boletin 003-01

XIII CONGRESO ARGENTINO DE
VIALIDAD Y TRÁNSITO
Comisión V: Pavimentos Flexibles
“USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES”
AUTORES:
Ing. Sandra M. Pérez
TECNOLOGÍAS EXCLUSIVAS S.A.
José Ingenieros 3435 – 1º Piso – SAN ISIDRO (1643)
Prov. Buenos Aires – ARGENTINA
Tel./Fax: 4719-7155
e-mail: [email protected]
Ing. Daniel Alzamora
TENSAR EARTH TECHNOLOGIES
5883 Glenridge Drive - Suite 2000 – ATLANTA
GEORGIA (GA 30328) – EEUU
Tel.: 001-404-250-1290 / Fax: 001-404-250-9185
[email protected]
PALABRAS CLAVE: Refuerzo, Contención, Economía, Optimización, Innovación
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USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO DE CAMINOS Y
SUBRASANTES
INDICE
RESUMEN
2
INTRODUCCIÓN
2
GEOGRILLAS EN EL REFUERZO DE CAMINOS
3
¿QUÉ SON LAS GEOGRILLAS?
FUNCIÓN DE LAS GEOGRILLAS EN CAMINOS
CONFINAMIENTO LATERAL DE LA BASE O SUBBASE GRANULAR
FUNCIÓN COMO MEMBRANA TENSIONADA
¿SE PUEDE LOGRAR EL MISMO EFECTO CON UN GEOTEXTIL?
3
4
4
6
7
ALGUNOS ENSAYOS REALIZADOS
8
ALGUNOS ENSAYOS PARA CAMINOS SIN PAVIMENTAR
8
ENSAYOS DE TRÁFICO A ESCALA REAL EN CAPAS DE AGREGADOS REFORZADAS CON GEOGRILLA
SOBRE SUBRASANTES DÉBILES – 1990 SPECIFIER’S GUIDE
8
ENSAYOS DE TRÁFICO A ESCALA REAL EN CAPAS GRANULARES REFORZADAS CON GEOTEXTILES Y
CON GEOGRILLA SOBRE SUBRASANTES DE ARENA (SP) - W EBSTER
8
PRUEBA DE CAMPO – ARMY CORPS OF ENGINEERS (ENERO, 1996)
10
ENSAYOS DE CARGA POR PLACA EN CAPAS GRANULARES REFORZADAS CON GEOGRILLA PARA
PAVIMENTOS FLEXIBLES - UNIVERSITY OF W ATERLOO (1984)
11
ENSAYOS VARIOS PARA CAMINOS PAVIMENTADOS
13
ENSAYOS DE CARGA POR PLACA PARA BASES REFORZADAS CON GEOGRILLA EN PAVIMENTOS
FLEXIBLES SOBRE SUBRASANTE DE ARCILLA– MIURA ET AL.
13
ENSAYO DE CAMPO A ESCALA REAL DE REFUERZO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES - U.S. ARMY
CORPS OF ENGINEERS (DICIEMBRE 1992)
14
PRUEBA DE GEOGRILLAS CON CARGAS DE CAMIÓN STANDARD DE CARRETERAS - THOMAS KINNEY
– UNIVERSITY OF ALASKA-FAIRBANKS (1998)
21
SECCIONES DE PRUEBA EN LABORATORIO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES REFORZADOS PROFESOR STEVEN PERKINS – MONTANA STATE UNIVERSITY (MARZO 1999)
23
RECOMENDACIONES PARA LA ESPECIFICACIÓN DEL MATERIAL
24
RECOMENDACIONES PARA LA INSTALACIÓN DEL MATERIAL
26
CONCLUSIONES
27
BIBLIOGRAFÍA
¡ERROR!MARCADOR NO DEFINIDO.
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO DE CAMINOS Y
SUBRASANTES
RESUMEN
El presente trabajo tiene como fin ilustrar acerca de las ventajas ocasionadas por
la utilización de Geogrillas para el refuerzo de bases, subbases y subrasantes en
caminos pavimentados o sin pavimentar. La aplicación de estos materiales resulta
un sistema novedoso en Argentina, pero ya ha sido ampliamente utilizado en
otros países de Norte, Sur, y Centro America, generando grandes beneficios
económicos y técnicos, tanto para las empresas constructoras como para los
concesionarios de caminos.
INTRODUCCIÓN
El refuerzo dado por una geogrilla
polimérica colocada entre las capas
estructurales de un pavimento posibilita
un notable aumento en la vida útil del
camino (con el consiguiente ahorro en
costos de mantenimiento) y/o posibilita
la reducción de los espesores
necesarios para las distintas capas
estructurales, reduciendo notablemente
los movimientos de suelos y muchas
veces evitando la necesidad de
importación
de
rellenos
de
características especiales.
Figura 1
Refuerzo de Pavimentos con Geogrilla
También, en caso de suelos naturales muy débiles, la colocación de Geogrillas
produce una distribución de cargas tal que maximiza la capacidad portante de la
subrasante, permitiendo un fácil acceso y construcción de plataformas de trabajo
sin necesidad de recurrir a los onerosos métodos tradicionales (reemplazo del
suelo, estabilización química, etc.).
La experiencia en obras en todo el mundo a lo largo de más de 15 años es muy
amplia y exitosa. Sólo en las Américas se llevan instalados más de 170 millones
de m2 de geogrilla, con lo que, considerando un camino de 4 mts de ancho,
tendríamos más de 40000 km de carreteras funcionando con esta tecnología (una
vuelta al mundo).
Cada uno de los mecanismos de refuerzo con que la geogrilla ayuda al pavimento
es analizado en profundidad en el presente trabajo y se exponen los ensayos
realizados por distintos organismos internacionales que los corroboran. También
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DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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se proporcionan algunas recomendaciones para la especificación y la instalación
de los materiales de refuerzo más adecuados para cada caso.
GEOGRILLAS EN EL REFUERZO DE CAMINOS
¿Qué son las Geogrillas?
Las Geogrillas son mallas de material polimérico
con espacios abiertos
(dimensionados para ser compatibles con la granulometría del relleno) llamados
“aperturas”, los cuales están delimitados por “costillas”. Su principal función es el
refuerzo y suelen utilizarse en balastos de vías ferroviarias, en caminos sin
pavimentar, en pavimentos flexibles, en fundaciones, en diques, en pendientes y
en muros.
Las características de las Geogrillas varían mucho según su composición
química, tecnología de fabricación y según las diferentes patentes existentes en el
mercado. Así, se pueden encontrar geogrillas de diferentes materiales y formas,
con diferentes tecnologías de unión en las juntas, con distintas aperturas de
malla, con distintos espesores. Todas estas variaciones, obviamente, dan como
resultado diferentes propiedades mecánicas y diferentes comportamientos, lo que
deberá tenerse en cuenta a la hora de seleccionar la grilla más adecuada para
una aplicación determinada.
