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INTRODUCCINEn muchas ocasiones los geosintticos han sido una solucin exitosa pero en algunos casos la falta de conocimiento y de una metodologa de diseo que permita definir los requerimientos de estos materiales de acuerdo con las condiciones particu lares de cada proyecto, no ha permitido que los beneficios de esta tecnologa sean aprovechados en su total magnitud. La aplicacin eficaz de geosintticos, promueve sus capacidades y formula diseos preliminares que permitan definir requerimientos tcnicos de acuerdo a cada tipo de obra. Como resultado de este proceso, se presenta a la Ingeniera metodologas de diseo para separacin y estabilizacin de vas, refuerzo en vas con geotextiles y geomallas, pavimentacin y repavimentacin, sistemas de subdrenaje, refuerzo en muros de contencin, refuerzo de taludes, refuerzo de terraplenes sobre suelos blandos, etc.

En nuestro trabajo hemos pretendido demostrar de una forma tcnica, qu tanto podemos optimizar recursos a la hora de construir una carretera, en este caso con el uso de geomallas. El objetivo es que esta nueva forma de disear y construir haga que las carreteras puedan llegar a lugares que por el costo no han podido acceder a las mismas. Es aqu donde la herramienta de ingeniera tambin se vuelve herramienta social y de desarrollo, lo cual ser siempre el objetivo de cualquier empresa humana.

Este trabajo se centra en la descripcin de cada uno de los procesos de diseo, el AASHTO (el tradicional) y la metodologa usando GEOMALLAS, procedimiento estudiado por aos que ha sido tecnificado y normalizado para su utilizacin incluso en suelos y condiciones climticas tan difciles como los de Ecuador. Al final se expondr una comparacin referencial en la que se demostrarn las bondades de la utiliz acin de geomallas y as incentivar el uso de las mismas por la comunidad de ingenieros.

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OBJETIVOS Presentar la metodologa para disear un pavimento flexible utilizando geomallas y demostrar sus ventajas econmicas y de optimizacin de recursos frente a l diseo tradicional por el mtodo AASHTO.

CAMPO DE ACCIN En nuestro trabajo abarcaremos generalidades de los geosintticos, precisando un poco ms en las caractersticas de las geomallas. Expondremos procedimientos de diseo para pavimentos flexibles ta nto para el mtodo tradicional (AASHTO) como para el diseo utilizando geomallas. Ambos diseos sern aplicados a un tramo de la carretera Bajada de Chanduy Pocito Aguas Verdes entre las abscisas 2+900 y 3+600. Al final del trabajo ilustraremos los res ultados de los espesores de las capas del pavimento para ambos diseos y complementaremos con una comparacin en cuanto a costos de materiales.

PROBLEMA A RESOLVER Con el diseo de pavimentos flexibles utilizando geomallas se pretende solucionar las complicaciones que resultan de construir carreteras sobre subrasantes de mala calidad y los problemas que acarrea no tener a disposicin material desde canteras lejanas proponiendo diseos con espesores menores que brinden igual capacidad estructural e incluso econmicamente ms factible lo que posibilita el empleo de estas vas de comunicacin en donde el factor econmico es limitado y la necesidad urgente.

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CAPTULO 1 GEOSINTTICOS1.1 ASPECTOS GENERALES Geosinttico es un producto en el que, por lo menos, uno de s us componentes es a base de polmero sinttico o natural, y se presenta en forma de filtro, manto, lmina o estructura tridimensional, usada en contacto con el suelo o con otros materiales dentro del campo de la geotecnia o de la ingeniera civil. Existen varios campos de aplicacin de los geosintticos en el mundo de la construccin y la edificacin como son: obras viales, obras hidrulicas, sistemas de control de erosin, aplicaciones medioambientales, entre otras. La fabricacin de los geosintticos com prende procedimientos principalmente de extrusin, tecnologa textil y/o ambas tecnologas: Textil y plstica. Los geosintticos se derivan de fibras artificiales, compuestos bsicamente de polmetros como polipropileno, polister, poliamida y polietileno , siendo los 2 primeros los de mayor utilizacin en la actualidad.

