manual técnico para el uso de geosintéticos_esp

M a n u a l T c n i c o

Criterios generales para proyecto, especificacin y aplicacin de geosintticos.

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Matriz.Av. Jos Benassi, 2601 - Distrito Industrial FazGranCP 520 - CEP 13201-970 - Jundia - SP - BrasilTel.: (11) 4525-5000 Fax: (11) 4599-4275e-mail: [email protected]

Maccaferri de Argentina.Tel.: 54 (3327) 457522 Fax: 54 (3327) 455394e-mail: [email protected]

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Maccaferri do Brasil Ltda.

1 EdioEnero / 2010

Autores:

Eng. Daniele Martin OjeaEng. Paulo Eduardo Oliveira da RochaEng. Petrucio Jos dos Santos Junior

Eng. Victor Gustavo Chiari

Introduccin................................................................................................................

1. Carreteras...............................................................................................................

1.1 - Separacin y estabilizacin de sublechos.............................................................1.1.1 - Generalidades...............................................................................................1.1.2 - Introduccin....................................................................................................1.1.3 - Metodologa de clculo.................................................................................1.1.4 - Ejemplo de clculo........................................................................................1.1.5 - Antecedentes................................................................................................1.1.6 - Instalacin.....................................................................................................1.1.7 - Normas relacionadas....................................................................................1.1.8 - Bibliografa..................................................................................................1.2 - Refuerzo de base de pavimentos......................................................................1.2.1 - Generalidades..............................................................................................1.2.2 -Introduccin....................................................................................................1.2.3 - Metodologa de clculo.................................................................................1.2.4 - Exemplo de clculo........................................................................................1.2.5 - Antecedentes................................................................................................1.2.6 - Instalacin......................................................................................................1.2.7 - Normas relacionadas.....................................................................................1.2.8 - Bibliografa...................................................................................................1.3 - Repavimentacin con geotextiles......................................................................1.3.1 - Generalidades...............................................................................................1.3.2 - Introduccin....................................................................................................1.3.3 - Metodologa y ejemplo de clculo................................................................1.3.4 - Ejemplo de clculo........................................................................................1.3.5 - Antecedentes...............................................................................................1.3.6 - Instalacin.....................................................................................................1.3.7 - Normas relacionadas.....................................................................................1.3.8 - Bibliografia...................................................................................................1.4 - Sistema de drenaje subsuperficial....................................................................1.4.1 - Generalidades...............................................................................................1.4.2 - Introduccin....................................................................................................1.4.3 - Metodologa de clculo.................................................................................1.4.4 - Ejemplo de clculo.......................................................................................1.4.5 - Antecedentes................................................................................................1.4.6 - Instalacin.....................................................................................................1.4.7 - Normas relacionadas.....................................................................................1.4.8 - Bibliografa....................................................................................................

2. Edificaciones...........................................................................................................

2.1 - Sistemas de drenaje vertical y horizontal..........................................................

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ndice

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ndice

4

2.1.1 - Generalidades..............................................................................................2.1.2 - Introduccin....................................................................................................2.1.3 - Metodologia de clculo................................................................................2.1.4 - Ejemplo de clculo.......................................................................................2.1.5 - Antecedentes...............................................................................................2.1.6 - Instalacin......................................................................................................2.1.7 - Normas relacionadas....................................................................................2.1.8 - Bibliografa...................................................................................................2.2 Refuerzo de fundaciones superficiales o rasas.........................................................2.2.1 - Generalidades...............................................................................................2.2.2 - Introducin....................................................................................................2.2.3 - Metodologia de clculo................................................................................2.2.4 - Ejemplo de clculo.......................................................................................2.2.5 - Antecedentes................................................................................................2.2.6 - Instalacin......................................................................................................2.2.7 - Normas relacionadas.....................................................................................2.2.8 - Bibliografa...................................................................................................

3. Geotecna.............................................................................................................

3.1 - Muros de contencin en suelo reforzado...........................................................3.1.1 - Generalidades...............................................................................................3.1.2 - Introduccin.....................................................................................................3.1.3 - Metodologia de clculo.................................................................................3.1.4 - Ejemplo de clculo.......................................................................................3.1.4.1 - Ejemplo de clculo para soluciones Terramesh...........................................3.1.4.2 - Ejemplo de clculo para soluciones Macwall..............................................3.1.5 - Antecedentes...............................................................................................3.1.6 - Instalacin.....................................................................................................3.1.7 - Normas relacionadas.....................................................................................3.1.8 - Bibliografa...................................................................................................3.2 - Refuerzo de terraplenes sobre suelos blandos.............................................................3.2.1 - Generalidades...............................................................................................3.2.2 - Introducin....................................................................................................3.2.3 - Metodologia de clculo.................................................................................3.2.4 - Ejemplo de clculo........................................................................................3.2.5 - Antecedentes................................................................................................3.2.6 - Instalacin.....................................................................................................3.2.7 - Normas relacionadas.....................................................................................3.2.8 - Bibliografa....................................................................................................

4. Control de efluentes............................................................................................

4.1 - Laguna de tratamiento de efluentes....................................................................

0

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ndice

5

4.1.1 - Generalidades.............................................................................................4.1.2 - Introduccin..................................................................................................4.1.3 - Metodologia de clculo...............................................................................4.1.4 - Ejemplo de clculo.......................................................................................4.1.5 - Antecedentes...............................................................................................4.1.6 - Normas relacionadas.....................................................................................4.1.7 - Bibliografa....................................................................................................4.2 - Terraplenes de residuos slidos...............................................................................4.2.1 - Generalidades...............................................................................................4.2.2 - Introduccon....................................................................................................4.2.3 - Metodologia de clculo................................................................................4.2.4 - Ejemplo de clculo.......................................................................................4.2.5 - Antecedentes................................................................................................4.2.6 - Normas relacionadas.....................................................................................4.2.7 - Bibliografa....................................................................................................4.3 - Proteccin de geomembranas.............................................................................4.3.1 - Generalidades................................................................................................4.3.2 - Introduccin....................................................................................................4.3.3 - Metodologia de clculo................................................................................4.3.4 - Exemplo de clculo.......................................................................................4.3.5 - Antecedentes................................................................................................4.3.6 - Normas relacionadas.....................................................................................4.3.7 - Bibliografa...................................................................................................4.4 - Deshidratacin de lodos......................................................................................4.4.1 - Generalidades...............................................................................................4.4.2 - Introduccin....................................................................................................4.4.3 - Metodologia de clculo.................................................................................4.4.4 - Ejemplo de clculo.......................................................................................4.4.5 - Antecedentes................................................................................................4.4.6 - Instalaccin......................................................................................................4.4.7 - Normas relacionadas.....................................................................................4.4.8 - Bibliografa....................................................................................................4.5 - Instalaccin de las geomembranas Macline...........................................................4.5.1 - Etapas y consideraciones preliminares..............................................................4.5.2 - Procedimientos de instalacin.........................................................................4.5.3 - Control de calidad........................................................................................4.6 - Tabla de resistencia qumica del PEAD.............................................................

5. Proteccin de taludes..............................................................................................

5.1 - Revestimientos de taludes con geomantas/biomantas......................................5.1.1 - Generalidades...............................................................................................5.1.2 - Introduccin....................................................................................................5.1.3 - Metodologia de clculo.................................................................................

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...................195

...................195

...................197...................203...................207...................209...................210...................212...................212...................213...................214...................226...................233...................235...................236...................237...................237...................237...................238...................243...................246...................248...................249...................250...................250...................250...................251...................257...................259...................261...................263...................264...................265...................265...................266...................269...................270

...................279

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...................284

ndice

6

5.1.4 - Ejemplo de clculo.......................................................................................5.1.5 - Antecedentes..............................................................................................5.1.6 - Instalaccin....................................................................................................5.1.7 - Normas relacionadas...................................................................................5.1.8 - Bibliografa..................................................................................................

6. Ensayos................................................................................................................

6.1. - Ensayo para determinacin de la flexibilid (rigidez Flexural) de las TRMS...........6.2 - Ensayo de resistencia a rayos ultravioletas.........................................................6.3 - Ensayo para determinacin de la penetracin de luz en Geomantas (TRM)...........6.4 - Ensayo de resistencia en la costura......................................................................6.5 - Ensayo de permeabilidad planar y transmissividad.........................................6.6 - Ensayo de resistencia a traccin - faja ancha.......................................................6.7 - Ensayo de resistencia al punzonamiento tipo CBR...........................................6.8 - Ensayo de determinacin del gramaje.............................................................6.9 - Ensayo de determinacin de espesura.............................................................6.10 - Ensayo de de determinacin de la abertura de filtracin...............................6.11 - Permeabilidad / permissividad de geotextiles.................................................6.12 - Resistencia a traccin - GRAB..........................................................................6.13 - Resistencia al rasgado trapezoidal....................................................................6.14 - Resistencia a estallido...................................................................................6.15 - Determinacin de abertura aparente...........................................................6.16 - Ensayo de resistencia a traccin por elementos.................................................

....................288....................292....................300....................303....................303

....................305

....................305

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.....................320....................321

La finalidad de este manual es transmitir, de forma objetiva, informaciones generales sobre todos los tipos de geosintticos y metodologas para dimensionamiento, proyecto y ejecucin de obras con estos productos. Tambin estn en detalles informaciones sobre normas y ensayos pertinentes a cada tipo de goesinttico.