Independientemente de la patente, existen dos
tipos básicos de geogrilla: las uniaxiales y las
biaxiales.
Las primeras poseen toda su
capacidad alineada en una única dirección, con
juntas transversales, y se utilizan en aplicaciones
donde se conoce a ciencia cierta la dirección de
aplicación de la carga (por ejemplo en el refuerzo
de taludes o muros). Las segundas poseen
capacidad dos direcciones, aproximadamente
perpendiculares entre sí, y se utilizan para
refuerzos con carga de dirección variable
(fundaciones, caminos, plataformas). Dado que el
propósito del presente trabajo se centra en la
utilización de las grillas para el refuerzo de
caminos, nos concentraremos en el último tipo.
Figura 2
Tipos de Geogrilla
Por otro lado, dentro de las geogrillas biaxiales, pueden diferenciarse otros dos
grupos: las geogrillas rígidas y las geogrillas flexibles. Las primeras son aquellas
fabricadas por extrudado y orientación de láminas de polipropileno o polietileno,
con juntas integrales conformando un sistema monolítico. Las segundas son
fabricadas generalmente con fibras de poliester unidas en los puntos de
encuentro mediante diferentes métodos de tejido con un revestimiento de PVC
por lo general.
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Función de las Geogrillas en Caminos
Las Geogrillas Biaxiales resisten altas cargas de corto plazo (dinámicas) o cargas
moderadas aplicadas durante períodos de tiempo prolongados que sean
aplicadas en cualquier dirección del plano de colocación de las mismas.
En el caso de los caminos, la función más importante que puede cumplir la
geogrilla es la de refuerzo de las capas estructurales de los mismos. Aquí, la
geogrilla ayuda efectivamente a soportar las cargas vehiculares, ya sean
derivadas del tráfico durante la construcción o el tráfico de operación diario del
camino en funcionamiento.
El mecanismo de refuerzo brindado por la geogrilla puede dividirse en dos tipos
de funciones de la misma dentro de las capas estructurales de la carretera: el
“confinamiento lateral de la base (o subbase) granular” y la función de “membrana
tensionada”. Veamos de qué se trata cada una.
•
Confinamiento Lateral de la Base o Subbase Granular
La función de refuerzo por confinamiento
lateral de las partículas que conforman la
base o subbase de un pavimento se
desarrolla a través de la interacción
(trabazón) del agregado con la geogrilla (ver
Figura 3). Esta función generalmente es
asociada al refuerzo de las capas base y
subbase.
Figura 3
Confinamiento de las Partículas
Ahora, el desarrollo de esta interacción en la interface base-geogrilla da lugar
a cuatro mecanismos de refuerzo:
1. Contención Lateral de las Partículas:
Figura 4
Deformación Permanente en Base y
Subrasante
Las cargas vehiculares aplicadas en la
superficie de un camino crean un
movimiento de desplazamiento lateral
del agregado de la capa base. Debido a
esto, aparecen deformaciones laterales
en el fondo de esta capa mientras las
partículas se mueven hacia abajo y hacia
fuera de la carga aplicada. Este
movimiento lateral permite que las
deformaciones verticales tengan lugar
creando un surco permanente en el
camino de la rueda.
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Ahora, al colocar una o varias geogrillas en la base granular, se crea una
interacción entre la base y la malla mientras las partículas tratan de
desparramarse lateralmente. De esta forma, la base granular le transmite
esfuerzos de tracción a la grilla y, dado que ésta tiene la capacidad de
resistir las cargas horizontales, se generan deformaciones laterales mucho
menores en el sistema. Este primer mecanismo de confinamiento debido a
la trabazón entre el relleno y el refuerzo disminuye considerablemente las
deformaciones laterales, da como resultado una deformación vertical
mucho menor en la superficie del camino.
2. Incremento del Módulo Resistente de la Base o Subbase:
Las tensiones de corte que se desarrollan entre el agregado y la geogrillas
dan lugar a un incremento de las tensiones laterales dentro de la porción
más baja de la capa base. Este incremento en el confinamiento lateral
lleva a un incremento en las tensiones principales del agregado. Por lo
tanto, y dado que los materiales granulares exhiben generalmente un
incremento en su módulo elástico al incrementarse las tensiones
principales, el agregado de la base se vuelve más rígido (siempre y
cuando se desarrolle una interacción (trabazón) adecuada entre base y
grilla).
Figura 5
Incremento del Módulo Resistente
Este segundo mecanismo de refuerzo, es decir el incremento en el módulo
debido al confinamiento lateral de la base, también da como resultado el
desarrollo de menores deformaciones verticales del agregado de la base.
Además, mientras este mecanismo controla el desarrollo de surcos,
también puede esperarse que un incremento en el módulo del suelo
resulte en menores deformaciones dinámicas verticales recuperables de la
superficie del camino, por lo que también se reduciría el efecto de fatiga en
pavimentos asfálticos.
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3. Mejoramiento de la Distribución de Carga sobre la Subrasante:
El incremento en el módulo de la
base también significa que esta
capa ayudará mejor en la
distribución de carga sobre la
subrasante, creando un efecto
como el que puede verse en la
Figura 6. Este tercer mecanismo
de refuerzo reduce, entonces,
las tensiones verticales en la
base y en la subrasante debajo
de la línea central de la rueda, lo
que dará lugar a deformaciones
verticales menores en ambas
capas.
Figura 6
Distribución de Presiones Verticales
Como resultado, entonces, de un mejoramiento en la distribución de carga,
la forma deflectada de la superficie del camino tendrá menor curvatura.
4. Disminución del Estado de Carga de la Subrasante:
La presencia de la geogrilla en la capa base puede también llevar a un
cambio en las condiciones de carga y deformación del material de la
subrasante. Como ya se mencionó, la rigidez incrementada de la capa
base da lugar a una reducción en las tensiones verticales sobre la
subrasante. De la misma forma, también es esperable que las tensiones
de corte transmitidas de la base a la subrasante se reduzcan.
Por lo tanto, este cuarto mecanismo de refuerzo da como resultado
menores tensiones de corte en la subrasante, lo que, al combinarlo con las
menores tensiones verticales, da lugar a un estado tensional menos
severo que lleva a menores deformaciones verticales en la subrasante.
•
Función como Membrana Tensionada
La función de la geogrilla para actuar como una membrana en tensión se
puede describir en términos de otras funciones, tales como el confinamiento
de la subrasante, el incremento de la capacidad portante de la subrasante o el
soporte como membrana.
En la aplicación de cargas de ruedas que causan falla por corte de la
subrasante y que dan lugar a grandes profundidades de surco, la forma
deformada de la geogrilla sería como la que se muestra en la Figura 7. Esta
forma y la consiguiente tensión desarrollada en el material crea una resistencia
hacia arriba a la carga de la rueda y un confinamiento hacia abajo de la
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subrasante. Este soporte membranal de la carga de la rueda reduce la tensión
vertical aplicada a la subrasante.
