Uso adecuado de geomallas y geotextiles en ingeniería de pavimentos flexibles

Titulo : Uso adecuado de geomallas y geotextiles en ingeniería de pavimentos flexibles Fecha de Creación : 02/12/2005 Autor : Ing. Luis Felipe Correales Rivas Artículo : Uso adecuado de geomallas y geotextiles en ingeniería de pavimentos flexibles Autor del Artículo:

Ing. Luis Felipe Correales Rivas Ingeniero Civil E. C. I. Sub Gerente de Geosintéticos LAFAYETTE S. A.

RESUMEN

El mayor porcentaje de utilización de Geosintéticos se ha concentrado en la construcción de estructuras de pavimento, como elemento de refuerzo, separación, estabilización y filtro en drenajes. Durante más de una década los Geosintéticos se han usado en muchos casos con el buen criterio de los ingenieros consultores, basados en la información y recomendación de los proveedores, que se dirigía más a las características físicas de cada Geosintético que a una especificación o a un diseño adecuado, teniendo en cuenta las propiedades mecánicas, hidráulicas y de durabilidad. Este hecho incidió por supuesto en fallas prematuras de estructuras de pavimentos.

Hoy en día ya existen especificaciones y métodos de diseño que aseguran la supervivencia del Geosintético durante la vida útil del proyecto, con un desempeño adecuado de la estructura.

1. Introducción

La utilización adecuada de nuevas tecnologías que permitan un mejor desempeño de las estructuras de pavimento e incrementen su vida útil, resulta importante para el diseño de nuevas vías y el mantenimiento de las existentes.

2. Objetivo

El objetivo de este artículo es inducir a la comunidad de ingenieros a usar las herramientas técnicas y científicas con que se cuenta hoy en día para el adecuado uso de Geosintéticos en cada una de las aplicaciones mencionadas.

3. Funciones y Tipos de Geomallas y Geotextiles

3.1 SEPARACION

La separación a través de un Geotextil toma fuerza bajo el hecho contundente en el cual la capa granular componente de un pavimento se pueda mezclar con el suelo de la subrasante, cambiando sus características iniciales, propiciando una falla de deformación en esa interfase y por supuesto en ahuellamientos excesivos y fisuras en la superficie del pavimento. Lo adecuado en este caso es que el estrato granular mantenga su capacidad de distribuir los esfuerzos de diseño, para lo cual es indispensable

mantener su capacidad permeable y su espesor intactos.

Algunos diseñadores, previniendo que parte de la estructura granular Base/Subbase podría mezclarse con el suelo de la subrasante sobre dimensionaban el espesor del estrato granular, sacrificando un volumen de material granular. Esta práctica dejó de ser necesaria con el uso de un adecuado Geotextil de alta capacidad de filtro para que el agua pase libremente sin generar presión de poros y de suficiente retención de finos de acuerdo a las características del suelo de la subrasante.

Las características mínimas (mecánicas, hidráulicas y de durabilidad) adecuadas que debe tener el Geotextil tejido para garantizar su supervivencia en separación, deben ser las definidas en la Especificación de la AASHTO DESIGNATION M 288-97 (Internacionales)

3.2 FILTRO

El uso de geotextiles como elemento de filtro para drenajes en vías es tal vez el más conocido, justamente por el hecho de que se conoce ampliamente el deterioro que causa la excesiva humedad y flujo en una estructura de pavimento, lo cual se presenta en mayor medida en las épocas de invierno. Un buen drenaje para proteger el pavimento de una vía, ahorraría suficiente dinero de mantenimiento lo cual a gran escala permitiría construir nuevas vías.

La humedad puede penetrar en la estructura de pavimento a través de varios puntos, tales como la superficie, sobre todo por las fisuras y las juntas o por los hombros debido a la presión de poros de aguas superficiales. El exceso de humedad en la estructura causa varios efectos dañinos, como reducción de los esfuerzos efectivos en la masa granular, hinchamientos en suelos expansivos, transporte de finos hacia y desde la base / Subbase granular disminuyendo su permeabilidad o desestabilizando la estructura.

