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IMPLEMENTACIÓN DE ENSAYOS DE TRACCIÓN EN GST

BAJO EL METODO DE DESGARRO TRAPEZOIDAL

Becario: Rosso Guido.

Tutores: Ing. Enrique Fensel e Ing. Luis Delbono.

Área Medio Ambiente y Obras Civiles.

Año 2009.

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Desarrollo:

Luego de la puesta a punto de la realización de ensayos de tracción en GST adaptándose al uso de la Máquina Universal existente en el LEMaC, se plantea la realización de los ensayos bajo distintos métodos (Ensayos de tracción en probetas anchas, Desgarro Trapezoidal, y otros) como lo plantean las distintas normativas (IRAM, ASTM). Luego de implementar la metodología se procede a valorar distintas muestras de Geotextiles provistos por distintas Empresas comercializadoras de estos productos. La tesis descripta se encuentra ligada a los trabajos propuestos dentro del PID Soluciones Tecnológicas Asociadas al uso de Geosintéticos en la Obra Vial , el que se

encuentra en plena ejecución dentro del Programa de Incentivos bajo la identificación: 25/ I 033.

Determinación de la resistencia al desgarro trapecial en geotextiles

(Norma IRAM 78017)

Introducción:

Este ensayo permite conocer cuál es la fuerza requerida para lograr desgarrar la tela, cortando los hilos o la trama de la misma, cuando se produce una lesión en ella. Es una manera de medir la propagación de una rotura localizada. Se usa para geotextiles tejidos o no tejidos por el método trapezoidal. Cuando se use para control de calidad y ensayos de conformidad, la prueba de desgarro trapezoidal no proporciona toda la información necesaria para todas las aplicaciones de diseño, debiendo utilizarse otros métodos de ensayo. Es aplicable a la mayoría de los geotextiles, incluyendo telas tejidas, telas no tejidas, telas recubiertas, telas en tejido de punto y fieltros, que son utilizados para aplicaciones geotécnicas.

Hay distintos casos en lo que son utilizados los geosintéticos según la función que desempeña en la obra, en cuanto al esfuerzo de tracción al que está sometido se distinguen distintos casos, como por ejemplo su colocación en terraplenes donde la capacidad portante de un terraplén está influenciada determinantemente por el sistema tricapa terraplén/geotextil/subsuelo, y los esfuerzos de tracción son importantes.

Figura 1: Colocación de geotextil en base de terraplén.

Los geotextiles tejidos en su mayoría son fabricados con polipropileno, material que se caracteriza por tener un mal comportamiento a la fluencia para las condiciones requeridas en este tipo de materiales. Presentan resistencia a tracción entre 20KN/m y 80KN/m y debido a la naturaleza de su estructura, poseen un alargamiento medio que varia entre 15% y el 30%.

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Para trabajar como refuerzo, las dos principales características a ser observadas, para cualquier geosintético, es la resistencia a tracción y el alargamiento, siendo estas propiedades las presentadas por los fabricantes en sus cartillas técnicas. Los geotextiles en general poseen características técnicas específicas, que varían conforme al polímero y al método de fabricación. Tomando estas circunstancias se diseñan distintos tipos de ensayos que valoren las características para las cuales han sido diseñados. El desgarro trapecial está orientado a valorar la resistencia luego de producida una lesión a la continuidad de la manta. Uno de los casos más comunes se produce cuando el geotextil corre el riesgo de ser punzonado, debido a su baja deformación de rotura, como consecuencia de la aplicación de cargas dinámicas en etapa de servicio o constructiva (por ejemplo, presencia de agregados afilados o aplicación de fuertes cargas dinámicas como las del tráfico ferroviario), es factible que aparezca alguna rotura localizada. La resistencia a propagación del desgarro en la tela debe ser tal que asegure el mantenimiento de la función de separación del geotextil, frente al eventual punzonado. En la figura puede observarse la esquematización del momento en que el geotextil es punzonado.

Figura 2

Una alta deformabilidad en el geotextil le permite adaptarse sin romper a las irregularidades en la superficie de contacto derivadas del acomodamiento de base y subrasante frente a las solicitaciones. En estos casos, el ensayo de propagación de la rotura no es representativo de la solicitación real pues, al deformarse la manta adaptándose a la forma de la interfase, no se producirían concentraciones de tensiones. Por la misma causa disminuirá también el riesgo de rotura por punzonado.

Procedimiento para la realización del Ensayo

Se marca el contorno de un trapecio isósceles sobre una probeta rectangular del material de ensayo (Figura 3) sobre uno de cuyos lados se hace un corte inicial. Se sujetan los lados no paralelos del trapecio marcado en las mordazas paralelas de una maquina de ensayo de tracción. Se incrementa la separación de las mordazas continuamente de manera que se propague el desgarro a través de la probeta. Se obtiene la resistencia al desgarro, como el máximo valor de la fuerza de desgarro, a partir de la curva fuerza alargamiento.

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Figura 3

Plantilla para el ensayo del desgarre trapecial Probetas Se cortan probetas rectangulares de 75mm x 200mm. Se marca cada probeta con la plantilla trapecial. Se hace un corte preliminar de 15mm en el centro del lado de 25mm, como se muestra en la figura 3. Se toman 10 probetas en la dirección longitudinal y 10 probetas en la dirección transversal.