Por otro lado, el confinamiento de la subrasante incrementa su resistencia a la
falla por corte.
Figura 7
Efecto de Membrana
Este proceso de refuerzo será
dependiente de la profundidad
del
surco
desarrollado.
Inicialmente, la carga aplicada
podría exceder la resistencia
de la subrasante, lo que da
lugar a la formación del surco.
A medida que el surco va
creciendo (siempre bajo la
condición de que la carga
aplicada excede la resistencia
de la subrasante) la geogrilla
empieza a soportar cada vez
más carga.
El proceso continúa hasta que la tensión en la subrasante llega a un nivel
admisible. En este punto, el sistema se hace estable y la profundidad del surco
llega a un valor constante.
Sin embargo, para desarrollar este mecanismo, se necesita una deformación
significativa de la superficie del camino, lo que generalmente requiere que el
suelo de la subrasante sea débil y/o las cargas de tránsito sean grandes. El
tráfico, además, debe estar canalizado para que la función como membrana
tensionada trabaje.
¿Se puede lograr el mismo efecto con un Geotextil?
La respuesta es NO debido a que un geotextil, al no poseer aperturas
suficientemente grandes y debido a sus pobres propiedades friccionantes, no
puede lograr una trabazón con el agregado granular suficiente como para poder
cumplir la función de Confinamiento Lateral, por lo que su función dentro de la
capa base se vería limitada a la de Membrana en Tensión, la cual, según vimos,
necesita grandes deformaciones para desarrollarse. Por lo tanto, los geotextiles
ayudarían como refuerzo sólo en presencia de subrasantes muy blandas y en el
caso en que se admitan deformaciones considerables en la superficie del camino.
Y aún así, su performance no es la misma, tal como veremos en los ensayos
realizados que se exponen a continuación.
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ALGUNOS ENSAYOS REALIZADOS
Desde la creación de las geogrillas, se realizaron un gran número de ensayos y
experiencias para corroborar su bondad en el refuerzo de caminos, con o sin
pavimento. Aquí haremos una breve reseña acerca de los más importantes.
Algunos Ensayos para Caminos sin Pavimentar
•
Ensayos de Tráfico a Escala real en Capas de Agregados reforzadas con
Geogrilla sobre Subrasantes Débiles – 1990 Specifier’s Guide
Se ensayaron 3 subrasantes ( CBR 4.9, 1.6 y 0.4) y capas de base granulares de
piedra partida de diferentes espesores sobre carriles de prueba que contenían,
cada uno, una sección no reforzada y otra reforzada con una geogrilla colocada
entre la base granular y la superficie de la subrasante. La carga de tránsito se
aplicó utilizando un camión con ruedas duales en el eje trasero, cargado hasta
80kN A medida que el tránsito progresaba, la carga del eje trasero se incrementó
hasta 130 kN. Se aplicaron hasta 1300 pasadas en cada carril.
Las conclusiones fueron las siguientes:
Para el mismo espesor de agregado de la base sobre subrasantes con CBR entre
1.5 y 5, el refuerzo con geogrilla permitió alrededor de 3.5 veces más tránsito
antes que la deformación en la superficie llegara a 3.8 cm. Alternativamente, se
hubiera obtenido el mismo comportamiento si el espesor de la base granular
hubiera sido 5 cm más fino que el correspondiente a la estructura sin reforzar.
Se obtuvo poco refuerzo de la base granular para la subrasante con CBR 0.4. Las
partículas de arcilla se colaron entre las aperturas de la geogrilla y obstaculizaron
la trabazón con las partículas de la base granular. Probablemente se hubiera
obtenido un mejor comportamiento si se hubiera colocado algún material de la
base granular sobre la subrasante antes de colocar la geogrilla.
•
Ensayos de Tráfico a Escala real en Capas Granulares reforzadas con
Geotextiles y con Geogrilla sobre Subrasantes de Arena (SP) - Webster
El ensayo consistió en la carga mediante la rueda de un camión, la de un tanque y
la de un avión C-130 sobre capas granulares de 10 cm de espesor reforzadas
alternativamente en la parte inferior con una geogrilla y con 4 tipos de geotextil,
sobre una subrasante de arena.
Los materiales de refuerzo fueron los siguientes:
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Ensayo Nº
Refuerzo
1
2
3
4
5
6
Ninguno
Geotextil A
Geogrilla
Geotextil B
Geotextil C
Geotextil D
Resistencia/Elongación
ASTM D4595-86
5% Deformación
(kN/m)
--8.3
----
Resistencia/Elongación
ASTM D4632-86
(kN/%)
-0.6/60
-1.1/20
2.1/25
4.4/25
Por otro lado las cargas de tránsito fueron las siguientes:
CAMIÓN
C-130
TANQUE
5 ton militar
Rueda simple
Vehículo 70 ton
Carga a 89 kN
Carga a 155.7 KN
Peso estimado 186.4 kN
-Presión Ruedas 482.8 kg/cm2 Presión Ruedas 689.7 kg/cm2
Los resultados para la carga por camión pueden verse en los gráficos de la Figura
8, donde se hace evidente la superioridad del refuerzo otorgado por la geogrilla
para la reducción de la profundidad de los surcos marcados por la rueda y para la
reducción de la depresión permanente de la superficie del camino.
CARRIL 1 - Tránsito con Camión
12.00
Prof. Surco (cm)
10.00
Control
Geotextil A
8.00
Geogrilla
6.00
Geotextil B
4.00
Geotextil C
Geotextil D
2.00
0.00
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
CARRIL 1 - Tránsito con Camión
Figura 8
Resultados Ensayos de Tráfico a Escala
real en Capas Granulares reforzadas con
Geotextiles y con Geogrilla sobre
Subrasantes de Arena (SP)
Depresión Permanente de la
superficie (cm)
Pasadas
7.00
6.00
Control
5.00
Geotextil A
4.00
Geogrilla
3.00
Geotextil B
Geotextil C
2.00
Geotextil D
1.00
0.00
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Pasadas
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Se observó que sólo la geomalla funciona mejor que el control bajo cargas con el
camión y que la geomalla funciona mejor que los geotextiles en los tres tipos de
cargas. Se concluyó por el departamento de Transporte que las geomallas tienen
mejor potencial para reforzar que geotextiles y que si se usan geotextiles en la
sección no se les debe atribuir ninguna contribución estructural.
•
PRUEBA DE CAMPO – Army Corps of Engineers (Enero, 1996)
Esta prueba consistió en la carga, mediante pasadas (2000 ciclos) de un camión
de 19.00 toneladas de peso, de un camino de grava construido sobre suelos
blandos (CBR<1). La idea rectora fue comparar la resistencia otorgada por
distintos geosintéticos. Para esto, se dispusieron 4 tramos diferentes en el
camino: el primero sin ningún refuerzo, el segundo con un geotextil no tejido, el
tercero con un geotextil tejido y, por último, el cuarto con geotextil no tejido y una
geogrilla rígida.