1.2 CLASIFICACIN DE LOS GEOSINTTICOS

Los tipos de geosintticos ms comunes utilizados en el campo de la ingeniera son los geotextiles, las geomallas, las geomembranas, las georedes y otros geocompuestos derivados de la unin de las caractersticas y cualidades de cada uno de los anteriores.

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1.2.1 GEOTEXTILES

Son materiales flexibles y permeables a los fluidos fabricados de fibras sintticas como el polister o pol ipropileno. Sus caractersticas los hacen capaces de retener partculas de suelo mayores que el tamao de sus poros.

Figura 1.1 Geotextil

1.2.2 GEOMALLAS

Son estructuras tridimensionales pero con la caracterstica de ser mono o biorientadas. Estn fabricadas en polietileno de alta densidad, utilizando un proceso de extrusin. Tienen una mayor adherencia al terreno y una mayor durabilidad en el medio que los geotextiles. Dado a que las geoma llas es una parte esencial de este trabajo, le daremos mayor amplitud a sus propiedades en captulos posteriores.

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Figura 1.2 Geomalla

1.2.3 GEOCOMPUESTOS

Diseado especficamente para estabilizacin de suelos donde se req uiere tanto refuerzo como separacin de una base granular y un subsuelo muy fino. Uniendo un geotextil no tejido a una geomalla, lo que permite una gran interaccin con el suelo reforzado, completa separacin de los diferentes tipos de suelo, una efectiva accin de filtracin, gran resistencia a la tensin como un alto mdulo elstico, gran resistencia a los daos durante la instalacin y un excelente comportamiento a los agentes atmosfricos.

Figura 1.3 Geocompuesto

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1.2.4 GEOMEMBRANAS

Son lminas polimricas impermeables fabricados en cloruro de polivinilo (PVC), polietileno de alta o baja densidad (PEAD/PEBD). Son recubrimientos sintticos impermeables a fluidos y partculas cuya funcin es la de revestir canales, lagunas, depsitos de agua, adems controlan la erosin. Se instalan en depsitos de hormign o acero de cualquier dimensin para confinamiento de qumicos, residuos slidos o qumicos e industriales y prolongar la duracin de los tanques.

Figura 1.4 Geomembrana

1.2.5 GEOCELDAS

Son sistemas tridimensionales de confinamiento celular fabricadas en paneles de polietileno o polipropileno. Por su alta resistencia sirven para el confinamiento de cargas. Se utilizan tambin para aumentar la capacidad de carga del suelo, sin generar problemas de contaminacin beneficiando al entorno ecolgico.

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Figura 1.5 Geocelda

1.3 INTRODUCCIN A LAS GEOMALLAS

Existen diversos mtodos para aumentar la capacidad de carga de suelos blandos. Uno de estos, antiguo y todava efectivo, consiste en reforzar el suelo mediante confinamiento lateral de las partculas de material y

aumentar su resistencia a la tensin. Tradicionalm ente estos efectos se obtenan usando ramas trenzadas o colocando troncos de forma

perpendicular. La tecnologa actual, permite el uso de productos sintticos diseados especficamente para obtener el mismo efecto de confinamiento lateral y resistencia a la tensin, como pueden ser las geomallas bi -orientadas coextrudas. Las geomallas coextrudas son estructuras bidimensionales elaboradas a base de polmeros, que estn conformadas por una red regular de costillas conectadas de forma integrada por extrusin , con aberturas de suficiente

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tamao para permitir la trabazn del suelo, piedra u otro material geotcnico circundante.

La principal funcin de las geomallas coextrudas es indiscutiblemente el refuerzo; el uso del tipo de geomalla esta ligado a la direc cin en que los esfuerzos se transmiten en la estructura, por ejemplo, en aplicaciones tales como muros en suelo reforzado o en terraplenes, se utilizan las geomallas mono-orientadas que son geomallas con una resistencia y rigidez mayor en el sentido longitudinal que en el transversal.

Mientras, que en estructuras en que la disipacin de los esfuerzos se realiza de forma aleatoria y en todas las direcciones, como por ejemplo estructuras de pavimento o cimentaciones superficiales, se utilizan geomallas bi orientadas o bi-direccionales las cuales no tienen una diferencia considerable frente a sus propiedades en los dos sentidos de la grilla.