El principal propsito de Maccaferri con esta obra es contribuir con informaciones tiles y objetivas a las reas de proyecto y construccin de obras con la utilizacin de geosintticos. Representan los mismos modernidad tecnolgica, proporcionando una visible economa de recursos, optimizacin de cronogramas de trabajo y ms confiabilidad y durabilidad de las obras.

Para un anlisis ms detallado sobre los argumentos aqu tratados, le sugerimos consultar las obras especficas; que hay, como referencia bibliogrfica, en este manual.

Maccaferri se pone a su total disposicin, le asesorndolo en cuanto a la solucin de problemas es-pecficos, basado en su experiencia, adquirida a lo largo de ms de 125 aos de existencia en todo el mundo.

07

INTRODUCCIN

1. CARRETERAS

1.1 - SEPARACIN Y ESTABILIZACIN DE SUBLECHOS

1.1.1- GENERALIDADES

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Durante la construccin de carreteras, ferrocarriles o vas en general, es comn hallarse frente a

la necesidad de aplicar algn elemento de separacin, que permita el acceso o la entrada de los

equipamientos de compactacin y rodaje en sitios cuyo suelo no presente la capacidad de sostener

suficientemente operaciones de terrapln. Convencionalmente se utilizan materiales granulares para

tal fin, permitindose un incremento a la capacidad de soporte del suelo de fundacin; a la vez se

contribuye con la el drenaje de la base de sustentacin de la va, siendo generalmente la presencia

de agua la responsable por la baja resistencia.

Se observa, mientras tanto, que para que se alcance un nivel satisfactorio con el uso de materiales

granulares se necesita un volumen significativo de material, suficiente para que se permita el acceso

de vehculos. Esto no ocurre cuando son usados geotextiles, pues su empleo permite optimizar la

camada de material granular, y, aun, desempea el papel de filtracin requerido (figura 1.1.1); o

sea, se pretende que el geotextil separe dos camadas de diferentes materiales, con que sean evitados

contaminaciones, mezclas o el mismo contacto.

Figura 1.1.1 La ilustracin muestra la camada de material granular, sin geotex-til, siendo invadida por el sublecho de baja capacidad de soporte, y la camada de material granular, con geotextil, actuando como elemento separador y filtrante.

1. Estradas

10

La aplicacin de geotextil como elemento separador es comn en carreteras, ferrocarriles, aeropuer-

tos y estacionamientos, especialmente cuando se realizan tales obras sobre suelos blandos cohesi-

vos, una vez que su utilizacin impide la mezcla entre el subsuelo y los materiales de los terraplenes

utilizados en las obras, con lo que se evita la contaminacin de la base constituida de agregado y su

resultante prdida de resistencia.

Ensayos demuestran que slo un 20% en peso del suelo del sublecho mezclado al suelo de la base

es suficiente para reducirle la capacidad de soporte hacia el sublecho. Ese problema normalmente

ocurre por cuenta del movimiento de gran cantidad de agua. Cuando grandes cargas transversales

se aplican a la superficie de la carretera, hay una accin de bombeo que acelera el movimiento de

agua y la migracin de las partculas del suelo, acelerando el proceso de falla en la carretera.

Permeabilidad y resistencia son los dos criterios ms importantes para que se elija el geotextil con

funcin de separacin. Por el criterio de permeabilidad, se estima que el agua se mueva a travs del

geotextil mientras ste retiene parte del suelo fino sin que sufra colmatacin; por el criterio de resis-

tencia, el geotextil debe soportar el proceso constructivo y las presiones de trfico sobre la camada

de material granular.

Un punto muy importante a ser observado en cuanto al uso de geotextiles como elementos separa-

dores consiste en no ser ese uso lo que define la estabilidad del paquete asfltico, o sea, la estabilidad

estructural de todas las camadas de pavimento deber ser evaluada mediante criterios especficos.

Utilizndose geotextiles como elementos de separacin en vas, hay que tener en cuenta algunas

consideraciones, como:

Conocer las caractersticas fsicas e hidrulicas del suelo del sublecho. Elegir la resistencia del geotextil segn los criterios constructivos que sern adoptados, evitndose as daos severos de instalacin (punciones, rasgo, etc).

En carreteras existentes, verificar si una subbase adicional se ha incluido anteriormente como so-porte estructural extra, para contener el suelo de menor resistencia y reducir la formacin de rastros

de ruedas durante el pasaje de los equipamientos pesados. En esos casos, se debe reducir la subbase

de un 30% a un 50%, e incluir el geotextil en el proyecto entre la base y la subbase.

Adems de tomar por base el proyecto geomtrico, para que sea posible evidenciar las reas donde necesariamente debern ser utilizados elementos separadores.

1.1.2 - INTRODUCCIN

1.1.3 - METODOLOGA DE CLCULO

11

1. Estradas

De esa manera, para que ocurra la funcin de separacin, basta poner el geotextil sobre el suelo

del sublecho y, en seguida, repartir y compactar sobre el geotextil el material granular. Las defor-

maciones subsecuentes son muy localizadas, y ocurren en torno a cada partcula individual del ma-

terial granular elegido. Con base en esto, varias consideraciones pueden ser hechas conforme las

propiedades mecnicas de los geotextiles, y es con base en esas consideraciones que, a seguir, se

presentan criterios para la correcta eleccin del geotextil como elemento separador y estabilizador

de sublechos.

Considerndose un geotextil posicionado sobre sublecho de baja capacidad de soporte y un suelo

granular de partculas con dimetro mediano, sobre el geotextil, habr entre las partculas, si fueren

de tamao uniforme, vacos que permitirn la entrada del geotextil. Esa entrada es causada por si-

multneas acciones de las cargas de trfico, siendo transmitidas a las partculas de material granular,

por el geotextil y por el suelo subyacente. Las tensiones de suelo intentan ah empujar el geotextil

para arriba, en los vacos entre las partculas (figura 1.1.2). Giroud (1984) propuso una formulacin

para la resistencia exigida por el geotextil, que puede ser adoptada para esa aplicacin.

donde:

b = ancho de apretura (o vaco), y

y = deformacin dentro de la abertura (o vaco).

Resistencia al estallido

1. Estradas

12

Figura 1.1.2 Geotextil tensionado en el vaco entre las partculas de suelo granular (Koerner, 1998).

Esa proposicin es anloga al ensayo de estallido previsto por la ASTM D3786, segn el cual el geo-textil es tensionado gradualmente en forma hemisfrica hasta su falla por tensin radial. Entonces es

posible adoptar la siguiente ecuacin:

Considerndose Tallow

= Tult

(IIRF), donde IIRF = factor de reduccin acumulativo, es posible formular

una expresin para el factor de seguridad:

Donde:

Tult

= resistencia ltima del geotextil;

ptest

= tensin de estallo;

dtest

= dimetro del dispositivo del ensayo de estallo (= 30mm).

Presin de las ruedas, p

Base granular

Geotextil

Subleito

13

1. Estradas

Resistencia a traccin

Cuando una partcula de agregado es presionada sobre dos otras, se moviliza sobre el geotextil una

tensin de traccin lateral o en plano cualquiera (figura 1.1.3). Con ello es posible estimar cul la

mxima deformacin que sufrir el geotextil bajo las deformaciones formadas por las dos partculas

inferiores (figura 1.1.3). A partir de las dimensiones mostradas en la figura 1.1.3, es posible deter-minar la mxima deformacin que ocurrir en el geotextil, sin que haya ni deslizamiento ni rotura

de los agregados.

Mire que el resultado asumido es independiente del tamao de las partculas. Consecuentemente, la deformacin en el geotextil podr superar el 33%, de acuerdo con los datos estimados. La tensin

movilizada est relacionada a la presin ejercida en el agregado, conforme la siguiente ecuacin:

donde:

Treqd

= resistencia grab en el geotextil;

p = tensin en la superficie del geotextil;

dv = dimetro mximo del vaco entre las partculas slidas, d

v = 0.33d

a;

da = dimetro mediano entre las partculas de material granular;

f(e) = deformacin que es funcin del alargamiento del geotextil.

1. Estradas

14

donde:

b = ancho de apretura (o vaco), y

y = deformacin dentro de la abertura (o vaco).

El geotextil debe resistir al proceso de instalacin. Ese tipo de consideracin no est relacionada ap-

enas a la funcin de separacin, siendo extremamente importante en todos los tipos de aplicacin.

El mtodo de proyecto sugerido para tal situacin est esquematizado en la figura 1.1.4, y, para esas

condiciones, la fuerza vertical ejercida sobre el geotextil es la siguiente:

Figura 1.1.3 Geotextil sometido a tensin de traccin, cuando la presin en la superficie es aplicada por una base de agregado que intenta un esparcimiento lateral (Koerner, 1998).

Resistencia a punzonamiento

15

1. Estradas

Donde:

Freqd

= fuerza vertical requerida;

p = tensin en la superficie del geotextil (aproximadamente el 100% de la presin de las ruedas en

la superficie del terreno);

da = dimetro mediano entre las partculas de material granular;

S1 = factor de protrusin = h

h/d

a;

hh = altura de protrusin = h

h/d

a;

S2 = factor de escala para ajustar la norma ASTM D4833;

S3 = factor de forma para ajustar la norma ASTM D4833;

Ap = rea proyectada de la partcula puncionada;

Ac = rea del menor crculo circunscrito alrededor de la partcula puncionada.

Figura 1.1.4 - Esquema de punciones en geotextiles (Koernerm 1998).

