ml x $21,0/m3 US $12,6/ml

-TOTAL= US $15,05/ml

0.60m

1.0m1.05m

0.30m

Grafica Costo-Beneficio

02468

10121416

0 5 10 15 20 25

U$ Grava/m3

U$

Geo

text

il -

Man

o d

e O

bra

(US $15,25 - US $11,75)

Agradecemos su asistencia.

Contáctenos:

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