Las geomallas coextrudas generan un incremento en la resistencia al corte del suelo. Durante la aplicacin de una ca rga normal al suelo, este es compactado de manera que se produzca una interaccin entre las capas de suelo que rodean la geomalla. Con estas condiciones, se requerir una carga considerablemente mayor para producir un movimiento en el suelo. El compuesto suelo-geomalla reduce la resistencia al movimiento, por lo tanto,

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el uso de las geomallas produce una condicin de cohesin, inclusive en materiales granulares. El compuesto combina la resistencia a la compresin del suelo con la tensin de la geomalla, par a crear un sistema que presenta una mayor rigidez y estabilidad que un suelo sin ningn elemento que soporte estos esfuerzos. La capacidad que tiene la geomalla para distribuir las fuerzas sobre su superficie incrementan las caractersticas de resistencia contra los desplazamientos de la estructura durante el sometimiento de esta a cargas tanto estticas como dinmicas.

1.3.1 CLASIFICACIN

Como se mencion anteriormente se dividen en dos tipos, los cuales se enuncian a continuacin.a. Geomallas coextruda s Mono-Orientadas

Figura 1.6 Geomalla Coextruda Mono-orientada

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Las

geomallas

mono-orientadas,

son

estructuras

bi-dimensionales

producidas de polietileno de alta densidad (HDPE) utilizando un proceso de extrusin seguido de un estiramiento mono -direccional. Este proceso permite obtener una estructura monoltica con una distribucin uniforme de largas aberturas elpticas, desarrollando as gran fuerza a la tensin y gran mdulo de tensin en la direccin longitudinal. La estructura de este tipo de geomallas provee un sistema de trabazn ptimo con el suelo especialmente de tipo granular. Este tipo de geomallas coextrudas de HDPE, son totalmente inertes a las condiciones qumicas o biolgicas que se presentan normalmente en el suelo, poseen gran resistencia a los esfuerzos de tensin, soportando hasta 160KN/m aproximadamente. Esto, con la capacidad del suelo de absorber los esfuerzos de compresin, da como resultado el concepto de estructura en suelo reforzado, similar al concepto del concreto y el acero de refuerzo.b. Geomallas Coextrudas Bi-Orientadas

Figura 1.7 Geomalla Coextruda Bi-orientada

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Este tipo de geomallas son estructuras bidimensionales fabricadas de polipropileno, qumicamente inertes y con caractersticas uniformes y homogneas, producida s mediante un proceso de extrusin y luego estiradas de forma longitudinal y transversal. Este proceso genera una estructura de distribucin uniforme de espacios rectangulares de alta resistencia a la tensin en ambas direcciones y un alto mdulo de elasticidad. As mismo, la estructura de la geomalla permite una ptima trabazn con el suelo. Este tipo de geomallas coextrudas se componen de elementos y nudos rgidos que proveen un gran confinamiento. Son particularmente efectivas para reforzar estructura s de pavimentos rgidos y flexibles.

1.3.2 PROCESO DE FABRICACIN

Para el caso de las geomallas en polietileno y polipropileno, el proceso de fabricacin es el mismo. Inicialmente se tienen lminas del material en el que se realizan unas perforacione s, cuadradas o elpticas, de forma

uniforme y controlada sobre toda la lmina, segn el caso la lmina perforada recibe un estiramiento en una o dos direcciones, el cual se realiza a temperaturas y esfuerzos controlados para evitar la fractura del materia l mientras que se orientan las molculas en el sentido de la elongacin.

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Figura 1.8 Esquema de proceso de fabricacin de mallas coextrudas

En el proceso intervienen variables como el peso molecular, la distribucin de este, entre otras, pero el ms importante es la tasa a la que se produce el proceso de elongacin. El desarrollo que se ha tenido en la tcnica de fabricacin de este material, ha dado como resultado no solo el incremento en los mdulos y la resistencia del material sino que a su vez ha de sarrollado una relacin del 100% entre el esfuerzo en los nodos y la resistencia a la tensin de las costillas, garantizando un excelente comportamiento del sistema en el tiempo.

1.3.3 FUNCIONES Y APLICACIONES

El uso de las geomallas coextrudas bi -orientadas y mono-orientadas, en diferentes campos de aplicacin se define bsicamente por su funcin de refuerzo. Esta funcin se realiza cuando la geomalla inicia un trabajo de resistencia a la tensin complementado con un trabazn de agregados en presencia de diferentes tipos de materiales.