Concentracin de tensin

Geotextil

1. Estradas

16

Mtodo propuesto por AASHTO

Se trata de una norma propuesta por AASHTO, denominada Geotextile Specification for Highway Applications - AASHTO M 288-00, aplicada a geotextiles para uso en drenaje subsuperficial, sepa-racin, estabilizacin, control de erosin, proteccin temporaria y pavimentacin. Es importante

acordar que no es una norma basada en criterios de supervivencia de acuerdo con las tensiones de

instalacin, lo que la torna viable para la eleccin del geotextil bajo clases preestablecidas, y una

excelente alternativa para establecer criterios de especificacin tcnica.

Los requisitos para separacin establecidos por AASHTO M 288-00 son aplicables al uso de geotex-tiles para prevenir la mezcla entre el suelo del sublecho y el material de cobertura (base, subbase,

terrapln, etc.). La especificacin puede ser tambin aplicada en situaciones de pavimentos en que la

separacin entre dos materiales distintos es necesaria, pero la percolacin de agua no es la funcin

principal. La funcin de separacin es apropiada a estructuras de pavimento construidas sobre suelos

con baja capacidad de soporte, o sea, CBR > 3.

Requisitos para la eleccin del geotextil

El geotextil deber seguir los requisitos de las tablas 1.1.1 y 1.1.2. Todos los valores numricos pre-sentados en la tabla 1.1.2 son representados por valores MARV (Minimum Average Roll Values) en el sentido principal ms blando, excepto el AOS, cuyos valores representados son MaxARV (Maximum Average Roll Values).

Tabla 1.1.1 Propiedades de resistencia requeridas de un geotextil.

17

1. Estradas

Tabla 1.1.2 Propiedades requeridas a un geotextil para separacin.

Tabla 1.1.3 Requisitos para translape.

1.1.4 - EJEMPLO DE CLCULO.

Es posible determinar el tipo de geotextil a utilizar con base en los criterios presentados en el tem

1.1.3. Una vez que AASTHO ofrece requisitos mnimos para la eleccin del geotextil como elemento de separacin, es interesante ejemplificar su utilizacin a partir de las tablas citadas en el tem 1.1.3,

y de manera simple especificar el geotextil adecuado.

Siguiendo directamente la tabla 1.1.2, que relaciona los requisitos de separacin para un geotextil,

es posible verificar que la clase elegida es la clase 2. As, se trabaja slo con la columna que hace referencia a esa clase en la tabla 1.1.1.

1. Estradas

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Tabla extrada de la tabla 1.1.1, del tem 1.1.3 de este manual.

El geotextil Maccaferri que atiende a la clase 2, establecida en la tabla 1.1.1, es el MacTex N 40.1 con los requisitos mnimos de AASHTO (ver tem 1.1.7 de este manual para encontrar la hoja de especificacin tcnica de ese geotextil).

Es importante tambin observar los requisitos de translape mnimos, que se encuentran en la tabla

1.1.3, cuyo parmetro de referencia es la capacidad de soporte del suelo del sublecho, medido

segn CBR (California Bearing Ratio).

19

1. Estradas

1.1.5 - ANTECEDENTES

SO PEDRO DGUA BRANCA

SEPARACIN Y REFUERZOProductos: MacTex N 60.2 y MacGrid WG 40

Solucin

La empresa Vale, solicitante del proyecto de ese fer-rocarril, est siempre preocupada con la mejora con-stante y ambiental de los ferrocarriles que administra. Durante la ejecucin de tal proyecto se ha optado por la confeccin de una camada de 0.50 de grava con el fin de regularizar la base del terrapln, un geotextil no tejido con gramaje de 300 g/m2 como elemento separador entre la grava con el suelo de terrapln y una geogrilla tejida con 40 kN/m de resistencia a trac-cin longitudinal con el objetivo de suplir las malas caractersticas de traccin que el suelo posea. Debido a la aplicacin de este conjunto de soluciones, el ter-rapln no present ningn problema con el pasaje de la maquinaria sobre l.

Nombre del cliente

VALE

Constructor:

Productos usados

Endocosil

Problema

A pesar de ser una ciudad de pequeo porte, So Pedro d gua Branca, localizada a oeste del estado de Maranho, es el enlace entre dicho estado y To-cantins y Par. Debido a esto, los ferrocarriles son extremamente importantes con el objetivo de facilitar el transporte de cargas entre todas regiones de Brasil. Mientras tanto, durante el pasaje de la maquinaria, haba un gran problema de acmulo de agua en el ter-rapln ubicado cerca del ferrocarril, saturando comple-tamente el suelo y, consecuentemente, disminuyendo su resistencia.

BRASIL, MARANHO

MacTex N 60.2 3440.00 mMacGrid WG 40 2040.00 m

Fecha de la obra:Inicio: Trmino:

Septiembre / 2007Septiembre / 2007

Figura 1.1.7

Durante la obra

Durante la obra

Durante la instalacin

1. Estradas

20

Figura 1.1.8 - Figura ilustrativa

Figura 1.1.9 - Durante la instalacin Figura 1.1.10 - Durante la instalacin

Figura 1.1.12 - Durante la instalacin Figura 1.1.11 - Durante la instalacin

21

1. Estradas

1.1.6 - INSTALACIN

El rea que ser cubierta por el geotextil deber ser preparada para estar en condicin regular y uni-

forme, libre de escombros y objetos puntiagudos, tal como piedras y rocas que causen obstculos a

esa cobertura.

El geotextil deber ser prontamente desenrollado (figura 1.1.13) siguiendo la secuencia de cober-

tura, no debiendo quedar expuesto a luz del sol, durante la instalacin y por ms siete das. Despus

de desenrollado, no deber presentar arrugas excesivas, lo que podra ocasionar deformaciones

tambin excesivas durante su vida de proyecto.

El geotextil no deber ser arrastrado sobre el suelo blando ni sobre objetos puntiagudos, pues eso

podra daarlo permanentemente.

Todas las partes desenrolladas de geotextil debern ser translapadas al mnimo 0.30m (figura 1.1.14), respetando siempre los requisitos de translape de la tabla 1.1.3.

Clavos, vstagos u otro recurso recomendado por el fabricante deben ser empleados cuando se

necesite fijar el geotextil en un determinado sitio, hasta que el suelo de cobertura sea colocado. El

material de cobertura deber ser colocado sobre el geotextil de tal manera que un mnimo de 15cm

de material est siempre entre las ruedas de los vehculos y el geotextil (figura 1.1.15.)

Los equipamientos de construccin sern limitados en tamao y peso, o sea, se recomienda que la

mxima profundidad en huella de rueda formada en la camada de suelo sobre el geotextil tenga

entre 10cm y 15cm. No es permitido maniobrar las ruedas de los vehculos sobre el geotextil o sobre el suelo de cobertura inicial (15cm) de manera brusca, pues eso inducira la formacin de arrugas o

levantamiento excesivo del geotextil. Para entrar o salir con vehculos sobre el geotextil, son reco-

mendados movimientos suaves.

La compactacin de la primera camada de suelo sobre el geotextil deber ser limitada a slo un

sentido de colocacin y esparcimiento, no siendo permitido equipamiento vibratorio en esa camada.

Despus de la colocacin de la primera camada, o camada de acceso, y respetando las recomenda-

ciones citadas anteriormente, las operaciones de terrapln pueden transcurrir como especificadas en

proyecto.

1. Estradas

22

Figura 1.1.13 - Desenrollando el geotextil sobre superficie regu-larizada.

Figura 1.1.15 - Aplicacin y regularizacin de material de cobertura.

Figura 1.1.14 - Aplicacin de segundo rollo con realizacin de translape.

23

1. Estradas

1.1.7 - NORMAS RELACIONADAS.

1.1.8 - BIBLIOGRAFA

ASTM D4632-91(2003) Standard Test Method for Grab Breaking Load and Elongation of Geotex-tiles;

ASTM D4533-91(1996) Standard Test Method for Trapezoid Tearing Strength of Geotextiles;

ASTM D4833 - 07 Standard Test Method for Index Puncture Resistance of Geomembranes and Re-lated Products;

ASTM D4491-99a(2004) Standard Test Methods for Water Permeability of Geotextiles by Permittiv-ity;

ASTM D4751 - 04 Standard Test Method for Determining Apparent Opening Size of a Geotextile;

ASTM D4355-02 Standard Test Method for Deterioration of Geotextiles by Exposure to Light, Mois-ture and Heat in a Xenon Arc Type Apparatus.

AASHTO, (2000) Standard Specifications for Geotextiles Specification for Highway Applications - M288-00, American Association of State Transportation and Highway Officials, Washington DC.

AASHTO, (1993) Guide for the Design of Pavement Structures, American Association of State High-way and Transport Officials, Washington DC. Giroud, J.P. (1984), Designing with Geotextiles, Mater.

Const. (Paris), Vol. 14, No. 82, 1981, pp. 257-272; Geotextiles and Geomembranes, Definitions, Properties and Designs, St. Paul, MN:IFAI.Koerner, R. M., (1998) Designing with Geosynthetics (4th Edition), Prentice Hall, USA. pp. 150 161.