El criterio de falla adoptado para la prueba fue una deformación de 3.00 pulgadas
(7.62 cm) sobre la base del camino. Con este criterio de falla, entonces, se
encontraron los distintos espesores de relleno de grava que se necesitaban para
cada caso. Los resultados fueron los siguientes:
1.- Sin Refuerzo:
e = 20” (50.80 cm)
2.- Con Geotextil Tejido o No Tejido:
e = 15” (38.10 cm)
3.- Con Geotextil No Tejido y Geogrilla: e = 10” (25.40 cm)
Nótese la diferencia (y, por lo tanto, el ahorro) obtenida a partir del uso de la
geogrilla.
Además, al estudiar la distribución de la resistencia otorgada en cada caso, el
resultado fue, todavía, más contundente, tal como puede verse en la Figura 9.
Figura 9
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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Es decir que la geogrilla no sólo posibilita una mayor reducción en el
espesor del relleno sino que, además, otorga una resistencia superior
desde los estratos más bajos (es decir que el aumento de resistencia no
es gradual a lo largo del relleno sino que se produce en forma localizada
en el punto más bajo del mismo, incrementándose hacia arriba). Esto
corrobora el incremento de módulo mencionado anteriormente.
•
Ensayos de Carga por Placa en Capas Granulares Reforzadas con Geogrilla
para Pavimentos Flexibles - University of Waterloo (1984)
El programa consistió en ensayos de carga repetida sobre bases granulares de
diferentes espesores con o sin refuerzo de una geogrilla rígida de 0,762mm de
espesor. Otras variables controladas fueron la ubicación del refuerzo y la
resistencia de la subrasante, la cual consistió en una arena fina de playa (SP).
El programa fue dividido entre 6 series de
ensayos, cada una conteniendo 4 secciones
diferentes.
La arena de la subrasante estuvo seca para la
serie de ensayos 1 y saturada, para bajar su valor
soporte, en las series de ensayos 2 y 3. Una
condición aún más débil de la subrasante se creo
para las series de ensayos 4, 5 y 6 al mezclar un
suelo organico en los 20 cm superiores de la
arena. En todos los ensayos se utilizaron
superficies de concreto asfáltico de 7.5 a 10 cm de
espesor.
Figura 10
La carga aplicada fue de 40 kN a través de una platea de 30.5 cm de diámetro,
produciendo una presión de 551.7 kg/cm2. Cada sección de ensayo fue sujeta a
una secuencia de cargas cíclicas (8 ciclos/seg) seguidas de una carga estática
simple.
El criterio de falla consistió en el desarrollo de una deformación permanente de
2cm.
Las principales conclusiones fueron las siguientes:
1. El refuerzo con geogrilla reduce la deformación permanente en sistemas de
pavimentos flexibles.
2. Las secciones de pavimentos con la capas base reforzadas con geogrilla
soportaron el triple del número de aplicaciones de carga antes de desarrollar
una deformación permanente de equivalentes.
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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3. Desde el punto de vista del comportamiento carga-deformación obtenido, el
refuerzo con geogrilla permitió una reducción de hasta un 50% en los
requerimientos de espesor en las bases granulares.
4. La ubicación óptima de la geogrilla dentro de la base/subbase granular
depende del espesor de la capa base y de la resistencia de la subrasante. En
general, la ubicación óptima es en el fondo de capas base delgadas o en el
medio para bases de más de 25 cm de espesor.
Algunos resultados pueden verse en la Figura siguiente.
Figura 11
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
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Ensayos Varios para Caminos Pavimentados
•
Ensayos de Carga por Placa para Bases Reforzadas con geogrilla en
Pavimentos Flexibles sobre Subrasante de Arcilla– Miura et al.
Estos ensayos utilizaron un perfil compuesto por una subrasante de arcilla blanda,
una subbase de 20 cm de espesor, una base de 15 cm y una superficie de
concreto asfáltico de 5 cm. Se ensayaron tres tipos de geogrillas rígidas y se
aplicó una carga cíclica de 193.1 kg/cm2 con una frecuencia de 0.18 Hz (4 seg en
carga y 2 seg sin carga) a través de un plato de acero de 20 cm de diámetro. El
criterio de falla se fijó en 0.50 cm de asentamiento de la superficie de concreto
asfáltico.
Los resultados mostraron que el número de ciclos de carga se incrementó de
2500, para el sistema sin reforzar, a entre 7500 y 20000 para el sistema reforzado
(la variación corresponde al tipo de geogrilla de refuerzo y a su ubicación dentro
del paquete estructural). Por otro lado, se ensayó un refuerzo en dos capas y se
pudo apreciar que éste refuerzo fue más efectivo cuando la geogrilla se colocó en
las partes superiores de la subrasante y de la subbase, incrementando 6 veces el
número de ciclos de carga.
•
Ensayos de laboratorio a Gran Escala y Estudios Analíticos acerca del
Refuerzo de Pavimentos Flexibles con Geosintéticos – Barksdale, Brown &
Chan (University of Nothinghan / Georgia Institute of Technology)
Los ensayos de laboratorio consistieron en una superficie asfáltica de 2.5 a 3.8
cm de espesor colocada sobre una base granular de 15 o 20 cm, con una
subrasante de arcilla (CBR 2.5). La carga consistió en una rueda cargada con
6.7kN. Se ensayaron diferentes refuerzos con geosintéticos.
Tanto los resultados de los ensayos como los del estudio analítico indicaron que
el refuerzo con geosintéticos de una base granular, bajo condiciones apropiadas,
mejora el funcionamiento del pavimento con respecto tanto a la deformación
permanente como a la fatiga. Algunas conclusiones específicas del estudio son
las siguientes:
(1) Tipo y Rigidez del Geosintético: Una geogrilla de malla abierta tiene la
capacidad de refuerzo de un geotextil tejido 2.5 veces más rígido. Los ensayos
indicaron que la rigidez mínima que deberá tener el geosintético para reforzar
una base granular deberá ser de 262.7 kN/m para geogrillas y de 700 kN/m
para geotextiles tejidos.
(2) Posición del Geosintético: Para secciones de pavimentos livianas construidas
con bases de agregados de baja calidad, la posición preferida para el refuerzo
debería ser en el medio de la base, en especial si se tiene una buena
subrasante. Para pavimentos construidos sobre subrasantes blandas, el
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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refuerzo debería estar en o cerca de la parte inferior de la base. El refuerzo
debería estar en el fondo de la base para ser más efectivo en minimizar la
deformación permanente de la subrasante.