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Las principales aplicaciones de las geomallas coextrudas mono -orientadas se enuncian a continuacin: Refuerzo de muros y taludes. Refuerzo de terraplenes con taludes pronunciados y diques. Estabilizacin de suelos blandos. Reparacin de deslizamientos. Ampliacin de cresta de taludes. Reparacin de cortes en taludes. Estribos, muros y aletas de puentes. Muros vegetados o recubiertos con concreto.

Las principales aplicaciones de las geomallas coextrudas bi direccionales se enuncian a continuacin: Terraplenes para caminos y vas frreas. Refuerzo en bases de caminos pavimentados y no pavimentados. Refuerzo en estructuras de pavimento de pistas de aterrizaje en aeropuertos. Refuerzo debajo del bala sto de las vas de ferrocarril. Como sistema de contencin sobre rocas fisuradas. El principal criterio de escogencia del tipo de geomalla es bsicamente estudiando como se generan y trasmiten los esfuerzos a lo largo de la estructura a reforzar, por eje mplo en muros en suelo reforzado, sabemos que

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los esfuerzos principales estn en una sola direccin debido a la presin lateral de tierras que el suelo retenido ejerce sobre la estructura. Mientras que para refuerzo en estructuras de pavimento, los esfuerzos verticales generados por el trfico, son disipadas en varias direcciones, por lo que el diseo de la geomalla para realizar el refuerzo debe tener las mismas propiedades mecnicas tanto en el sentido longitudinal como en el transversal.

a) Estabilidad de taludes

b) Refuerzo de Sub-rasantes

c) Refuerzo de capas de rodadura

Figura 1.9 Algunas aplicaciones de las geomallas biorientadas

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1.4 NORMAS DE ENSAYOS Y ESPECIFICACIONES TCNICAS DE ELABORACIN DE LAS GEOMALLAS

Las Geomallas Estructurales sern una estructura de malla integralmente formada, fabricada de polipropileno resistente a la tensin con peso molecular y caractersticas moleculares que generen: (a) Alta resistencia a la prdida de capacidad de carga o integridad estructural, cuando la Geomalla se someta a tensin mecnica durante la instalacin. (b) Alta resistencia a la deformacin cuando la Geomalla se someta a esfuerzos de trabajo (c) Alta resistencia a la prdida de capacidad de carga o integridad estructural, cuando la Geomalla se someta a condiciones

medioambientales a largo plazo. Las Geomallas Estructurales resistirn la aplicacin de esfuerzos de trabajo por entrabamiento mecnico positivo con: (a) Suelos compactados o materiales para relleno; (b) Secciones contiguas en traslapos y empotramientos en suelos compactados o materiales para relleno (c) Conectores mecnicos rgidos como bodkins, pasadores o ganchos. Las Geomallas Estructurales tendrn rigidez flexural suficiente para lograr una instalacin eficaz in-situ sobre suelos blandos o hmedos y la resistencia torsional suficiente para resistir el movimiento en el plano de suelos

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compactados o materiales para relleno, cuando stos estn sujetos a desplazamientos laterales rotacionales por la aplicacin de cargas. Las Geomallas Estructurales presentarn completa continuidad de todas las propiedades a lo largo de su estructura y sern convenientes para el refuerzo de suelos compactados o materiales para relleno mejorando su capacidad de carga en aplicaciones como sistemas de mejoramiento de fundaciones. Las Geomallas Estructurales tendrn adicionalmente la s caractersticas

enlistadas en la siguiente tabla. Dichas caractersticas se obtuvieron de los ensayos: GRI-GG2-87, ASTM D5732-95, ASTM D5818, ASTM D6637, EPA 9090 de la norma americana.P) )

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Tabla 1.1 ropiedades de las Geomallas Estructurales. Fuente: Tensar Earth Technologies____________MD = Direccin de la mquina XMD = Direccin transversal a la mquina SC = Arena Arcillosa SW = Arena bien graduada GP = Arena gruesa mal graduada.