1. Estradas

24

1.2.1 - GENERALIDADES

1.2 - REFUERZO DE BASE DE PAVIMENTOS

1.2.2 - INTRODUCCIN

1.2.3 - METODOLOGA DE CLCULO

El sector rodoviario es una de las ramas de la ingeniara ms atentas al desarrollo tecnolgico. En-

contrar materiales con caractersticas mecnicas que desarrollen un mejor comportamiento para el

rodaje del trfico es una preocupacin constante, y, en cuanto a esto, las soluciones en geosintticos

pueden traer mejoras importantes a la prevencin y estabilidad de esos materiales.

Las camadas que componen el pavimento son, la mayora de las veces, espesas y compuestas por

materiales de calidad; por ello el control tecnolgico es importante, una vez que puede influir sig-

nificativamente en el tiempo de vida til del pavimento. La utilizacin de materiales geosintticos

como elementos de refuerzo en la base de los pavimentos puede traer una serie de beneficios a la

calidad de esos materiales, adems de retener parte de los efectos mecnicos del trfico. Ventajas, como evitar deformaciones provenientes del sublecho en el pavimento, reducir la posibilidad de

aparecimiento de fisuras por fatiga y reduccin de la camada granular, son parte de una mejora de

comportamiento global relativamente al pavimento asfltico, y proporcionan conforto y seguridad

al usuario de la va.

Los geosintticos utilizados para refuerzo de vas permiten mejorar el funcionamiento de la estruc-

tura del pavimento, teniendo por base una espesura inicial de camada granular sin refuerzo geosin-

ttico para una condicin de carga (trfico) dada, comparada a una espesura requerida con refuerzo

geosinttico, para la misma condicin de trfico.

La metodologa que aqu se presenta permite calcular la reduccin de la espesura de la camada

granular y hacer la adecuada seleccin del geosinttico como refuerzo de la estructura asfltica. Ser

abordada de manera simple la metodologa basada en la teora utilizada para el refuerzo de estruc-

turas no pavimentadas sobre suelos de sublecho cohesivos, definida por Giroud y Noiray.

Giroud y Noiray

Esta metodologa est basada en la teora para el refuerzo de estructuras no pavimentadas sobre

suelos de sublecho cohesivos, definida por Jean Pierre Giroud y Laure Noiray, tenindose en cuenta el caso de vas no pavimentadas una vez que, durante el proceso constructivo, se presentan condi-

ciones similares de esfuerzo y deformacin en el sublecho y en las camadas granulares; el geosint-

tico para refuerzo trabaja de manera semejante en ambos casos, mejorando as el comportamiento

de la camada estructural completa de la va.

25

1. Estradas

El suelo de la base o subbase es considerado incompresible, las deformaciones producidas luego

abajo de las ruedas causan el levantamiento del suelo entre y a lo largo de las mismas. Posicionn-

dose un refuerzo geosinttico dentro de ese suelo, las deformaciones producidas son transmitidas

al refuerzo, que se convierte en una forma similar de onda, con el consecuente surgimiento de una

tensin de traccin sobre dicho refuerzo. (Figura 1.2.1.)

Cuando un material flexible tensionado presenta la forma de onda, la presin en la superficie cn-

cava es ms grande que la presin en la superficie convexa, lo que es conocido como efecto mem-

brana. Entre las ruedas (BB) y en los lados de las ruedas (AC), la presin aplicada por refuerzo sobre el sublecho es mayor que la presin aplicada por la camada granular sobre el refuerzo. Bajo las ruedas

(AB), la presin aplicada por el refuerzo sobre el sublecho es menor que la presin aplicada por las ruedas ms la camada de material granular sobre el refuerzo. El refuerzo geosinttico garantiza dos

efectos positivos a la va.

Provee el confinamiento horizontal del sublecho entre y a los extremos de las ruedas.

Permite reducir la presin aplicada por las ruedas en el sublecho.

A partir de la ecuacin 1.2.1 es posible calcular la espesura de la camada granular para una va reforzada con geosinttico en el nivel del sublecho, considerando la carga por eje, la presin de la

rueda, la huella de rueda y las caractersticas de resistencia del sublecho (Cu o CBR). Obtenindose la espesura de la camada granular sin refuerzo y con refuerzo es posible evaluar la reduccin de

espesura del pavimento con la utilizacin de un refuerzo geosinttico.

Figura 1.2.1 Dinmica de las carreteras reforzadas con geosinttico.

Ruedas

suelo de baserefuerzogeosinttico

Sublecho

1. Estradas

26

Antes mismo de utilizarse la ecuacin 1.2.1 deben ser seguidas las siguientes etapas del proceso de anlisis del pavimento con refuerzo geosinttico:

1. Clculo de la espesura granular para el caso dinmico sin refuerzo.

2. Clculo de la espesura granular para el caso casi-esttico sin refuerzo. Considerndose un trfico

leve:

Considerndose un trfico pesado:

Utilizndose la ecuacin 1.2.2 es posible calcular el valor de ho iterativamente.

27

1. Estradas

3. Clculo de la espesura granular para el caso casi-esttico con refuerzo.

Adoptndose un valor inicial para h, es posible determinar iterativamente la espesura de la camada granular para el caso casi-esttico con refuerzo.

De acuerdo con la figura 1.2.2, es posible determinar las ecuaciones para a, a e s.

Figura 1.2.2 Analoga geomtrica para deformacin en el refuerzo geosinttico.

2a2a'2a

e

B B As r st ttt

A

ePosicin inicial del refuerzo Refuerzo

1. Estradas

28

Iterativamente, se calcula el valor de h por la ecuacin 1.2.1.

Dh = ho h

Hr = h0 - Dh

Se a > a:

Se a < a:

4. Reduccin de la espesura de la camada granular, considerando el refuerzo geosinttico.

5. Determinacin de la espesura de la camada granular reforzada con geosinttico.

Proyecto de una va pavimentada sobre suelo blando con vida til de 20 aos.

Etapas de proyecto:

Proyecto de la carretera no pavimentada (serviciabilidad) Fase constructiva. Verificacin de la estabilidad de la camada granular y subbase para el caso pavimentado durante la vida til de la va.

Su = 30000 Resistencia no drenada (N/m2) - admitiendo que 1% = 30 kPa Valor mximo: Su = 120000 N/m2

P= 80000 Carga mxima de eje (N)r= 0.075 Profundidad de ahondamiento. Aceptable entre 0.075 y 0.15 (m)N= 1000 Nmero de pasadas de eje padrn por da en un aoPc = 480000 Presin de la rueda (N/m2)b= 26.6 ngulo de distribucin de tensiones (grados)

1.2.4 - EJEMPLO DE CLCULO

29

1. Estradas

e= 1.90 Distancia entre ruedas (m)

Refuerzo geosinttico MacGrid WG 40.

1. Clculo de la espesura granular para el caso dinmico sin refuerzo.

2. Clculo de la espesura granular para el caso casi-esttico sin refuerzo. Considerando un trfico

pesado:

Utilizando la ecuacin 1.2.2 es posible calcular el valor de ho iterativamente.

1. Estradas

30

3. Clculo de la espesura granular para el caso casi-esttico con refuerzo.

Adoptndose un valor inicial para h, es posible determinar iterativamente la espesura de la camada granular para el caso casi-esttico con refuerzo.

De acuerdo con la figura 1.2.2 es posible determinar las ecuaciones para a, a e s.

Figura 1.2.2 Analoga geomtrica para deformacin en el refuerzo geosinttico.

2a2a'2a

e

B B As r st ttt

A

ePosicin inicial del refuerzo Refuerzo

31

1. Estradas

A partir del grfico tensin versus alargamiento para la geogrilla MacGrid WG, se puede obtener los valores para el Mdulo de rigidez de un especfico alargamiento, entonces es posible, iterativa-mente, calcular el valor de h por la ecuacin 1.2.1.

Se a > a:

Se a < a:

s = 0,11

4. Reduccin de la espesura de la camada granular considerando el refuerzo geosinttico.

5. Determinacin de la espesura de la camada granular reforzada con geosinttico.

Dh = ho h = 0,22

Hr = h0 - Dh = 0,35

Tensin(kN/m)

K= (Tensin / alargamiento) [kN/m]

Alargamiento

Figura 1.2.3 - Modelo de grfico tenson x alongamento de la geogrilla.

1. Estradas

32

Luego de obtenerse la espesura para la subbase reforzada considerando una situacin no pavimen-

tada durante su construccin, los resultados obtenidos deben ser integrados con los de la situacin

para una va pavimentada. Eso es posible una vez que, ya tensionado, durante el perodo de con-

struccin, el geosinttico permite que la carretera se encuentre apta a recibir una camada asfltica,

debiendo solamente ser hecha una regularizacin de la superficie que deber recibir el asfalto,

retirndose as las eventuales irregularidades que surgen por el estiramiento previo de la geogrilla.

(Figura 1.2.3.)

Figura 1.2.4 a) Ahondamiento por huella de rueda durante la fase constructiva controlado por el refuerzo geosinttico; b) regularizacin de la superficie y posterior aplicacin de la camada asfltica.

(a) (b)

Figura 1.2.5 Esquema para el clculo de refuerzo de una carretera pavimentada.

Sublecho

33

1. Estradas

Consideraciones de proyecto para va pavimentada:

Rueda simple, Fp = 90kN

150 pasadas de rueda por da Rayo del rea cargada bajo la rueda, R = 0.20m Espesura de asfalto, D

a = 0.10m

ngulo de distribucin de carga en el asfalto, ba = 45o

Peso especfico del asfalto, ga = 20kN/m3

1. Clculo de la espesura de la camada granular para la situacin no pavimentada. Obtenido en el procedimiento anterior, Hr = 0.35m 0.40m.