Las características mínimas mecánicas, hidráulicas y de durabilidad adecuadas que debe tener el Geotextil para garantizar su supervivencia pueden ser las definidas en la Especificación de la AASHTO DESIGNATION M 288-97 (Internacional) ó las definidas en un diseño del filtro usando métodos adecuados como el propuesto por Giroud 1.982

3.3 ESTABILIZACIÓN

Cuando la estructura de pavimento se va a construir sobre un suelo de baja capacidad portante Cu 90 < kPa (CBR<3), el concepto separar se convierte en un concepto de estabilizar, pues se requiere de un Geotextil que aporte refuerzo mientras que siga funcionando como separador y filtro de alta capacidad de flujo.

Las estructuras de pavimento sobre suelos blandos se han estabilizado tradicionalmente efectuando reemplazos profundos del suelo de la subrasante, para albergar enrocados, empalizadas o suelos estabilizados con cemento. Estas prácticas son costosas aún mas cuando la disponibilidad de estos materiales es escasa o no se encuentran en zonas cercanas al proyecto, sin tener en cuenta el grave daño ambiental que puedan generar.

La estabilización con Geotextiles de alto módulo de deformación, se genera por la resistencia a la tensión y la restricción al movimiento lateral por la fricción entre el

suelo-Geotextil, lo cual se ha llamado por algunos consultores como “Efecto de soporte tipo membrana”. Este efecto en la práctica permite que los esfuerzos que llegan al Geotextil transmitidos a través de la Base / subbase granular sean distribuidos a una mayor área, lo cual aumenta el ángulo de transmisión de los esfuerzos desde la superficie.

Las características mínimas mecánicas, hidráulicas, y de durabilidad adecuadas que debe tener el geotextil para garantizar su supervivencia pueden ser las definidas en la Especificación de la AASHTO DESIGNATION M 288-97 (Internacionales); sin embargo, esto debe corroborarse con un diseño usando métodos adecuados como el propuesto por Giroud y Noiray 1981, Hass 1987 entre otros.

3.4 REFUERZO DE LA ESTRUCTURA GRANULAR

Las geomallas han sido utilizadas con éxito como refuerzo de estructuras granulares en pavimentos flexibles y terraplenes. Este tipo de refuerzo se ha definido por varios consultores como refuerzo de base y sub base, también se ha clasificado como efecto de restricción lateral o de refuerzo de confinamiento, debido a la trabazón que se genera en la interacción suelo granular-Geomalla. En consecuencia el refuerzo a tensión que ejerce una Geomalla interactuando con el suelo y el mecanismo vertical resultante, están en función del módulo de deformación elástico de la Geomalla y de la restricción lateral al movimiento del suelo granular.

Teniendo en cuenta que la restricción lateral y/o confinamiento es más eficiente a mayor interacción entre el suelo granular y el Geosintético, se ha establecido a través de ensayos de desgarre (Pull-Out) que las Geomallas de refuerzo son más eficientes que los geotextiles de la misma resistencia y de la misma base polimérica. También se ha determinado que entre más angulares sean las partículas del suelo granular mayor es el efecto del refuerzo.

Cuando se diseña un refuerzo de la estructura granular de un pavimento, debe tenerse en cuenta que la Geomalla sea de alta resistencia, alto módulo, que su superficie genere fricción, que sus aberturas permitan una buena interacción con el suelo y especialmente que garantice una baja plastodeformación (Creep) a largo plazo, ante la permanente repetición de cargas dinámicas, que exigen a la Geomalla mantener su resistencia a la tensión, para no permitir deformaciones en la vida útil de la estructura.