(3) Niveles de Mejora: En las secciones livianas sobre subrasantes débiles
reforzadas con geosintéticos pueden hacerse reducciones de 10 a 20% del
espesor de la base. Para subrasantes débiles y/o bases de mala calidad, la
formación de surcos en la base y en la subrasante se puede reducir entre un
20 y un 40%.
(4) Fatiga: Los resultados analíticos indicaron que las mejoras logradas en las
deformaciones permanentes de la base y la subrasante serían mayores que
los obtenidos para el fenómeno de fatiga.
•
Ensayo de Campo a Escala Real de Refuerzo de Pavimentos Flexibles - U.S.
Army Corps of Engineers (Diciembre 1992)
Este ensayó involucró la construcción de secciones a escala real de pavimentos
flexibles reforzados con geogrilla con el fin de estudiar más a fondo el refuerzo
obtenido con esta tecnología.
Tal como puede verse en la Planta de la Figura 12, la sección de ensayo contenía
4 carriles de tránsito. Los carriles 1 y 2 se ensayaron con un tráfico distribuido
sobre un ancho equivalente al ancho de 5 ruedas y fueron diseñados para medir
el potencial de refuerzo de las geogrillas en general. Los carriles 3 y 4 utilizaron
un tránsito canalizado y se diseñaron para comparar los distintos tipos de
geogrilla presentes en el mercado. Todas las secciones se cubrieron con una
capa de 5 cm de espesor de concreto asfáltico1.
Figura 12
Vista en Planta de los Carriles de Ensayo
En todos los casos, el material de la subrasante consistió en una arcilla pesada
(CH), con un LL=67 e IP=45, y para la base se utilizó piedra partida.
1
Esta capa cumplía con los requerimientos de la FAA Item P-401 de pavimentos diseñados para
aeronaves con pesos brutos menores a las 27 toneladas o con presión de ruedas inferior a
690kPa.
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DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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Con respecto a los perfiles de cada carril, éstos estuvieron divididos en 4
secciones o ítems cada uno y fueron los siguientes:
El Carril 1 contenía 2 espesores de
capa base, cada uno con y sin refuerzo
con Geogrilla Tipo 2. La Sección 4 se
diseñó para fallar a un nivel de tráfico
bajo (100 coberturas). La sección 1 se
diseñó para aproximadamente 500
coberturas y las secciones 2 y 3 se
diseñaron para medir directamente la
mejora introducida por la geogrilla en la
base de la capa base.
Figura 13
Perfil Carril 1
En el Carril 2 se diseñaron los
espesores
para
fallar
a
aproximadamente los mismos niveles
de cobertura que para el Carril 1. En
este caso, además, se dispuso una
subrasante débil para estudiar el
potencial de refuerzo de la geogrilla
en este caso. El CBR=3 de la
subrasante demandó espesores de
base mayores, lo que sirvió para
estudiar el comportamiento de la
geogrilla
en
ubicaciones
relativamente profundas.
Figura 14
Perfil Carril 2
En el Carril 3, por un lado las
secciones 2 y 3 se utilizaron para
estudiar
la
ubicación
más
conveniente de la geogrilla, por otro
lado las secciones 3 y 4 sirvieron
para evaluar la importancia del
módulo secante de la geogrilla para
el mismo tipo de material. Por
último, las secciones 1 y 2 se
usaron
para
comparar
el
comportamiento de dos tipos de
geogrilla presentes en el mercado.
Figura 15
Perfil Carril 3
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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En el Carril 4, las secciones 1 a 3
sirvieron, al igual que las secciones 1 y
2 del carril 3, para comparar diferentes
tipos de geogrillas presentes en el
mercado (las cuales se diferenciaban
en su estructura, su composición
polimérica, su tipo de junta, su masa
por unidad de área, el tamaño de las
aperturas, su espesor y resistencia a
la tracción). Por otro lado, la Sección 4
de este carril consistió en una sección
sin refuerzo, con el fin de comparar los
resultados con los de las secciones
reforzadas.
Figura 16
Perfil Carril 4
El tráfico se aplicó entre Enero y Junio
de 1991 usando un dispositivo de
ensayo con una rueda simple de
133.5kN. La rueda y goma del ensayo
correspondía a una aeronave C-130 y
fue inflada de manera tal de obtener
una presión de contacto de 470kPa. El
tráfico se aplicó moviendo el dispositivo
hacia delante y luego en reversa a lo
largo de toda la longitud de la sección
de ensayo.
Figura 17
Dispositivo de Ensayo
Las geogrillas ensayadas fueron las siguientes:
Tipo
Clasif.
1
Rígida
2
Rígida
3
Rígida
4
Flexible
5
Flexible
6
Flexible
Estructura
Composición
Polimérica
Lámina
Polipropileno
Agujereada
Lámina
Polipropileno
Agujereada
BiPolipropileno
orientada
Tejida
Polyester/
costura PVC
Tejida
Polyester/
costura PVC
Tejida
Polyester
Método de
Unión
Propiedades
Dimensionales
Módulo
Secante 5%
Masa
(Oz/sq yd)
Tamaño
Aperturas
(in)
MD
(lb/in)
XMD
(lb/in)
Plano
6.4
1.0x1.3
950
1470
Plano
9.0
1.0x1.3
1170
2000
Extrudado
5.9
1.8x1.7
920
1250
Entretejido
9.0
0.9x0.9
1840
840
Entretejido
5.7
0.69x0.75
1250
920
Tejido/
Cosido
8.0
1.2x1.3
1300
710
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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Figura 18
Geogrillas Utilizadas en el Ensayo
El criterio de falla se definió en una profundidad de surcos de 2.5 cm. De todas
formas, el tránsito se continuaba hasta obtener una profundidad de 7.5 cm o hasta
que todos los ítems de cada carril hubieran llegado a 2.5 cm de profundidad. El
tránsito luego de la falla se continuó con el fin de estudiar qué beneficio podría
traer la geogrilla para mayores profundidades de surco. Por razones económicas,
el tránsito en el Carril 1 se detuvo luego de 10000 pasadas aún cuando no todos
los ítems habían fallado.
Algunos de los resultados más significativos pueden apreciarse en las figuras que
siguen:
Figura 19
Prof. de Surco para Bases de 15 y 20 cm (Subrasante CBR=8) con y sin Refuerzo
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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Figura 20
Prof. de Surco para Bases de 30.5 y 45.7 cm (Subrasante CBR=3) con y sin Refuerzo
Figura 21
Prof. de Surco sin reforzar y para distintos tipos de refuerzo
Figura 22
Prof. de Surco sin reforzar y para distintas ubicaciones del refuerzo
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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Del análisis de los resultados, se pudo ver que:
1. El Factor de Mejoramiento de Tránsito (que se
define como el cociente entre el número de ciclos
de carga hasta la falla en pavimentos reforzados y
el número de ciclos para pavimentos no
reforzados) varió en los ensayos entre 0.9
(ninguna mejora) hasta 22.4 veces más tránsito,
para producir una profundidad de surco de 2.5 cm,
o hasta 16.3 para una depresión en la superficie
de 2.5 cm.