2. Determinar R y R

R = R + Da x tan ba

R = R + Hr x tan bf,ac

R = 0.30m

R = 0.64m

3. Determinacin de la presin en la camada granular (Pf)

4. Determinacin de la mxima capacidad de soporte de la camada granular (Py), segn

Houlsby y Jewel (1990)

Py = 06 . R. g

f.Ng= 394 kPa

Tabla 1.2.1 Factores de capacidad de soporte para camadas granulares (Vesic, 1975).

Hay que verificar la estabilidad de la camada granular, calculada anteriormente.

1. Estradas

34

5. Estimar el trfico del proyecto (Np). Debe ser calculado con base en la vida til proyectada para el

pavimento.

En 20 aos, con 150 pasadas por da, se tiene que:

Np = 20 x 365 x 150 = 1.095.000 pasadas.

66. Calcular la carga de rueda equivalente (Fe).

Las cargas dinmicas durante la vida til de la va tienen influencia sobre los asentamientos diferen-

ciales en el sublecho. Por tener en cuenta esos padrones de cargas repetitivas en la verificacin de

la capacidad de carga del sublecho, hay que calcular una carga de rueda equivalente (Fe). Usando

el trfico de prometo, que es el nmero de repeticiones del eje padrn a lo largo de la vida til del

pavimento, se puede determinar el valor de Fe por medio de la ecuacin de De Groot et al., 1986.

7. Determinacin de la presin equivalente en el sublecho (Pes)

8. Determinacin de la mxima capacidad de soporte del sublecho (Pu), segn Houlsby y Jewel

(1990), en que Nc = 5.69.

Es necesario verificar la estabilidad del sublecho.

35

1. Estradas

Caso el factor sea menor que 1.5, se puede proceder de la siguiente manera:

Aumentar la espesura de la camada granular. Aumentar el grado de compactacin de la camada granular. Utilizar materiales de mejor resistencia. Aumentar CBR del sublecho por medio de consolidacin o mtodos artificiales.

1. Estradas

36


LIEBHERR DO BRASIL

Piso en concreto reforzado con fibras y refuerzo de base con geogrillasProductos: Wirand FFG1 e Geogrelha MacGrid WG

Solucin

Como complemento al uso de las fibras de acero Wirand, con el objetivo de mantener el mismo elevado nivel tecnolgico en el refuerzo de la base del piso, fueron utilizadas geogrillas tejidas MacGrid WG, para minorar el problema del suelo blando, creando as una base estable para el apoyo del piso, minimizando la posibilidad de inestabilidades, tornando el piso apto a recibir las elevadas solicitaciones relacionadas al trabajo de la empresa.

Nombre del cliente:

Liebheer Brasil - Guaratinguet / SP

Constructor:

Productos usados:

Sotep Construtora Ltda.

Problema

Visando ms rapidez en la ejecucin, larga vida til y seguridad en cuanto a esfuerzos mecnicos y abra-sin, provenientes del maquinario pesado que actuar sobre esa rea, la empresa Liebherr adopt el uso de fibras de acero Wirand en la ejecucin del piso en concreto de su fbrica en Guaratinguet, So Paulo.Durante el preparo de la base que recibira el piso en concreto fibroreforzado, fue detectada la presencia de suelo de baja capacidad de soporte en el sitio, lo que podra resultar inestabilidades y movimientos del piso, comprometindole el desempeo estructural.

BRASIL, GUARATINGUET

320 toneladas de Fibras de Acero Wirand55.000 m de Geogrillas MacGrid WG 45x45 kN/m

Fecha de la obra:Incio:Trmino:

Octubre / 2007Marzo / 2007

Figura 1.2.6 - Durante la obra



37

1. Estradas

Figura 1.2.9 - Esquema ilustrativo

Figura 1.2.10 -Obra concluida

Figura 1.2.12 - Obra concluida



1. Estradas

38

1.2.6 - INSTALACIN.

A seguir est presentadas las etapas de instalacin.

1. Preparacin del suelo del sublecho, por medio de la limpieza y retirada de materiales que impidan

la circulacin de los equipamientos de compactacin (figura 1.2.13).

2. Una vez limpia y regularizada la superficie, la geogrilla puede ser desenrollada, de manera que se

encuentre estirada y libre de arrugas u ondulaciones excesivas (figura 1.2.14).

3. Lanzamiento de las camadas granulares en etapas, de manera que se permita la entrada de los

equipamientos de compactacin. Se recomienda que ese lanzamiento ocurra con equipamientos

leves en las primeras camadas, y que el esparcimiento del suelo ocurra en V (figura 1.2.15).

4. Etapas de compactacin segn criterios de los rganos rodoviarios.

Figura 1.2.14 - Regularizacin y limpieza del rea a ser reforzada.

39

1. Estradas

Figura 1.2.15 - Geogrilla aplicada sobre la superficie regularizada.

Figura 1.2.16 - Lanzamiento de material granular sobre las geogrillas.

1. Estradas

40


1.2.8 - BIBLIOGRAFA

ASTM D6637 - 01 Standard Test Method for Determining Tensile Properties of Geogrids by the Single or Multi-Rib Tensile Method.

ASTM D4354 - 99(2004) Standard Practice for Sampling of Geosynthetics for Testing.

ASTM D5262 - 07 Standard Test Method for Evaluating the Unconfined Tension Creep and Creep Rupture Behavior of Geosynthetics.

De Groot, M. (1986) Design method and guidelines for geotextile application in road construction, 3rd International Conference on Geotextiles, Viena, Vol 3, p.741.

Giroud, J.P., Ah-Line, C. and Bonaparte, R. (1985) Design of unpaved roads and trafficked areas with geogrids, Proc. Symp. on Polymer Grid Reinforcement in Civil Engineering, pp. 9-12, London.

Giroud, J.P. and Noiray, L. (1981) Geotextile-reinforced unpaved road design, Journal of Geotech-nical Engineering, ASCE, 107, 1233-1254.

Hausmann, M.R. (1987) Geotextiles for unpaved roads - A review of design procedures, Journal of Geotextiles and Geomembranes, 5, 201-233.

Holtz, R.D. and Sivakugan, N. (1987) Design charts for roads with geotextiles, Journal of Geotex-tiles and Geomembranes, 5, 191-199.

Houlsby G.T and Jewell R.A., Design of reinforced unpaved roads for small rut depths, Geotextiles, Geomembranes and Related Products, ed. G. den Hoedt, Balkema, Rotterdam, pp. 171 - 176, 1990.

Vesic, A.S. (1975) Bearing capacity of shallow foundations Foundation Engng Handbook Van Nostrand Reinhold, pp 121-147.1.3 - REPAVIMENTACIN CON GEOTEXTILES

41

1. Estradas

1.3 - REPAVIMENTACIN CON GEOTEXTILES.

1.3.1 - GENERALIDADES

1.3.2 - INTRODUCCIN

La utilizacin de geosintticos en obras rodoviarias se desdobla en aplicaciones y funcionalidades.

Esos materiales presentan particularidades que los tornan elementos fundamentales en muchas ob-

ras rodoviarias, como es el caso de los geotextiles desempeando la mejora de las condiciones de

pavimentos hasta ah totalmente rechazados bajo condiciones de inspeccn visual.

Actualmente existe una bsqueda incesante por mejora de las vas de trfico, y una de las alternati-vas encontradas fue la utilizacin de geotextiles como elemento retardador de fisuras en pavimentos

nuevos, o prolongamiento de la vida til de un pavimento ya fisurado, lo que torna esa solucin

muy interesante desde un punto de vista cronolgico, pues hay casos los cuales el pavimento logra

grados de fisuracin antes de completar su ciclo de trabajo; el geotextil como retardador de fisuras

pode ser una excelente solucin para ese problema.

La utilizacin de geotextiles como elemento antirreflexin de fisuras, en la restauracin de pavimen-

tos flexibles, consiste en la aplicacin de una camada intermediaria entre el pavimento antiguo y

el nuevo, formando una membrana elstica que se integra al pavimento, mejorando el comporta-

miento en cuanto a la propagacin de fisuras. El geotextil acta direccionando y retardando la fisura,

manteniendo el pavimento impermeable, aumentando as su vida til.

El efecto de los geotextiles sobre pavimentos en restauracin de la superficie de carreteras asflticas

y su incorporacin a la construccin asfltica son un mecanismo complejo, determinado por diver-

sos parmetros, como el tipo de geotextil, el tipo de mezcla asfltica, la impregnacin del ligante

en el geotextil, la estructura de la superfcie y el proceso constructivo de una manera general. No es posible evaluar el rendimiento de los geotextiles para pavimentos considerando simplemente su

resistencia a traccin.

Los principales factoress que contribuyen para prolongar la vida til de una carretera dependen

de las condiciones del sellaje que realiza el geotextil para pavimentos impregnados en asfalto, de

la considerable uniformidad de la unin y resistencia a fatiga por flexin de la camada superior de

mezcla asfltica.

1. Estradas

42

Materiales asflticos.

Formacin de las fisuras.

