Uso de geosintéticos (Gt) como refuerzo de pavimentos asfálticos

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Uso de geosintéticos (Gt) como refuerzo de pavimentos asfálticos

Autor: Augusto Jugo (augustojugo11@gmail.com)

Este artículo es un extracto del trabajo: METODOLOGÍA DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS REFORZADOS CON GEOSINTÉTICOS (Gt), presentado en el 6to Congreso Venezolano del Asfalto. Maracay, Venezuela 2013

ANTECEDENTES
Como es conocido, el empleo de geosintéticos (Gt) en obras viales se ha incrementado significativamente en las últimas décadas. Sin embargo en el área de refuerzo de pavimentos aun en trabaja en el desarrollo de métodos o procedimientos de diseño. Se han realizado numerosas investigaciones en laboratorio, así como evaluaciones de obras que han demostrado que la incorporación de Gt -en las estructuras de los pavimentos beneficia el comportamiento de los mismos alargando su vida de servicio. Por otra parte, el mecanismo de trabajo no es totalmente entendido, lo que ha obstaculizado el desarrollo de metodologías de diseño.

En Venezuela, se han venido desarrollando, con el apoyo del Instituto Venezolano del Asfalto (INVEAS), la Universidad Central de Venezuela (UCV) y otras organizaciones, trabajos de investigación con la finalidad de entender –en forma más racional y práctica el beneficio estructural de incorporar Gt en los pavimentos. Algunos de estos trabajos son:

  • Se realizó una amplia investigación bibliográfica de criterios, investigaciones y procedimientos publicados a nivel mundial, la cual dio como resultado la elaboración de un Manual de Uso de Geosintéticos en Obras Viales, publicado por la empresa GEOSINTETICOS TRICAL de Venezuela en 2006.
  • Desarrollo, como Tesis de Maestría en la UCV, de una investigación titulada: Evaluación Teórico-conceptual del uso de Gt en pavimentos asfálticos; adelantada por la Ing. G. Trespalacios.
  • Este trabajo apoyado en conceptos del Método de Diseño AASHTO-93 y del MEPDG, sirvió para el desarrollo de una esquema preliminar para cuantificar el aporte del uso de Gt, en la interface subrasante-base granular, fue culminado en 2010 y sentó las bases para el desarrollo del procedimiento de diseño que aquí se presenta.
  • Seguimiento y evaluación del comportamiento de distintas obras de pavimentos, de las que se tienen datos de proyecto y construcción, ejecutados en los últimos años con la finalidad de evaluar su comportamiento. El primer resultado de este trabajo se presentó en el 5° Congreso Venezolano del Asfalto en 2010.
  • Adicionalmente, se encuentran en desarrollo otros de trabajos de investigación adelantados como tesis de maestría en la UCV, con la finalidad de complementar aspectos relacionados con el tema.

En el desarrollo de esta fase del trabajo, es importante destacar los siguientes aspectos y conceptos:

  • La colocación de un Gt en la interface subrasante-capa granular ofrece un efecto de refuerzo en función del confinamiento, del material granular, lo que incrementa su respuesta mecánica (E) y aumenta su capacidad para distribuir los esfuerzos inducidos por las cargas- reduciendo los esfuerzos sobre la subrasante.
    muestra esquemáticamente este concepto.
  • Todas las publicaciones coinciden que el aporte es mayor a medida que el valor soporte de la subrasante (CBR) es menor.
  • Igualmente, se reconoce que la rigidez o resistencia del Gt es una variable a considerar en la cuantificación del aporte estructural.

En forma esquemática, el mecanismo de refuerzo puede resumirse –de acuerdo con recientes publicaciones- en el siguiente concepto:

Filtración + Separación + Refuerzo → Estabilización

  1. Filtración: Previene la pérdida de capacidad drenante del material granular colocado sobre la subrasante.
  2. Separación: Previene la contaminación de un material granular por suelos finos de subrasante, o la incrustación y perdida de partículas gruesas en la subrasante
  3. Refuerzo: En el mecanismo de refuerzo se consideran distintos aspectos, entre ellos:
    o Restricción lateral en el granular, lo que incrementa su estado de esfuerzos, su respuesta mecánica y reduce los esfuerzos sobre la subrasante.
    o Desarrollo de efecto membrana tensionada cuando las deformaciones, por carga, inducen que el Gt desarrolle resistencia a tensión.
    o Confina el sistema protegiéndolo de la falla por corte.