Figura 23
Deformación Superficial con y sin refuerzo
2. La profundidad de emplazamiento de la geogrilla resultó crítica para el Factor
de Mejoramiento de Tránsito. Los ensayos demostraron que el refuerzo
colocado en el fondo de la capa base daba los mejores resultados (ver Figura
24). Por otro lado, se recomienda una profundidad mínima de 15 cm.
Figura24
Variación del Factor de Mejoramiento de Tránsito en función
de la Profundidad de Colocación de la Geogrilla
3. Los resultados de los ensayos en los Carriles 1 y 2 se usaron para desarrollar
relaciones de espesor entre las secciones reforzadas y sin reforzar. Así, se
elaboraron los gráficos de la Figura 25 (válidos para las condiciones de los
ensayos).
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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Figura 25
Mejoramiento de Espesores de la Capa Base con Geogrilla
4. Los mecanismos de mejora que brinda la geogrilla como refuerzo de la capa
base de un pavimento flexible (trabazón con el material de la base,
confinamiento de la subrasante, efecto de membrana tensionada) fueron
corroborados por los ensayos.
5. El comportamiento de las distintas geogrillas ensayadas varió entre no generar
ninguna mejora hasta el logro de una reducción del 40% del espesor total
requerido del pavimento. La Geogrilla 2 fue la que mejor se comportó y su
versión más liviana, la Geogrilla 1, fue la que le siguió. Sin embargo, otro tipo
de producto laminar y uno tejido con buenas propiedades de resistencia no
pudieron proveer ninguna mejora apreciable. El resto de los materiales tejidos
brindaron mejoras marginales.
6. Se intentó correlacionar las propiedades geométricas y resistentes de las
geogrillas con su capacidad de refuerzo. En la tabla siguiente pueden verse
algunas de las conclusiones:
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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Item
Propiedad
Conclusión
Costillas
Aperturas
Espesor
Rigidez
Forma (sección
transversal)
Tamaño
Uniones
Forma
Rigidez
Resistencia
Cuanto más grueso, mejor
Cuanto más rígido, mejor.
Cuadrada o rectangular es mejor que formas
redondeadas o curvadas.
Relativo al tamaño del agregado. No se conoce
el tamaño óptimo, 1.9 a 3.8 cm es
probablemente un rango adecuado.
Redondeada o cuadrada es mejor.
Cuanto más rígida, mejor.
Necesita una resistencia mínima. Todas las
geogrillas ensayadas fueron adecuadas.
Se necesita un módulo secante mínimo. No se
conoce el óptimo. Se debería usar el de la
Geogrilla 2 como mínimo.
El ensayo “Estabilidad de la Apertura de Malla
por Rotación Planar” desarrollado por el Dr.
Thomas Kinney presenta un buen potencial
para relaciones con el comportamiento del
tránsito. Una estabilidad mínima del módulo
secante de apertura con un torque especificado
será un buen indicador.
Grillas
Módulo Secante
(ASTM D4595)
Estabilidad
•
Prueba de Geogrillas con Cargas de Camión Standard de Carreteras Thomas Kinney – University of Alaska-Fairbanks (1998)
Estos ensayos tuvieron el objetivo de estudiar el movimiento de las partículas de
la base granular de un pavimento flexible en el plano de ubicación de la geogrilla
bajo una carga de rueda tal que ocasionara un surco en el mismo.
Los ensayos se realizaron sobre una caja, con fondo de vidrio, llena con arena
sobre la que se movió una rueda. Los movimientos de las partículas en el fondo
de vidrio fueron, entonces, grabadas con una cámara y luego digitalizadas. Los
movimientos en la zona superior fueron medidas con reglas y micrómetros.
Figura 26
Dispositivo de Ensayo para estudio de Movimiento de Partículas
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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Se encontró que, durante el paso de la rueda, las partículas se mueven en un
camino elíptico pero que no vuelven a sus posiciones iniciales. Además, se notó
que el eje mayor de la elipse descripta cambia con la distancia al centro del
camino de la rueda y que el movimiento permanente de las partículas se da
generalmente con un ángulo respecto de la trayectoria de la rueda. Ver Figura 27.
Figura 27
Movimiento de las Partículas en el Plano
de Ubicación de la Geogrilla
De este estudio, entonces, se concluyó que
las geogrillas deben resistir un movimiento
rotacional de las partículas durante la carga,
para resistir la rotura por fatiga, y un
movimiento diagonal generalizado de las
partículas, para resistir la formación de
surcos.
La geogrilla más beneficiosa será,
entonces, aquella que resista mejor en la
dirección del movimiento de las partículas.
Figura 28
Medición de la Estabilidad del Módulo
Secante de las Aperturas de una Geogrilla
Es más probable que las geogrillas con un alto grado de estabilidad de sus
aperturas resistan la rotación y movimiento diagonal en forma más efectiva.
De acuerdo a estos resultados, entonces, se diseñó un nuevo método de
evaluación de las geogrillas para predecir su performance: la estabilidad del
Módulo Secante (o Rigidez Torsional) de las Aperturas, el cual demostró una muy
buena correlación con el Factor de Mejoramiento de Tránsito (FMR). Este ensayo
consiste en medir la deformación de la geogrilla en términos de rotación angular
mientras se aplica un torque sobre la misma, que es incrementado
progresivamente.
De estos ensayos surgió la siguiente correlación:
Figura 29
Correlación entre la Rigidez
Torsional de la Geogrilla y
el Factor de Mejoramiento
de Tránsito
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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•
Secciones de Prueba en Laboratorio para Pavimentos Flexibles Reforzados Profesor Steven Perkins – Montana State University (Marzo 1999)
Estos estudios se realizaron con
el fin de estudiar la influencia de
diferentes geosintéticos (dos
tipos de geogrilla rígida y un
geotextil tejido) y su ubicación en
el refuerzo de bases granulares
de pavimentos flexibles.
El dispositivo utilizado consistió
en una caja de concreto donde
se colocaron secciones de
pavimentos
a
escala
de
laboratorio.
Figura 30
Dispositivo de Prueba
Por otro lado, se utilizó un dispositivo de carga consistente en un cilindro
neumático con una carga (cíclica) promedio de 40 kN, aplicada a través de un
plato de acero de 305 mm de diámetro apoyado sobre la superficie del pavimento.
Además se colocó una superficie de goma de 4 mm de espesor entre el plato y el
pavimento para ayudar a distribuir la carga, resultando en una presión del plato de
550 kPa.
Se ensayaron 20 secciones diferentes variando el material de la subrasante (tipo,
rigidez y resistencia), el tipo de geosintético, la posición del mismo y el espesor de
la capa granular.