El asfalto es un slido o lquido viscoso, compuesto por una mezcla compleja de hidrocarburos no

voltiles, solubles en tricloroetileno, y que ablandan con el aumento de la temperatura. El cemento

asfltico es un asfalto refinado o una combinacin de asfalto refinado y leos fluidificantes, de con-

sistencia apropiada a trabajos de pavimentacin. Esos asfaltos refinados son muy rgidos, y, para

obtener consistencia, hay que mezclarlos con leos o residuos provenientes de la destilacin del

petrleo de base asfltica. Esa combinacin de elementos torna el asfalto un material adherente,

impermeable y cohesivo, capaz de resistir a esfuerzos instantneos y fluir bajo accin de cargas per-

manentes. Para desempear esas propiedades, el asfalto, aplicado a la construccin de pavimentos,

debe cumplir con algunas funciones, como:

Contribuir con la impermeabilizacin del pavimento, siendo eficaz en cuanto a la penetracin de agua de la lluvia.

Proporcionar una ntima unin y cohesin entre agregados, capaz de resistir a accin mecnica de desagregacin producida por las cargas de los vehculos.

Segn Pereira (2002), el fisuramiento de los revestimientos asflticos es generado por la solicitacin

a la fatiga. Estas solicitaciones pueden ser generadas por las cargas del trfico, que generan deflexio-

nes repetidas, por expansin o contraccin del sublecho, o debido a cambios cclicos de temperatura

en la camada asfltica. Cuando ocurren estos movimientos son generadas tensiones de cisallamiento

o de traccin en el revestimiento. Si estas tensiones son ms grandes que las tensiones admisibles

de cisallamiento y de traccin del concreto asfltico, ocurre el surgimiento de fisuras en la camada

de revestimiento.

Las fisuras, inicialmente, surgen bajo la forma de microfisuras que, con el pasar del tiempo, y con-

secuentemente del aumento del nmero de ciclos de carga y descarga y/o ciclos trmicos, a que los

pavimentos estn sometidos, crecen y se ligan, formando una fisura.

Segn COLOMBIER (1989), citado por Pereira (2002), el aparecimiento de las fisuras en pavimentos asflticos se debe a los siguientes factores:

Fatiga: ruptura de la camada por el pasaje de cargas repetidas despus de un determinado nmero de ciclos.

Retraccin: en sitios con temperaturas muy bajas, combinadas a utilizacin de camadas estabiliza-das con ligantes hidrulicos (cemento, cal, etc.), surge la retraccin de las camadas del pavimento,

favoreciendo la formacin de fisuras.

43

1. Estradas

Movimentacin del sublecho: movimiento vertical diferencial entre los bordos de las fisuras, provo-cados por el aumento de humedad, asentamientos, retraccin hidrulica y expansin.

Defectos constructivos: generados por una composicin inadecuada de las camadas del pavimento, mala ejecucin de juntas longitudinales y desubicacin de las camadas. La propagacin de las fisuras

es el resultado de tres etapas con diferentes mecanismos, dependientes de los tipos de solicitacin

actuantes en la camada de revestimiento. Estos mecanismos son (TOSTICARELLI y GODOY, 1993):

Inicio de la fisura: corresponde al momento de inicio de la fisura en la camada de revestimiento, a partir de defectos preexistentes en la camada de revestimiento antiguo. Figura 1.3.1a.

Crecimiento estable de la fisura: crecimiento lento de la fisura; corresponde a su crecimiento verti-cal, en la camada de revestimiento, a partir de la concentracin de tensiones que provocan la aber-

tura de la fisura, debido a solicitaciones del trfico y temperatura. Figura 1.3.1b.

Propagacin inestable de la fisura (aparecimiento y propagacin en la superficie, ruptura). Es la fase final y corresponde al aparecimiento de la fisura en la superficie del revestimiento. Figura 1.3.1c.

Si el material en torno a la fisura es capaz de absorber la variacin de la energa de deformacin aso-

ciada a altas deformaciones sin ruptura, entonces el crecimiento de la fisura ser inhibido. Es decir,

si la resistencia del material en torno a la fisura es alta, la fisura no se podr no se propagar bajo las

cargas.

Figura 1.3.1 Etapas del Fisuramiento, Pereira (2002).

1. Estradas

44

Para los casos en que el crecimiento de la fisura es lento, el factor de intensidad de tensiones, en

un proceso inestable, no excede la tensin crtica de un cargamento en el proceso estable; la tasa

de crecimiento de la fisura determinar el tiempo necesario para la propagacin hasta la superficie

de la camada de refuerzo. Una ley del crecimiento de la fisura es la Ley de Pars, desarrollada con-

siderndose la mecnica de la fractura, y que relaciona la tasa de crecimiento en relacin al nmero

de aplicaciones de carga para la tenso associada, o para el factor de intensidad asociado a cada

cargamento aplicado. Una de las formas de la ley es (MONISMITH y COETZEE, 1980):

donde:

c es el largo de la fisura;

N es el nmero de aplicaciones de carga; K es el factor de intensidad de tensiones;

Aen son parmetros experimentales dependientes del tipo de material y de la temperatura.

Entre las tcnicas de retardo de la reflexin de las fisuras est la de las camadas intermediarias de

desvo de fisuras, que acta redireccionando temporariamente la fisura para la horizontal. Ese redi-

reccionamiento temporario es el incremento a la vida de fatiga.

El principal grupo de materiales que actan en el redireccionamiento de las fisuras para la horizontal

es el de los geosintticos, destacndose el geotextil no tejido y la geogrilla. El geotextil impregnado

con bitume, adems de redireccionar las fisuras, impermeabiliza las camadas inferiores, contribuy-

endo con buen desempeo del pavimento, incluso despus de la reflexin de las fisuras.

Las fisuras pueden presentar las siguientes configuraciones (COLOMBIER, 1989, citado por Pereira, 2002), Figura 1.3.2:

Fisuras aisladas:

- fisura longitudinal (paralela al eje de la pista);

- fisura transversal (perpendicular al eje de la pista);

- fisuras oblicuas (raramente existentes).

Fisura interconectada:

- tipo bloque;

- tipo cuero de caimn.

45

1. Estradas

Figura 1.3.2 Tipos de Fisuras (COLOMBIER, 1989 citado por Pereira, 2002)

Figura 1.3.3 Mecanismo de la Propagacin de las Fisuras (MONISMITH y COETZEE, 1980 citado por Pereira, 2002).

La hiptessis ms razonable para para el aparecimiento de las fisuras en la superficie es la de que,

primeramente, la fisura crezca verticalmente, apareciendo en la superficie como un punto, y enton-

ces crezca horizontalmente. Si el mecanismo es como el de la Figura 1.3.3, la fisura tendr su inicio

en la huella de la rueda (MONISMITH y COETZEE, 1980, citado por Pereira, 2002).

1. Estradas

46

El mecanismo de la propagacin de las fisuras por efecto del trfico, temperatura y combinacin de

ambos es presentado en la figura 1.3.3 (MONISMITH y COETZEE, 1980). La teora de la mecnica de la fractura afirma que el fisuramiento puede ser atenuado por dos diferentes mecanismos:

a) Delimitacin y separacin del refuerzo causando la fisura tip to turn en le plano del pavimento. Ese

mecanismo se aplica a la comprensin de lo que actan las camadas intermediarias con geotextil.

b) Uso de material en la interfaz apto a resistir a altas deformaciones en las fisuras sin ruptura o

transferencia de deformaciones para el refuerzo.

El mecanismo asociado al empleo de los geotextiles impregnados con emulsin asfltica, en la in-

terfaz entre el pavimento antiguo y la camada de refuerzo, estriba en el hecho de que esa nueva

camada actuar como un plano de debilidad. En esta interfaz ocurrir la mxima concentracin de

energa de deformacin plstica, lo que resultar en la mxima concentracin de tensiones. Con

esto, el plano de debilidad tender a separar la camada intermediaria de la fisurada, y, caso ese vn-

culo en la interfaz de los materiales sea suficientemente dbil con relacin a la energa necesaria para

el fisuramiento del material de refuerzo, fallando antes que la fisura se propague para la camada

de refuerzo, la fisura se propagar en la horizontal. Con este redireccionamiento de la fisura, parte

de la energa puesta en su propagacin ser utilizada para generar un despegamiento localizado,

reduciendo la densidad de energa que originara la reflexin de la fisura para la camada de refuerzo.

Entre tanto, si el material en torno a la fisura es capaz de absorber la variacin de la energa de de-

formacin asociada a altas deformaciones sin ruptura, la reflexin de la fisura ser inhibida. Es decir,

si la resistencia del material en torno a la fisura es alta, la fisura no se podr no se propagar con la

aplicacin de las cargas.

1.3.3 - METODOLOGA Y EJEMPLO DE CLCULO

La metodologa utilizada en el proyecto para prevencin de fisuras en pavimentos bituminosos uti-

lizando geotextiles est basada en la definicin del factor de efectividad del tejido (FEF), cuya deter-

minacin se da mediante ensayos en laboratorio. Cuantitativamente ese factor es definido por la

siguiente relacin.

47

1. Estradas

Donde:

FEF = factor de efectividad del tejido.

Nr = Nmero de ciclos que causan a falla en el caso reforzado.

Nn = Nmero de ciclos que causan a falla en caso no reforzado.

El valor de FEF puede variar de 2.1 a 15.9, como presentado en la tabla 1.3.1. Con el valor de FEF

es posible simplemente modificar los mtodos de cobertura de asfalto para el caso con geotextil. En

ese caso el mtodo considerado es el Nmero de Trfico de Proyecto (DTN), en que el proyecto de la cobertura se basa en la siguiente modificacin:

Tabla 1.3.1 Resultados de los ensayos de laboratorio sobre el ciclo de vida dinmico, mostrando el efecto del geotextil y del mdulo secante, KOERNER (1998).

