Estabilización de subrasantes con geotextil tejido

1-Introducción

La estabilización de suelos blandos saturados es uno de los desafíos más importantes de la ingeniería civil, especialmente, en la construcción de cualquier tipo de infraestructura vial. Sin embargo, a través del uso de geosintéticos, es posible llevarla a cabo de manera sencilla, económica y amigable con el medio ambiente, logrando plataformas de trabajo con índices aceptables de reacción a nivel de subrasante para la conformación de vías.

Las tecnologías más utilizadas para realizar esta labor son los geotextiles tejidos, las geomallas y geoceldas. No obstante, en el presente artículo nos concentraremos en los primeros, tecnología que, mediante un efecto simultáneo de separación y refuerzo, suele adaptarse mejor a las condiciones típicas de terreno natural.

2-¿Qué son los geotextiles?

Los geotextiles son materiales textiles permeables sintéticos, en su gran mayoría, resistentes a la tracción, al punzonado y con excelentes propiedades hidráulicas.

Estos materiales se entregan en rollos, y existen dos grandes familias: geotextiles no tejidos y tejidos, cada uno especialmente fabricado con propiedades específicas que se ajustan a diferentes aplicaciones. Tanto en su aspecto visual como en su comportamiento hidráulico/mecánico y las aplicaciones donde son más útiles, ambos tipos son distintos, y es muy importante saber diferenciarlos. En la Figura N 2º se exponen fotos de ambos materiales.

2-1-Geotextil no tejido

Este tipo se forma a partir de un entrelazado de fibras o filamentos, de polipropileno o poliéster, mezclados aleatoriamente en un arreglo al azar, conformando una capa textil con altas propiedades de filtración y drenaje.

El mismo presenta cierta resistencia a esfuerzos de tracción, pero a través de deformaciones importantes (>50%), por lo cual, no es el más recomendable para aplicaciones de refuerzo. En cambio, representa una excelente alternativa para las de separación de materiales, sistemas de drenaje y filtración, protección y repavimentación.

 

2-2-Geotextil tejido

El geotextil tejido está conformado por cintas entrecruzadas en una máquina de tejer. Se fabrica con cintas de polipropileno en sentido de urdimbre (sentido longitudinal) y de trama (sentido transversal), mediante la ejecución de un procedimiento textil, conocido también como “uno arriba y uno abajo”, dando como resultado una estructura plana de alta resistencia a bajas deformaciones. Sus principales aplicaciones son la conformación de estructuras en suelo reforzado y la separación y estabilización de subrasantes en caminos y cimentaciones.

 

3-Efectos del geotextil tejido sobre la subrasante de un camino

El uso de un geotextil tejido permite la obtención de diferentes beneficios durante la conformación de una vía, al disponerlo directamente sobre la subrasante, antes de la instalación de materiales granulares, tal como se expone a continuación.

3-1-Separación de materiales granulares y suelos blandos

La separación es un efecto de suma importancia que aporta la inclusión de un geotextil tejido como elemento de refuerzo dentro de la estructura de un camino, ya que el mismo actúa como una barrera que impide la mezcla del material de la subrasante (en general, fino, cuando se trata de suelos blandos) con el de la capa granular que se coloca por encima (Ver Figura N°3). De esta manera, el geotextil dejará pasar el agua (porque es permeable) aunque no permitirá que el suelo granular se contamine y pierda capacidad estructural prematuramente.

3-2-Distribución de cargas

La utilización de este material sobre la subrasante genera una mejora importante en la  distribución de las cargas que llegan al suelo natural. Esto se debe a que provee refuerzo a través de diferentes mecanismos (Ver Figura N° 4):

 

 

a)-Contención o confinamiento.

b)-Efecto membrana.

c)-Fricción con los materiales de las capas estructurales.

d)- Efectos de refuerzo local.

El resultado de estos mecanismos es la reducción de la presión aplicada sobre la subrasante y la disminución (o postergación en el tiempo) de los surcos que suelen aparecer en el camino debido a la sobrecarga de la misma (Ver Figura N°5). En función de esto, el efecto del geotextil será alguna o todas las posibilidades siguientes:

a)-Incremento de la capacidad portante del sistema que conforma la estructura del camino.

b)-Aumento de la vida útil del camino.

c)-Reducción del espesor de la capa granular del camino.