Algunos resultados pueden verse en la Figura 31, donde puede apreciarse la
mejora significativa introducida por los geosintéticos en la performance del
pavimento. Estas mejoras resultaron más apreciables cuanto menor resultó el
CBR de la subrasante.
Figura 31
Algunos Resultados del Ensayo
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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También se pudo estudiar la influencia de la posición del geosintético a través del
ensayo de una misma geogrilla ubicada sobre la subrasante y 100 mm arriba en
la capa granular. Esta última posición demostró un comportamiento
significativamente mejor.
Por otro lado, se observó que las secciones reforzadas con Geogrilla se
comportaron mucho mejor que las reforzadas con geotextil. Un análisis de las
tensiones y deformaciones en las capas del pavimento mostró que la mayor
diferencia de respuestas estaba en la distribución vertical de la carga sobre la
subrasante. Además, la sección reforzada con geotextil se deformó en forma más
parecida a las secciones sin reforzar durante las primeros instantes de carga. Se
atribuyó la diferencia entre geotextiles y geogrillas a las distintos grados de
interacción de los materiales con el agregado y por las propiedades de cargadeformación intrínsecas de cada uno.
Por último, se observaron altas Relaciones de Beneficio de Tránsito para las
secciones reforzadas, comprobándose las ventajas presentadas por el refuerzo
en cuanto a la vida útil del pavimento.
RECOMENDACIONES PARA LA ESPECIFICACIÓN DEL MATERIAL
En general, para asegurar una buena performance, las geogrillas a utilizar
deberían consistir en mallas de estructura regular biaxial, formada por dibujos
continuos y deberían tener una apertura geométrica rectangular (costillas y
uniones de cruce) suficiente como para permitir un intertrabado mecánico
significativo con el material que será reforzado. Además, estas geogrillas deberían
presentar una alta resistencia a la flexión y a la tracción en costillas y uniones.
Por otro lado, la geogrilla debería mantener la capacidad de refuerzo e
intertrabado bajo cargas dinámicas repetidas durante su puesta en servicio y
también debería ser resistente a la degradación producida por los rayos
ultravioletas, al daño durante las prácticas normales de construcción y a toda
forma de degradación biológica o química que normalmente pueden encontrarse
en el material que será reforzado.
Veamos lo que recomiendan las agencias públicas de los Estados Unidos (que es
el país con mayor experiencia en la utilización de este material). Estas
recomendaciones están basadas en gran parte en los resultados de los estudios
que hemos discutido en este trabajo.
•
US Army Engineers Waterways Experiment Station, Mayo 1991:
El mecanismo de mejoramiento de las geomallas se debe a la trabazón
lograda entre el suelo y el refuerzo. La baja fricción entre el suelo y los
geotextiles no permite tan buena interacción con el relleno.
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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•
US Army Engineers Waterways Experiment Station, Diciembre 1992
Los ensayos de campo realizados a escala real verifican la habilidad de
reforzar pavimentos flexibles con Geogrillas. También indican que el
comportamiento depende también del tipo de malla, variando para los
diferentes modelos entre ningún mejoramiento hasta una reducción del 40%
en el espesor total de la sección de pavimento. Las propiedades importantes
en el comportamiento de la geomalla son:
a. Geometría del refuerzo en planta y transversal.
b. Rigidez flexural y rotacional.
c. La capacidad de las juntas (deben tener una capacidad de, al
menos, un 90% de la capacidad de la geomalla).
d. Estabilidad de la apertura bajo carga (resistencia del refuerzo
contra deformación bajo cargas en todas direcciones).
•
Federal Aviation Administration, April 1994
Las Geomallas deben ser aprobadas por el ingeniero del proyecto. Se
necesita la siguiente información para aprobar las geomallas como refuerzo
debido a que algunas geomallas tienen la habilidad de reforzar y algunas
tienen poco o ninguna contribución a la serviciabilidad del pavimento:
a. Pruebas de laboratorio y ensayos de campo a escala real para el
producto. Los resultados deben cuantificar la contribución
estructural de la geomalla en la estructura de pavimento.
b. Una lista de 5 proyectos comparables en términos de escala y
aplicación donde los resultados de la geomalla puedan ser
verificados después de 1 año de servicio.
c. Una muestra del producto y especificaciones certificadas.
•
Geosynthetic Materials Association, June 2000
El beneficio principal de reforzar la capa base es aumentar la vida útil del
camino o proveer una performance equivalente usando una sección estructural
reducida. Se recomienda que se usen especificaciones a partir de una lista de
productos aceptados ya que el mecanismo de refuerzo no es aún entendido
por completo y se debe considerar que el beneficio aportado por los materiales
dependen del producto y las condiciones de la prueba. La equivalencia debe
ser definida en términos de performance y no solamente en función de las
propiedades índices de cada producto.
•
FHWA, Geosynthetic Design and Construction Guidelines, April 1998
No hay disponible hasta este momento especificaciones standard para el
refuerzo de secciones de pavimentos. Hay muchas agencias de los Estados
Unidos que usan geomallas en las secciones de pavimentos como refuerzo.
Éstas siguen las siguientes consideraciones:
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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a. Definir el objetivo, por ejemplo la reducción de sobreexcavación
sobre suelos blandos, o la reducción del espesor de la capa
base, o extender la vida útil del camino, o una combinación.
b. Definir la función del geosintético y estudiar la aplicabilidad de la
geomalla.
c. Hacer un proyecto de demostración para examinar el
comportamiento de la geomalla en comparación con métodos
convencionales.
d. Después de obtener resultados satisfactorios crear una lista de
productos precalificados o especificar una lista de propiedades
clave.
e. Monitorear el comportamiento de los proyectos para confirmar la
performance anticipada.
•
AASHTO, Recomended Practice for Gesynthetic Reinforcement of the
Agregate Base Course of Flexible Pavement Structures, April 2001
La intención de colocar geosintéticos como refuerzo es para proveer soporte
estructural a las cargas de trafico durante la vida útil del pavimento. Debido a
que los beneficios de los geosintéticos en el refuerzo de estructuras de
pavimentos no se puede determinar en forma analítica, se necesita hacer
secciones de prueba para cuantificar el beneficio. Se han hecho algunos
estudios que son la base del diseño. Las recomendaciones son empíricas y,
por lo tanto, están restringidas a las aplicaciones y en las condiciones en que
ya ha demostrado su beneficio. El diseñador debe realizar un ensayo usando
los materiales en condiciones similares para poder estimar el beneficio a
obtener. La expectativa del uso del geosintético como refuerzo es la de
extender la vida útil o reducir la sección estructural manteniendo una
prestación equivalente.