1. Estradas

48

1.3.4 - EJEMPLO DE CLCULO

El Ejemplo de clculo a seguir se ha extrado de Koerner, 1998, p. 269.

Una va interurbana de dos pistas soporta una carga media de 4000 vehculos al da, de los cuales

400 (10%) corresponden a camiones pesados de 135 kN de masa al total. La carga por eje simple fue limitada a 80 kN. El trfico aumentar a una tasa de 4% por ano. El pavimento existente consiste de 75 mm de concreto asfltico y 200 mm de base de piedra grava, sobre CBR de 50%.

El pavimento se encuentra en buenas condiciones, pero las evaluaciones visuales indican que es

necesario un refuerzo.

Determinar la espesura de la camada asfltica necesaria para un perodo de proyecto de 20 aos:

a) Sin usar geotextil.

b) Usando geotextil con FEF = 2.1.

c) Comparar las dos espesuras obtenidas en (a) y (b).

a) Para la solucin del problema ser usado el procedimiento de clculo presentado en la referencia

tcnica The Asphalt Institute (1977), que determina un nmero de trfico de proyecto igual a 90 y un factor de ajuste de 1.49 (figura 1.3.4), resultando un nmero de trfico de proyecto para el caso

sin aplicacin del geotextil de:

DTNn = 90 x 1.49 = 134.

Usando el valor de DTN y un CBR de 5% es posible, segn la figura 1.3.4, determinar la espesura de pavimento en concreto asfltico para un perodo de proyecto de 20 aos.

49

1. Estradas

Figura 1.3.4 Espesura requerida para la estructura del pavimento en concreto asfltico usando el CBR del suelo del sublecho (The Asphalt Institute, 1977).

1. Estradas

50

La espesura requerida ser de Dreq = 243mm.

La espesura efectiva del pavimento existente (Dant

), calculada usndose el factor de carga de 0.80

en el asfalto existente y 0.40 en la base de la estructura del pavimento (The Asphalt Institute, 1977), es igual a:D

ant = 75 x 0.80 + 200 x 0.40 = 140mm

Consecuentemente, la espesura de la camada de pavimento sin geotextil (Dsg) es:

Dsg = Dreq Dant = 243 140 = 103mm

b) Para el caso con geotextil.

DTN = DTNn / FEF

Considerndose el geotextil tipo C de la tabla 1.3.1, es posible obtener el valor de FEF y calcular el

nuevo valor de DTN.DTN = 134 / 4.8 = 27.92

Utilizando la figura 1.3.4 una vez ms para un CBR de 5%, se determina un nuevo valor de la

espesura de la camada asfltica.

Dar = 213 mm

Consecuentemente, la espesura de la camada de pavimento con geotextil (Dgeo

) es:

Dgeo = 213 140 = 73 mm

c) Comparar las dos espesuras obtenidas en (a) y (b).

Deco

= 103 73 = 30 mm

51

1. Estradas


AVENIDA BRASIL

REPAVIMENTACIN ASFLTICAProducto: Geotextil MacTex 200

Solucin

Univali Universidade do Vale do Itaja en asoci-acin con Maccaferri de Brasil, sirvindose del pro-grama de recuperacin viaria, le ofreci al municipio la posibilidad de realizacin de un tramo de prueba de repavimentacin asfltica con geotextil no tejido como elemento separador de camadas. La ejecucin del tramo tuvo acompaamiento del equipo tcnico de Maccaferri y de alumnos de Univali que, desarrol-laron un trabajo de conclusin de un curso basado en el eviento. El buen suceso del ensayo fue factor determinante para posteriores trabajos en el sector de pavimentacin desarrollados por la alcalda con la colaboracin de Univali.

Nombre del cliente:

P.M. DE BALNERIO DE CAMBORI - SC

Constructor:

Productos usados:

VIAPAV

Problema

La Alcalda de Balnerio Cambori inici. el segundo semestre de 2004, un programa de repavimentacin asfltica de las principales vas urbanas del municipio.Entre ellas est Avenida Brasil, que juntamente con la Avenida Atlntica forma el principal eje viario Norte-Sur del municipio. El programa se inici antes del perodo de vacaciones de fin de ao, justamente por cuenta del considerable aumento del trfico de turistas que la ciudad suele recibir todos aos en esta poca.

BALNERIO CAMBORI-SC - BRASIL

215m2 de Geotextil MacTex 200.

Fecha de la obra:Incio:Trmino:

Octubre/ 2004Diciembre / 2004 Figura 1.3.7 - Durante la obra



1. Estradas

52


Figura 1.3.8 - Seccin Transversal Tpica




53

1. Estradas

1.3.6 - INSTALACIN

Tasas de aplicacin de la Emulsin Asfltica

Equipamientos

La tasa de aplicacin se da en funcin del grado de fisuramiento, de la porosidad del pavimento an-

tiguo y de la capacidad de absorcin del geotextil a ser utilizado. La capa de emulsin asfltica debe

ser suficiente para hacer la conexin entre el geotextil y el pavimento existente.

Para que sean obtenidos los efectos de absorcin de tensiones y adherencia adecuada de la camada

asfltica de recapamiento, hay que prestarle atencin a la tasa de aplicacin del ligante asfltico;

este debe ser suficiente para la impregnacin de la manta geotextil, bien como para la conexin

entre el revestimiento antiguo y el revestimiento nuevo.

La cantidad de emulsin asfltica aplicada debe ser suficiente para determinar la cantidade de re-

siduo asfltico. Se recomienda, de manera general, las siguientes tasas de aplicacin del ligante

asfltico:

Las tasas de aplicacin del ligante asfltico residual deben ser establecidas en el proyecto y ajustadas

en campo al inicio de los servicios, conforme las condiciones particulares de cada obra.

Antes del inicio de los servicios todo equipamiento debe ser examinado y aprobado por el rgano responsable por la carretera. Los equipamientos bsicos para la ejecucin del tratamiento antirreflex-

in con geosintticos comprende las siguientes unidades:

a) Depsitos de material asfltico, con sistema completo, con bomba de circulacin, y que permitan,

cuando necesario, calentamiento adecuado y uniforme; deben tener capacidad compatible con el

consumo de la obra al mnimo para un da de trabajo;

b) Camin distribuidor de emulsin asfltica, con sistema de calentamiento, bomba de presin regu-

lable, barra de distribucin de circulacin plena y dispositivos de regulacin horizontal y vertical,

picos de distribuicin calibrados para aspersin en abanico, tacmetros, manmetros y termmetros

de fcil lectura, y manguera de operacin manual para aspersin en sitios no accesibles a barra; el

equipamiento esparcidor debe tener certificado de afericin actualizado, que deber ser aprobado

Tabla 1.3.2 Tasas de aplicacin.

1. Estradas

54

por rgano responsable por la va; la afericin debe ser renovada a cada cuatro meses, como regla

general, o a cualquer momento, caso la fiscalizacin lo juzgue necesario; al transcurrir de la obra se

debe mantener el control constante de todos los dispositivos del equipamiento esparcidor;

c) equipamiento para desenrollar el geotextil o la geogrilla, conocidos como pendurales;

d) rollo de ruedas autopropelido, de presin regulable entre 0.25 MPa y 0.84 MPa, o 2.50 kg/cm2 y 8.80 kg/cm2;

e) escobas mecnicas o manuales;

f) compresor de aire con potencia suficiente para promover la perfecta limpieza de la superficie;

g) pala cargadora o retroexcavadora.

Adems de esos equipamientos, pueden ser utilizados otros ms, desde que aceptados por la fiscal-izacin.

Condiciones Preliminares

a) No es permitida la ejecucin de los servicios durante das de lluvia o bajo el riego de lluvia;b) corregir ollas, depresiones, deformaciones en la huella de ruedas, resbalamientos etc., eventual-

mente existentes, antes de la ejecucin del tratamiento antirreflexin de fisuras;

c) la emulsin asfltica no debe ser aplicada en superficies mojadas;

d) ningn material asfltico debe ser aplicado con temperatura ambiente inferior a 10oC;

e) antes del inicio de las operaciones de ejecucin, se debe limpiar la pista para eliminar todas las

partculas de polvo, lamelas, material suelto y todo que pueda daar la buena conexin de la pista

a revestir. Dependiendo de la naturaleza y del estado de la superficie, deben ser usadas escobas de

barrer manuales o mecnicas, o jatos de aire comprimido, de forma aislada o conjunta, para propi-

ciar la mejor limpieza posible de la superficie;

f) el inicio de la ejecucin del tratamiento antirreflexin de fisuras est condicionado a afericin del

equipamiento esparcidor de material asfltico. Se debe verificar el perfecto funcionamiento de los

picos esparcidores de modo a distribuir el material uniformemente, determinando la vacin de la

emulsin en funcin de la velocidad del vehculo, para atender a la tasa de aplicacin indicada en el

proyecto o determinada experimentalmente;

g) se debe evitar la sedimentacin de las emulsiones en los depsitos por medio de su circulacin

peridica.