No existe una especificación oficial de características mínimas mecánicas y de durabilidad para el uso de Geomallas en estructuras de pavimento, pues como un elemento de refuerzo debe diseñarse. Existen métodos de diseño analítico y dentro de los más conocidos están los propuestos por Giroud y Noiray 1981, Giroud y Bonaparte 1984, Hass 1987, Webster 1991, Christopher and Holts 1991, FHWA 1993, y otros incluso propuestos por los fabricantes de Geomallas.

3.5 REFUERZO Y ABSORCIÓN DE ENERGIA DE SOBRE CARPETAS ASFÁLTICAS

La necesidad de efectuar mantenimientos más eficientes de vías pavimentadas, con carpetas asfálticas fatigadas, ha motivado la incorporación de tecnologías que permitan rehabilitarlas con mejores especificaciones para prolongar su vida útil. En este caso con

las Geomallas flexibles de fibras de Poliéster se ha buscado introducir elemento de refuerzo y de absorción de energía en la interfase de la carpeta asfáltica existente y la nueva de rehabilitación.

Para optimizar la durabilidad y resistencia en el mantenimiento de vías y aeropuertos, se ha aplicado esta tecnología. Se han reportado casos exitosos así como otros donde se presentaron inconvenientes, estos últimos generalmente donde se usaron polímeros inadecuados o inapropiados, procedimientos de construcción que incluyen no sólo a la Geomalla sino también a la mezcla asfáltica.

El uso de Geomallas como elemento de refuerzo a tensión de la nueva carpeta asfáltica, le otorga mayor vida útil y reduce el reflejo de las fisuras de la carpeta asfáltica vieja.

No existe una especificación de características mínimas mecánicas y de durabilidad para el uso de Geomallas en la interfase de dos capas asfálticas, pues como un elemento de refuerzo y disipador de energía debe diseñarse. Algunas de las características físicas mínimas que deben exigirse en este caso son la resistencia mecánica, generalmente superior a 50 kN/m, resistencia a altas temperaturas (200 grados centígrados) y la compatibilidad y adherencia entre la Geomalla y el asfalto. Existen estudios y métodos de diseño analítico dentro de los más conocidos propuestos por Majidzadeh et al (78)

CONCLUSIONES

Para lograr el mayor beneficio de los Geosintéticos en estructuras de pavimento es importante usarlos con las características y propiedades adecuadas, soportadas por un diseño ó como mínimo que cumplan con una especificación que garantice su supervivencia durante la vida útil proyectada, para caso en particular. Para separación y estabilización en la interfase Subrasante-Subbase granular, el geotextil tejido debe ser de buena capacidad de flujo para evitar presiones de poros indeseables. Para refuerzo de suelos granulares el geosintético debe usarse al nivel del mayor esfuerzo. El uso de Geomallas como elemento de refuerzo de estratos granulares es el más apropiado. El ahorro en mantenimiento de vías con el uso de Geomallas flexibles para refuerzo de sobrecarpetas asfálticas es un hecho y, si es adecuadamente instalada demuestra su beneficio.

La selección adecuada de los Geosintéticos, debe basarse además del diseño en la confiabilidad que otorgue el proveedor por los resultados de laboratorio propios y externos que demuestren las propiedades del material a corto y a largo plazo.

REFERENCIAS

Giroud J. P. and Noiray L. 1981 Geotextil reinforced. Unpaved road design. Giroud J. P. and Bonaparte, R. 1984. Design of unpaved road I trafficked areas with Geogrids. Al – Qadi. I. L. Brandon = T.L. valentine. R. J. And Smithm T.E. 1994. Laboratory evaluation of Geosynthetics reinforced pavement, section. AASHTO DESIGNATION M-288-97. Al – Qudi I.L. The proper use of Geosynthetics in flexible pavements. Majidzadeh et al (78) y Luther. A mechanistic design procedure for fabric-reinforced pavement Systems. FHWA 1993 Guidelines for design, specifications, and contracting of geosynthetics.

Especificaciones AASHTO M288-99 e INVIAS Artículos: 673 – 02; 674 – 02; 676 – 02.

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