(1)

Segn USCOE (Cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos)

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17

PROPIEDAD TAMAO DE ABERTURA MD (Sentido Mquina) XD (Sentido Contrario Mquina) ESPESOR COSTILL A JUNTA MDULO INICIAL REAL EN USO MD XD CAPACIDAD A LA TENSIN AL 2% DE ELONGACIN MD XD CAPACIDAD A LA TENSIN AL 5% DE ELONGACIN MD XD CAPACIDAD DE LAS JUNTAS MD XD RIGIDEZ FLEXURAL RIGIDEZ TORSIONAL RESISTENCIA A LA DEGRADACN A LARGO PLAZO

MTODO DE ENSAYO ASTM D 751

UNIDAD Pulg. Pulg.

VALOR TIPO I 1.0 nom. 1.3 nom. 0.03 nom. 0.11 nom. TIPO II 1.0 nom. 1.3 nom. 0.05 nom. 0.16 nom.

ASTM D 1777 - (6 ) ASTM D 1777 - (6 )

KN/m (lb/ft)

KN/m (lb/ft)

KN/m (lb/ft) GR1 - GG1 - 87 GR1 - GG1 - 87 ASTM D 1388 - 96 Opcin A US COE PRELIMINAR EPA 900 INMERSIN 11.2 (765) 17.1 (1,170) Mg/cm kg-cm/deg 250,000 3.2 17.2 (1,180) 25.9 (1,778) 750,000 6.5

%

100

100

Tabla 1.2 Caractersticas y especificaciones tcnicas de la geomalla biaxial para refuerzo estructural Fuente: MO -001- F-2002. TOMO IW

Dimensiones y Despachos

Las Geomallas Estructurales se entregarn individualmente en el s itio de trabajo en forma de rollo, cada uno identificado y nominalmente midiendo 3.0 m (9.8 pies) .0 m (13.1 pies) de ancho y 75.0 metros (2 6,06 pies) de largo. Para pedidos especiales, las Geomallas Estructurales pueden ser

cortadas a longitudes o anchuras determinadas para satisfacer los diseos de ingeniera especficos.

V

GR1 - GG1 - 87 GR1 - GG1 - 87

8. 6 (580) 13. 2 (920)

V

GR1 - GG1 - 87 GR1 - GG1 - 87

.09 (280) 6.57 ( 50)

5.98 ( 10) 9.78 (670)

11.82 (810) 19.55 (1,3 0)

VV

V

V

GR1 - GG1 - 87 GR1 - GG1 - 87

226. (15,170) 81.2 (32,980) 360.1 (2 ,685) 652.5 ( ,725)

V

V V

V

V

V V

V

T

U

Pulg. Pulg. KN/m (lb/ft)

U

18

CAPTULO 2 DISEO DE UNA CARRETERA POR EL MTODO AASHTO2.1. COMPONENTES ESTRUCTURALES DEL PAVIMENTO 2.1.1. SUBRASANTE

De la calidad de esta capa depende el espesor que debe tener el pavimento. Como parmetro de evaluacin de esta capa se emplea la capacidad de soporte o resistencia a la deformacin por esfuerzo cortante bajo las cargas de trnsito. Es necesario tener en cuenta la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto en la resistencia como a las eventuales variaciones de volumen (hinchamientoretraccin). Los cambios de volumen de un suelo de subrasante de tipo expansivo pueden ocasionar graves daos en las estructuras que se apoyen sobre ste, por esta razn cuando se construya un pavimento sobre este tipo de suelos deber tomarse la precaucin de impedir las variaciones de humedad del suelo para lo cual habr que pensar en la impermeabilizacin de la estructura. Otra forma de enfrentar el problema es mediante la estabilizacin del suelo con algn aditivo o con cal.

2.1.2. SUB-BASE

Es

una

capa,

generalmente

constituida

por

agregados

ptreos

convenientemente graduados y compactados, construida sobre la sub -

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rasante, y sobre la cual puede construirse la base cuando sea necesaria. Sus funciones son: Servir de drenaje al pavimento. Controlar o eliminar en lo posible, los cambios de volumen de elasticidad y plasticidad perjudiciales que pudiera tener el material de la sub - rasante. Controlar la ascensin capilar del agua proveniente de las capas freticas cercanas o de otras fuentes, protegiendo as el pavimento contra los hinchamientos en pocas de helada.

Especificaciones

CBR

> 30%

Pasante del Tamiz 40

ndice Plstico IP Desgaste a la abrasin de los ngeles