Ejecucin

55

1. Estradas

Condiciones Generales de Ejecucin

a) El ligante debe ser aplicado de una nica vez, por todo el ancho de la faja a ser tratada;

b) la superficie donde va a ser aplicado el tratamiento antirreflexin no debe presentar agua residual

sobre el pavimento, para no daar la adherencia entre el revestimiento antiguo, el geotextil y la ca-

mada de recapeamiento;

c) en caso de recapeamiento de pavimentos rgidos, cuando ocurran movimientos verticales excesi-

vos de las juntas, eliminarlos mediante estabilizacin de la base, y sellar las juntas de las placas.

Tratamiento con uso de geotextil.

Limpieza de la pista

La superficie donde la manta ser aplicada debe estar lo ms limpia posible, una vez que el polvo

puede reducir la adherencia. Es recomendable la limpieza por medio de esoba mecnica seguida

por jato de aire comprimido, obligatoria, en caso de superficies accidentadas o con grado de de-

sagregacin superficial elevado.

Primera aplicacin del ligante asfltico

Para la primera aplicacin del ligante asfltico, se recomienda de un 70% a un 80% de la tasa de proyecto o definida experimentalmente; esa tasa debe ser compatible con el tipo de geotextil uti-

lizado, o sea, cuanto ms espeso el geotextil, ms grande debe ser la tasa de ligante (Tabla 1.3.2).

La tasa de aplicacin debe ser controlada mediante pesaje de bandejas antes y despus de la apli-

cacin, permitiendo la correccin en segunda aplicacin, compensando eventual diferencia. En caso

de aplicacin sobre superficies accidentadas, se debe considerar que la emulsin asfltica aplicada

para impregnacin y conexin de la manta con el pavimento existente tiene una tendencia a se con-

centrar en la parte ms baja de las corarrugaciones, reduciendo la adherencia de la manta, si la tasa

de emulsin es insuficiente.

El tiempo de ruptura, o sea, cura de la emulsin asfltica, est directamente relacionado a las condi-

ciones climticas, viento, humedad y temperatura local.

Aplicacin del geotextil

La colocacin del geotextil debe ser ejecutada slo despus de la constatacin de la ruptura de la

emulsin asfltica, pues la presencia de agua entre el geotextil y el revestimiento antiguo es daosa

al desempeo del tratamiento antirreflexin. La colocacin del geotextil puede ser efectuada manu-

almente, con un pendural instalado en una pala cargadora con el depsito erguido, o con equipa-

miento especfico.

Deben ser tomados todos los cuidados, para limitarse la formacin de ondulaciones o arrugas, por

medio de aplicacin de tensin apropiada en cuanto la manta est se se est desenrollando. En ocur-

1. Estradas

56

rencia de eventuales arrugas, stas deben ser eliminadas mediante corte y enmienda de cumbre con

superposicin mnima.

Las uniones longitudinales y transversales de las mantas de geotextiles deben see hechas por en-

mienda de cumbre, con superposicin entre 20cm y 30cm. Evitar superposiciones en las regiones de

solicitacin de las cargas del trfico; en las reas de superposicin se debe aplicar una tasa ms de

ligante asfltico, para garantir una perfecta impregnacin.

Compactacin del geotextil

La compactacin del geotextil debe ser ejecutada con rollo neumtico con baja presin, de 0.28 MPa a 0.35 MPa, o de 2.80 kg/cm2 a 3.60 kg/cm2.

Dos o tres pasadas del rollo neumtico son suficientes para inducir a penetracin del ligante asfltico

en el geotextil, tal y cual para promover a adherencia completa entre el geotextil y el pavimento

subyacente.

Segunda aplicacin del ligante asfltico

En la segunda aplicacin del ligante asfltico, la tasa de emulsin debe ser aquella que complementa

la tasa total de proyecto, generalmente cerca de un 20% a un 30% de la tasa total.

Salgamiento de la superficie

Despus de la ruptura de la emulsin asfltica, se ejecuta la operacin de salgamiento de la pintura

de conexin, esparcindose manualmente concreto asfltico, el mismo a ser utilizado en la camada

de recapamiento a lo largo de la faja de las huellas de la manta vibroacabadora y de las ruedas de los

camiones basculantes, para que el trnsito de esos equipamientos no dae la manta.

Aplicacin y compactacin del concreto asfltico

La aplicacin y compactacin de la camada de concreto asfltico debe seguir las orientaciones de la

especificacin del rgano responsable por la va para concreto asfltico.

57

1. Estradas

Figura 1.3.13 - Preparacin y limpieza del rea para posterior aplicacin de ligante asfltico

.Figura 1.3.14 - Colocacin de geotextil despus de ruptura de emulsin asfltica.

Figura 1.3.15 - Compactacin del geotextil aplicado sobre emulsin. Figura 1.3.16 - Compactacin del concreto asfltico.

1. Estradas

58


1.3.8 - BIBLIOGRAFA

The Asphalt Institute (1977), Asphalt Overlays and Pavement Rehabilitation, Manual Series No 17 (MS-17), College Park, MD.

ABNT NBR1282403 Determinao da resistncia trao no-confinada - Ensaio de trao de faixa larga;

ABNT NBR13359-95 Determinao da resistncia ao puncionamento esttico - Ensaio com pisto tipo CBR;

ASTM D4632-91(2003) Standard Test Method for Grab Breaking Load and Elongation of Geotex-tiles;

ASTM D4833 - 07 Standard Test Method for Index Puncture Resistance of Geomembranes and Re-lated Products;

ASTM D4533-91(1996) Standard Test Method for Trapezoid Tearing Strength of Geotextiles;

ASTM D4491-99a(2004) Standard Test Methods for Water Permeability of Geotextiles by Permittiv-ity;

ASTM D4751 - 04 Standard Test Method for Determining Apparent Opening Size of a Geotextile.

Koerner, R. M., (1998) Designing with Geosynthetics (4th Edition), Prentice Hall, USA. pp. 263 270;

Monismith, C. L., COETZEE, N. F., 1980, Reflection Cracking: Analyses, Laboratory Studies, and Design Considerations. Asphalt Paving Technology, pp 268-313, Louisville, Kentucky, U. S. A;

Pereira, A. S. (2002) Utilizao de Geotxteis em Reforo de Pavimento aplicado em um Trecho Experimental, XIV, 195 p. 29,7 cm (COPPE / UFRJ, M.Sc., Engenharia de Transportes) Tese - Univer-sidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE;

The Asphalt Institute (1977), Asphalt Overlays and Pavement Rehabilitation, Manual Series No 17 (MS-17), College Park, MD;

Toscarelli, J., Godoy, S., 1993, Uso de geotextiles para prevenir reflexion de fisuras en la rehabilita-cion de pavimentos, 7 Congresso Ibero-Latinoamericano del Asfalto, Venezuela, T3-04.

59

1. Estradas

1.4 - SISTEMA DE DRENAJE SUBSUPERFICIAL.

1.4.1 - GENERALIDADES.

1.4.2 - INTRODUCCIN

Durante Los proyectos de construccin de las obras, cuya manta fretica se encuentra elevada o en

condiciones casi de superficie, o sea, subsuperficial, son necesarios su rebajamiento y la conduc-

cin de sus aguas a puntos especficos. Una de las tcnicas empleadas para solucionar tal problema

es la utilizacin de trincheras como elementos de drenaje subsuperficial, instaladas a intervalos y

profundidades especficas, definiendo el rebajamiento del nivel fretico en niveles previamente de-

terminados.

Elegida la solucin de drenaje subsuperficial por trincheras para rebajamiento de la manta fretica en

carreteras, cabe definir un mtodo para determinar el espaciamiento y profundidad de las trincheras.

Uno de los ms usados es el mtodo prctico creado por McClelland (1943), que permite obtener, adems de los parmetros ya citados, el caudal del sistema y una estimativa del tiempo necesario

para el sistema entrar en rgimen y liberar la entrada de equipamientos en el sitio. La figura 1.4.1

muestra el esquema de rebajamiento fretico propuesto por McClelland en sus investigaciones, proposicin que concuerda perfectamente con la superficie fretica en su condicin de equilibrio.

Figura 1.4.1 Representacin del rebajamiento de la superficie fretica causado por la utilizacin de drenaje por trinchera.

1. Estradas

60

1.4.3 - METODOLOGA DE CLCULO.

Por medio del baco de la figura 1.4.2 o de la Tabla 1.4.1, propuesto por McClelland, es posible obtener el caudal, por metro, que cada tubo puesto en el dreno ir soportar y, con esto, dimensionar

el sistema de drenaje necesario para captar y transportar el flujo de aguas generado por el rebaja-

miento de la manta fretica.

Figura 1.4.2. baco interpolando las condiciones impuestas por el Mtodo propuesto por McClelland (1943).

Tabla 1.4.1 Correlaciones obtenidas por las experiencias de McClelland.

61

1. Estradas

Las variables que se encuentran tanto en la tabla 1.4.1 como en la figura 1.4.2 son definidas como:

D = Diferencia de cotas entre la manta fretica, antes del drenaje, y el N.A. mximo en los drenos [m];

L = Distancia entre los drenos [m];

d = Rebajamiento mnimo del nivel fretico [m];

k = Coeficiente de permeabilidad del suelo [m/s];y = Relacin entre volumen de agua libre y volumen de suelo, usualmente alrededor de 0,01; puede

variar de 0,05 (arenas) a 0,02 (arcillas).

Luego de obtener la vacin del sistema segn el mtodo de McClelland es posible determinar la efi-cacia del geocompuesto drenante MacDrain TD. A seguir ser presentado un ejemplo que muestra

manual técnico para el uso de geosintéticos_esp

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