Ensayo Se establece la distancia entre las mordazas al comienzo del ensayo en 25 mm. Se fija la velocidad de la máquina en 300mm/min. Se asegura la probeta de ensayo en las mordazas, sujetándola a lo largo de los lados no paralelos del trapecio de manera que los bordes de las mordazas estén en línea con el lado de 25mm de largo del trapecio, y el corte se encuentre a mitad de camino entre las mordazas. Se mantiene el borde corto tirante y se deja que la tela restante forme pliegues. Se pone en funcionamiento la máquina y se obtiene la fuerza de desgarro como la fuerza máxima alcanzada, medida en Newton.

A

Exhibición de varios máximos B

Exhibición de un solo máximo Figura 4

Curvas características de fuerza de desgarro-alargamiento

Desarrollo de la Tesis

Durante el año se ensayaron geotextiles de distintos fabricante por el método de desgarro trapezoidal siguiendo el procedimiento indicado anteriormente y fijado por la norma IRAM correspondiente. Luego de obtenidos los resultados, se hizo una comparación con estos valores y los estipulados por la empresas en sus cartillas técnicas.

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En las páginas siguientes se muestran imágenes que se tomaron durante el desarrollo del ensayo. Luego se exponen los resultados obtenidos.

Fotos de ensayo

Figura 5 Figura 6

Figura 7 Figura 8

Figura 9 Figura 10

Figura 11

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Resultados Para este caso se presenta un ejemplo de todo lo desarrollado, con un tipo de geotextil y tres fabricantes determinados que comercializan este producto. De los tres fabricantes se tomaron el mismo tipo de geotextil y gramajes de manera de poder comparar los resultados. Fabricantes: Empresa 1, Empresa 2, Empresa 3. Tipo de geotextil: no tejido Gramajes: 120, 150, 300. Muestras: De cada gramaje se tomaron 10 probetas en dirección transversal y 10 probetas en dirección paralelo al sentido de fabricación. La toma de muestra se realizo como marca la normativa IRAM Nº 78003 Para cada muestra se calculo separadamente el promedio de las resistencias de desgarro máximas en las direcciones paralelo y transversal.

Ensayo de geotextil no tejido. Condición de las probetas de ensayo en estado seco En las tablas 1, 2, 3 se muestra la carga de desgarro en Newton obtenida en las dos direcciones (paralelo y transversal a la dirección de fabricación). En la primera fila de las tablas se encuentra el fabricante y los gramajes. En las filas restantes se encuentra la dirección de ensayo y las cargas de desgarro obtenidas para cada gramaje.

EMPRESA 1 120 150 300

PARALELO (N) 221 225 359

TRANSVERSAL (N)

189 203 271

Tabla 1

EMPRESA 2 120 150 300

PARALELO (N) 165 267 478

TRANSVERSAL (N)

217 327 498

Tabla 2

EMPRESA 3 120 150

PARALELO (N) 217 285

TRANSVERSAL (N)

272 319

Tabla 3

En las cartillas de las distintas empresas se presentan los siguientes valores (los mismos están basados en la norma ASTM-D 4533, directamente comparable a lo expresado en la Norma IRAM Nº 78.017)

EMPRESA 1 120 150 300

PARALELO (N) 190 220 300

TRANSVERSAL (N)

180 200 270

Tabla 4

EMPRESA 2 120 150 300

PARALELO (N) 200 260 340

TRANSVERSAL (N)

235 330 410

Tabla 5

EMPRESA 3 120 150

PARALELO (N) 210 230

TRANSVERSAL (N)

250 290

Tabla 6

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A modo de comparación se realizo el siguiente cuadro.

Cuadro comparativo

Productos

Resultados

Laboratorio Empresas

Empresa 1

120 P 221 190

T 189 180

150 P 225 220

T 203 200

300 P 359 300

T 271 270

Empresa 2

120 P 205 200 T 237 235

150 P 267 260 T 327 330

300 P 478 340 T 498 410

Empresa 3

120 P 217 210 T 272 250

150 P 285 230 T 319 290

P: dirección paralela a la de fabricación T: dirección transversal a la de fabricación

A modo de ejemplo se presenta una curva obtenida en el laboratorio de fuerza

alargamiento, gráfico emitido por la máquina universal, siendo este de la forma característica que presenta este tipo de ensayo.

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Conclusiones

Se observa que los valores hallados marcan en general una tendencia a estar dentro de los límites aceptables de variación que presentan este tipo de materiales en la solicitación descripta. Estando estos por encima de los valores publicados por las empresas en sus cartillas técnicas.

La carga de desgarro varía para una misma empresa y mismo gramaje de geotextil dentro de las 10 muestras ensayadas para cada dirección, esto puede deberse a que el sistema de producción en este tipo de producto se realiza incorporando las fibras en forma aleatoria. En el presente trabajo se muestran solo los valores promedio de las 10 probetas ensayadas, no los valores individuales de las mismas.

Si bien los valores que se obtuvieron en los ensayos realizados difieren a los especificados en las cartillas técnicas, los mismos en promedio, están dentro del rango de aceptación.

Otra observación es que el tipo de curvas (fuerza-alargamiento) obtenidas presentan varios máximos. Se tomo la fuerza máxima para el cálculo, como marca la norma IRAM 78017.

Bibliografía

(1) Geosintéticos. Desde la fabricación a su aplicación en obra . LEMaC Centro de investigaciones Viales

CIT INTI Centro de Investigación y Desarrollo Textil. Año 2003.

(2) Análisis del uso de los geotextiles en la ingeniería civil . Sociedad Argentina de mecánica de suelos.

(3) Esquema de Norma IRAM 78017 Determinación de la resistencia al desgarro trapecial para geotextiles

(4) Programa Tesc, Guía do Usuario (5) Linguagem Test Script, Versao 3.5

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