RECOMENDACIONES PARA LA INSTALACIÓN DEL MATERIAL
Con respecto a la instalación, como ocurre con todos los materiales de la
construcción, las ventajas de incluir la geogrilla tendrán lugar sólo si ésta es
colocada adecuadamente y siguiendo todas las recomendaciones del fabricante y
del proyectista. En general, deberán cuidarse, entre otros, los siguientes
aspectos:
•
•
•
•
Que la subrasante sea preparada tal y como se indica en los planos
o según como lo especifique el ingeniero a cargo.
Que la geogrilla sea colocada cumpliendo con las líneas y niveles
indicados en los planos.
Que la geogrilla se coloque orientada de manera tal que el largo del
rollo corra paralelo a la dirección de la carretera.
Que se cumplan los solapes entre geogrillas indicados en los planos
(debe usarse un solape mínimo de 30 cm).
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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•
•
Que se tomen los recaudos necesarios para que las geogrillas no se
separen en los solapes durante la construcción.
Que el material de la base granular se coloque en capas y sea
compactado de acuerdo a lo indicado por el proyectista. Se requiere
un espesor mínimo de 15cm para operar las máquinas comunes de
este tipo de construcción sobre la geogrilla, sólo equipos con ruedas
de goma pueden operar directamente sobre la geogrilla a
velocidades menores de 16 km/h.
De todas formas el proveedor debería suministrar al contratista una “Guía de
Instalación”, donde se especifiquen los detalles a tener en cuenta, y sería
deseable que supervise la obra para asegurarse de que el material se use en
forma correcta.
También se recomienda que monitorear formalmente el comportamiento de la
sección a largo plazo, para controlar el cumplimiento de las ventajas predichas.
CONCLUSIONES
Como vimos, la conclusión principal de todos los investigadores es prácticamente
la misma para todos: El uso de geosintéticos, sean geotextiles o geomallas,
contribuyen al mejoramiento de la sección estructural de los caminos, sin
importar la capacidad portante del suelo bajo la misma, y su colocación dentro del
paquete estructural mejora la performance del pavimento.
Por otro lado, una segunda conclusión que hacen los investigadores es que los
geotextiles y las geomallas no tienen la misma función. Los Geotextiles NoTejidos son principalmente utilizados en la función de separación y filtración ya
que no tienen suficiente rigidez o capacidad de interacción con el relleno para
reforzar. Los Geotextiles Tejidos, aunque tienen alta capacidad a la tracción, sólo
funcionan como membrana en tensión. Esto significa que requieren altas
deformaciones y trafico canalizado para que funcionen. Las Geogrillas, por otro
lado, funcionan por la interacción creada en la trabazón del relleno con el
refuerzo. Por lo tanto, cambian el comportamiento de la sección compuesta a
través de una mejor distribución de esfuerzos verticales y el confinamiento de las
partículas del relleno contra el movimiento lateral.
Hay que considerar que estos estudios han sido llevados a cabo por diferentes
personas y con diferentes condiciones de carga, con diferentes suelos, con
diferentes tipos de capacidad portante de la subrasante. Sin embargo, en todos
los casos el uso de una geomalla contribuyó estructuralmente a la sección de
carretera pavimentada o no pavimentada.
También es importante comentar que las metodologías de diseño están basadas
en el estudio de los productos y, por lo tanto, la contribución de la geomalla en la
estructura del pavimento resulta un factor empírico. Hasta este momento no hay
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
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una metodología numérica para diseñar estructuras de pavimento reforzadas con
geosintéticos. No es una ciencia exacta. Todo depende del comportamiento de
cada producto en casos específicos, y es por esto que se hace especialmente
importante la correcta selección del material.
En definitiva, la utilización de Geogrillas en el refuerzo de pavimentos flexibles
puede traer distintos tipos de ventajas técnicas y económicas, entre ellos:
(1) Extensión de la vida útil de la estructura del pavimento, lo que genera una
reducción de costos en mantenimiento a lo largo de la misma. En este caso, la
cantidad de material en la capa base del pavimento no varía con la inclusión
de la geogrilla y, por lo tanto, los costos de la obra pueden ser un poco más
elevados, pero los ahorros obtenidos en reparaciones a lo largo de la vida útil
suelen ser mucho mayores. Esta opción requiere de un análisis de costos
extendido, utilizando métodos como el del Menor Valor Presente para la
evaluación final.
(2) Reducción del espesor de la capa base para un período de vida útil
equivalente al del pavimento sin reforzar, lo que genera una reducción notable
de costos y tiempos en la construcción del camino (sobretodo cuando el
material para conformar la base debe importarse desde otro sitio).
(3) Una combinación de (1) y (2), es decir alguna extensión de la vida útil y una
reducción parcial del espesor de la capa base, lo que genera una reducción de
costos tanto en la obra como en el mantenimiento del camino.
(4) Incremento de confiabilidad en la estructura del pavimento, es decir el
incremento de la probabilidad de que el pavimento se comporte según lo
previsto durante los períodos de análisis.
Por otro lado, debido a la capacidad de la geogrilla de distribuir la carga sobre un
área mayor, su colocación generalmente posibilita la utilización de suelos
naturalmente malos para conformar la subrasante del camino. De esta forma,
puede reducirse sustancialmente (y muchas veces eliminarse) la excavación y
reemplazo del suelo malo por otro de mejor calidad (por lo general importado y,
por lo tanto, caro) o la estabilización química del mismo (método más caro aún y
cuyos efectos colaterales en la obra y el medio ambiente aún no han sido
definidos en forma aceptable).
Obviamente, la selección de la geogrilla más adecuada dependerá de un análisis
no sólo técnico, sino también económico y la óptima será aquella que sea capaz
de cumplir con la función que requiera el proyecto y, además, brinde una
economía de obra apreciable.
Cabe destacar que en todos los casos de obras realizadas alrededor del mundo
se ha observado una ventaja técnica y económica sustancial con la colocación de
una o más geogrillas en las capas estructurales de pavimentos flexibles, por lo
que creemos conveniente realizar los estudios necesarios como para comenzar a
incorporarla en las obras de nuestro país.
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES
Página 29 de 29
BIBLIOGRAFÍA
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•
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Design Criteria” - Steve L. Webster - US Army Engineer Waterways
Experiment Station – US Department of Transportation, Federal Aviation
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•
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Administration. Abril 1994.
•
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•
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Horizontal Plane in a Road During Loading” – Thomas C. Kinney – Shannon &
Wilson, Inc.
•
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Civil Engineering, Montana State University.
•
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Practice for Geosynthetic Reinforcement of the Agrégate Base Course of
Flexible Pavement Structures, AASHTO Designation PP46-01
•
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Transportation Federal Highway Administration, Publication No. FHWA HI-95038, Revised April 1998
•
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November 2000
•
“Geosynthetic Reinforcement of the Agrégate Base/Súbase Courses of
Pavement Structures” – Geosynthetic Materials Association, June 2000
USO DE GEOGRILLAS PARA MEJORAMIENTO
DE CAMINOS Y SUBRASANTES