La interacción de estos mecanismos: Filtración-Separación-Refuerzo conducen a la denominada Estabilización Mecánica, la cual facilita el proceso constructivo, incrementa la resistencia del suelo y mejora su desempeño como soporte o fundación del pavimento.

Estos beneficios son más efectivos en suelos finos húmedos o saturados, ya que la Separación y Confinamiento, se convierte en Refuerzo, especialmente en suelos de bajo valor CBR. Se considera que el mayor beneficio se obtiene en suelos con valores CBR < 3 %, el aporte se reduce a medida que el CBR se incrementa estimándose nulo para valores CBR entre 8 y 10 %.

CARACTERIZACIÓN DE GEOSINTÉTICOS
Como se indicó, uno de los objetivos de este trabajo es considerar el tipo y la resistencia del Gt en el procedimiento de diseño. Los Gt comúnmente empleados como Refuerzo en la interface subrasante-granular son del tipo tejidos (T) y no tejidos (NT), los que se definen como:

Geotextiles: telas permeables hechas de material textil usado como filtro para prevenir migración de suelos, separar o prevenir su mezclado o como refuerzo para mejorar la resistencia de un suelo. Estos pueden ser tejidos (T) y no tejidos (NT).

Dentro de estos Gt existen numerosos tipos en función de su conformación, material, proceso de fabricación y especialmente su resistencia. Igualmente hay distintos ensayos normados para medir la resistencia del Gt, siendo la Resistencia a Tensión por el Método Grab (ASTM D4632) uno de los más representativos y aceptados para caracterizar y clasificar productos. En este trabajo, se empleará este parámetro para considerar la resistencia del Gt en el aporte a la estructura del pavimento.

De acuerdo con los criterios de diseño del método AASHTO-93, el aporte estructural de una capa de base granular es función de su módulo elástico (Eb ), que a su vez es función directa del estado total de esfuerzos (θ) a que es sometido el material. A mayor θ mayor será su módulo Eb y por consiguiente su aporte estructural. Esta noción ayuda a entender -desde el punto de vista teórico- el beneficio aportado por un geosintético.

En resumen, un geosintético colocado en la parte inferior de una capa de material granular produce un efecto de confinamiento que incrementa el estado de esfuerzos θ dentro de la capa -al ser ésta sometida a carga- aumentando su respuesta mecánica y distribuyendo los esfuerzos en una mayor área, lo que disminuye el esfuerzo actuante
sobre la subrasante. Por otra parte, en suelos finos el valor soporte o módulo resilente (Mr) de la subrasante es función inversa del esfuerzo desviador (δd), o sea que al disminuir δd se incrementa Mr.

Estos conceptos que se ilustran en la figura 4 son –evidentemente- de gran utilidad para explicar el beneficio de un geotextil colocado sobre una subrasante.

EN RESUMEN

En forma complementaría es importante destacar los siguientes aspectos a tomar en cuenta en la selección de un geosintético a ser usado como refuerzo en la interface subrasante-capa granular de un pavimento asfáltico.

o El aporte del Gt es mayor mientras menor sea el valor CBR de la subrasante, y su aporte se reduce a medida que el CBR se incrementa, hasta hacerse prácticamente nulo para CBR entre 8 y 10 %.

o Se considera que ambos tipos de Gt –Tejidos y No tejidos- inducen beneficios en la estructura del pavimento, en función de los siguientes mecanismos:
 Separación: que evita la pérdida del material granular por incrustación en suelos de subrasante, así como la contaminación –por finos- del granular lo que reduce su capacidad drenante y su fricción interna. Este beneficio es
mayor en suelos de menor CBR, especialmente si son sometidos a altos contenidos de humedad.
 Inducción de confinamiento del suelo de subrasante disminuyendo la posibilidad de falla por corte.
 Confinamiento de la capa granular lo que incrementa su estado de esfuerzos, fricción interna y respuesta mecánica.
o Es conveniente tener en cuenta, que los Gt Tejidos poseen mayor resistencia y rigidez, lo que en algunos casos pudiera ser una diferencia significativa como refuerzo de pavimento.
o Otra variable a considerar en el beneficio integral del Gt en el sistema de pavimento, actualmente en estudio, es la calidad y el espesor del material granular empleado. Es evidente que el beneficio sobre la subrasante es mayor mientras mejor sea la calidad del material y mayor su espesor, aunque en términos de beneficio del aporte estructural de la capa granular por uso de un Gt, éste es menor a medida que el espesor del granular aumenta.

 

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