 

3-3-Control de fallas de fondo

En el caso de caminos de sobre suelos extremadamente blandos, el geotextil actúa como un elemento de refuerzo a nivel de la base, que funciona generando fuerzas de control ante los momentos inestables ocasionados por el peso propio de la estructura. Esto impide la típica falla de fondo cuando se excede la resistencia al corte no drenado de suelos saturados (Ver Figura N° 6).

 

 

 

 

3-4-Drenaje

Un aspecto fundamental a revisar cuando se realiza una estabilización de subrasante de suelos blandos con geotextil tejido, es el drenaje de aguas, para lo cual es muy importante la verificación de la capacidad hidráulica del mismo.  Si el que se utilizará resulta de muy baja permeabilidad, se convertirá en una barrera hidráulica, generando excesos de presión de poros en las capas granulares y subrasante, lo que se traduce en ahuellamientos prematuros, incluso, durante la fase de construcción. En función de esto, Koerner [5], recomienda chequear siempre que la permeabilidad del geotextil sea superior a la del suelo (KGeotextil>Ksuelo). Como referencia, se pueden tomar los valores de la Tabla N° 1 para la permitividad que deberá tener el geotextil para cada tipo de suelo.

Tabla Nº 1. Permitividad Geotextil Recomendada

Tipo de suelo Permitividad (S-1)
Arenas y Gravas 0.05
Limos 0.30
Arcillas y Turbas 0.50

4-Metodología de diseño

Existen diferentes métodos de diseño para el dimensionamiento de estabilizaciones mediante geosintéticos. El más reciente fue desarrollado por Giroud y Han [3], basados en el ángulo de distribución de la carga a través del material granular, donde el esfuerzo en subrasante debe ser inferior a la resistencia al corte no drenado del suelo (Ver Figura N° 7).

Este modelo fue elaborado para el caso de vías no pavimentadas o estabilizaciones mecánicas (casos en los que se considera adecuado el uso de ahuellamientos que varían entre una y tres pulgadas) y en el mismo se verificó el efecto de distintas variables, como tráfico, tipo de geosintético, relación modular y ahuellamiento admisible en el ángulo a de distribución de carga (Ver Figura N° 7), llegando a la siguiente expresión para el cálculo del espesor granular requerido por encima del geotextil:

Donde:

h [m] =           Espesor de la capa de material granular requerido (mín. recomendado: 0,10 m).

J [m-N/°] =    Módulo de rigidez del geosintético.

N =                Número de repeticiones de carga.

P [kN] =         Carga por rueda, en kN. Se tiene que 2P es igual a la carga por eje.

r [m] =             Radio del área de contacto de la llanta.

CBRSR [%]=    CBR de la subrasante.

CBRBG [%]=   CBR del material granular.

s [mm]=     Ahuellamiento permitido. Su valor se encuentra, generalmente, entre 25 y 100 mm, siendo 75 mm un criterio de falla muy utilizado. Para bajos volúmenes de tráfico AASHTO (1993) considera ahuellamientos permitidos entre 13 y 75 mm.

Con esta ecuación, se calcula el espesor granular de material requerido, con o sin la utilización de un geosintético, para lograr estabilizar una subrasante blanda, especialmente, con CBR’s menores al 3% o 4%.

5-Conclusiones

a)-Es posible la conformación de estabilización y refuerzo de subrasantes, así como plataformas de trabajo, para terraplenes sobre suelos blandos, con la inclusión de geotextiles tejidos como elemento de refuerzo, obteniendo resultados satisfactorios en un corto plazo.

b)-La inclusión del geotextil tejido para la estabilización de subrasantes presenta importantes ventajas respecto de otros métodos: reducción en los costos de ejecución, menor impacto ambiental por disminución en la explotación, uso de materiales pétreos y mayor velocidad de construcción.

c)-La inclusión del geotextil se puede proyectar a partir de modelación mecánica mediante la metodología de Giroud Han. Muchos proyectos exitosos avalan su utilización.

d)-Su inserción, además, permite generar barreras de separación, impidiendo la contaminación y pérdida de materiales granulares por incrustación o contaminación con los suelos blandos de la subrasante.