Investigación aplicada sobre sistemas de drenaje no convencionales desarrollada para Ecogeotec

Como parte de una solicitud realizada por la empresa Ecogeotec, el Centro de Estudios Hidráulicos de la Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito llevó a cabo una investigación aplicada centrada en el análisis hidráulico experimental de recubrimientos y sistemas de drenaje no convencionales.

El estudio se desarrolló en el Laboratorio de Hidráulica, combinando ensayos experimentales con análisis teóricos del comportamiento hidráulico de elementos de drenaje superficiales y subsuperficiales. Estos elementos, clasificados como alternativos, presentan una competencia técnica significativa frente a sistemas tradicionales como filtros franceses, cunetas de concreto, canales revestidos y lechos filtrantes convencionales.

Tipología de los sistemas evaluados

Por las particularidades de los elementos que conforman los sistemas de drenaje estudiados, los ensayos y estudios realizados se agruparon en dos tipos:

1. Ensayos en canal con recubrimiento tipo Infinity Layer:
   El primer tipo de ensayos corresponde a los ensayos realizados sobre un canal artificial de sección transversal trapezoidal, construido en suelo con características arcilloso-arenosas y con su perímetro revestido con una membrana denominada Infinity Layer. En este primer tipo de ensayos, se estimó y analizó, para diferentes profundidades de la lámina de agua, el coeficiente de rugosidad de Manning de este revestimiento.
2. Ensayos en sistemas de subdrenaje tipo Alveodren:
   El segundo tipo de ensayos corresponde a ensayos sobre un sistema de subdrenaje construido con el material denominado Alveodrén, con el fin de evaluar su capacidad de infiltración para compararla con los subdrenajes tradicionales. Para ello, fue necesario construir, ensayar y analizar un sistema de drenaje convencional conocido como filtro francés. Este montaje del filtro francés se construyó, ensayó y analizó con el objetivo de disponer de valores de referencia de su capacidad y de los valores de los parámetros hidráulicos adicionales a los reportados en la literatura, y con los cuales ha sido posible la comparación hidráulica de los dos sistemas que se utilizan actualmente para el manejo de aguas subsuperficiales en excavaciones, taludes, cimentaciones, entre otros. En este segundo tipo de ensayos, también fue necesario construir un segundo montaje, en el cual se probó experimentalmente el sistema denominado Alveodrén. El modelo construido es similar al que se utiliza en el terreno. Este sistema permite recolectar y conducir el agua subsuperficial infiltrada en un estrato permeable, tal como lo realiza un filtro francés, pero sin el material filtrante (agregado grueso) y sin la tubería perforada, ya que el Alveodrén se instaló verticalmente para reemplazar el material filtrante. Horizontalmente, y para transportar el agua infiltrada, se construyó un canal de sección rectangular, revestido con el recubrimiento Infinity Layer.

Ensayos, análisis y conclusiones

El análisis del comportamiento hidráulico y la capacidad de transporte de los sistemas de drenaje y subdrenaje, a partir de las modelaciones físicas realizadas con los diferentes elementos para el manejo de la escorrentía superficial y subsuperficial —como el canal artificial en tierra, de sección trapezoidal, con un revestimiento perimetral con el supercompuesto Infinity Layer—, ha permitido, tal como ya se mencionó, estimar el coeficiente de rugosidad de Manning de este canal. Igualmente, ha sido posible estudiar el comportamiento hidráulico de un sistema de drenaje subsuperficial convencional tipo filtro francés, y estudiar el comportamiento hidráulico de un sistema de drenaje subsuperficial no convencional construido con elementos tipo alveolar, cuya estructura se compone de una lámina impermeable e isotrópica de polietileno virgen de alta densidad (PEAD), con un diseño alveolar que se encuentra recubierto con una membrana geotextil.

De acuerdo con los ensayos realizados, se encontró que el coeficiente medio de rugosidad de Manning (n) para un canal trapezoidal es de 0,010. Este valor es significativamente menor que el coeficiente de rugosidad de los canales construidos con recubrimientos tradicionales, tales como mortero, concreto pobre, piedra pegada, ladrillo, etc. En consecuencia, desde el punto de vista hidráulico, el recubrimiento con el Infinity Layer y el sistema constructivo resultan ser una excelente alternativa para la construcción de cunetas y pequeños canales para diferentes usos, especialmente por la reducción significativa de la sección, el aumento de la capacidad de transporte para una sección dada de canal y, seguramente, la reducción significativa de los costos de estos sistemas de conducción.

Como resultado del análisis comparativo de los filtros, se evidencia que los filtros construidos con las placas tipo Alveodrén presentan mejoras hidráulicas significativas con respecto al filtro francés. Aparte de las ventajas constructivas y de costos —que están por fuera del alcance de los estudios realizados—, en los ensayos hidráulicos se concluye que el coeficiente de permeabilidad de una placa de Alveodrén (13) es 7 veces mayor que el coeficiente de permeabilidad del filtro francés (1,8), y 9 veces mayor cuando se colocan dos placas de Alveodrén, indicando que la capacidad de transporte es significativamente mayor.

Impacto de la investigación

Esta investigación aplicada no solo evidencia el compromiso de la Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería con la innovación en infraestructura hidráulica, sino que también aporta conocimiento técnico valioso para el desarrollo de soluciones sostenibles, eficientes y competitivas en el manejo de aguas superficiales y subsuperficiales.

Las imágenes muestran el trabajo realizado en el Laboratorio de Hidráulica de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito.