*Por los Ings. H. Luis Delbono y Walter L. López.
Resumen
Siempre se busca mejorar la capacidad soporte de suelos blandos. Uno de los métodos es confinar lateralmente. En el presente trabajo se estudia la capacidad portante de distintos suelos, incorporando un geotextil no tejido y una geogrilla de ciertas características y propiedades, mediante el ensayo CBR (del inglés California Bearing Ratio).
La metodología de estudio contempla el análisis sobre dos suelos diferentes realizando la comparativa con una muestra patrón, sin la incorporación de geosintéticos. Se encuentra variación en los resultados para una penetración determinada, siendo la geogrilla la que aporta mayor resistencia al final del ensayo.
Introducción
Los pavimentos flexibles están conformados por una carpeta asfáltica, apoyada generalmente sobre capas no rígidas denominadas bases y sub-bases (Figura 1).
Las capas de bases y sub-bases tienen un espesor mínimo de 15 cm, resistiendo las cargas que el tránsito transmite, distribuyendo estas al cuerpo del terraplén. Las bases y sub bases forman parte de las estructuras del pavimento, estas se construyen sobre la capa subrasante y se constituyen por material graduado que puede ser mejorado con cal o cemento.
La situación más desfavorable ocurre para suelos blandos con baja capacidad de carga, los cuales tienden a deformarse, poniendo en peligro la estructura a construir sobre el mismo. Para evitar este comportamiento se busca desplazar la superficie de falla de la subrasante blanda (Figura 2), hacia una capa granular de mayor resistencia.
Mediante la colocación de geosintéticos, próximos a la aplicación de la carga, se busca alejar los esfuerzos de la subrasante. Esto es posible ya que la rigidez de la geogrilla permite la redistribución de las cargas en un área mayor (Figura 3), disminuyendo los esfuerzos tomados por el suelo blando.
La geogrilla tiende a formar una forma curva cuando comienza a tomar carga, el esfuerzo normal sobre la cara cóncava es mayor que el esfuerzo sobre la cara convexa (Figura 4), esto quiere decir que: la carga vertical transmitida por la rueda hacia la subrasante, es menor debido a que parte de la carga lo toma la geogrilla.
La forma curva es una deformación producto de la carga, la geogrilla se deforma de tal manera de acompañar la deformación sobre la superficie del camino.
La forma y tensión que se produce en la geogrilla, crea una resistencia hacia arriba sobre la base de la rueda y un confinamiento hacia abajo, sobre la subrasante (Figura 5).
Materiales:
Para nuestro análisis tomamos 2 suelos de distintas características provenientes de una Cantera en San Bernardo. Provincia de Buenos Aires.
Se realizó la clasificación HRB según VN-E4-84; IRAM 10509, de los suelos obteniendo los siguientes resultados:
Suelo1:
LL=48; LP=29; IP=10; PT200=70 clasificación: A-76(13)
Ds=1.404gr/cm³
H%= 27.9
Suelo 2:
LL=38; LP=28; IP=10; PT200=40 clasificación: A-4-(1)
Ds= 1,449 gr/cm³
H%= 24.0
VSR= 27%
Hinchamiento= 0.15%
Los materiales geosintéticos utilizados fueron: una geogrilla (GR) de malla abierta 40×40 y dos geotextiles no tejido (GTX) de 120g y 150g.
La geogrilla (Figura 6) está especialmente diseñada para reforzar el suelo, son fabricadas a base de Polietileno de alta densidad y Poliéster
Los geotextiles (Figura 7) son materiales que buscan dar soluciones de separación (Figura 8) y refuerzo. Normalmente están realizados por fibras de polipropileno o poliéster.
Metodología.
Previo al inicio del estudio se calculó la humedad y densidad óptima del suelo a través del ensayo Proctor, según VN-E5-93; IRAM 10511, se procede a determinar el %CBR según VN-E6-84; norma IRAM 10520 (Figura 9), el cual está definido como la fuerza requerida para que un pistón normalizado penetre a una profundidad determinada sobre una muestra patrón, expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa misma profundidad sobre la muestra en estudio a igual velocidad.
Una vez colocado el suelo en el molde se procede a la compactación a través de la prensa hidráulica (Figura 10).
Finalizada la compactación se le coloca un disco metálico que simule la carga a la que estaría sometido el pavimento en servicio y se lo sumerge en agua durante cuatro días, según la norma IRAM 10520 (Figura 11).
Una vez transcurrido el tiempo se procede a ensayar el suelo realizando la toma de lectura del fleximetro para distintas penetraciones del pistón de carga. El ensayo se realiza a una velocidad de 1.27 mm/min (Figura 12).
Todo este procedimiento se repitió para los dos suelos solos, es decir sin incorporar geosintético, para tomar el valor de referencia, luego se procedió a realizar los ensayos con la incorporación de los materiales geosintéticos; los dos geotextiles no tejidos y la geogrilla. (Figura 13).
Los materiales fueron colocados en el centro del molde (Figura 14 y Figura 15).
Se analiza el mecanismo resistente del suelo cuando se utiliza una geogrilla y un geotextil no tejido, comparándolos con la muestra sin geosintéticos.
En nuestro estudio el suelo 2, de clasificación HRB A-4(1) fue ensayado, utilizando geotextil no tejido de 120 gramos, y un geotextil no tejido de 150 gramos.
- 1. Resultados
La Tabla 1, Tabla 2 y Tabla 3 presentan los resultados del ensayo CBR donde se analizaron suelos de distintas características con y sin incorporación de materiales geosintéticos diferentes.
Los resultados muestran que la carga para una penetración de 5.1mm siempre fue mayor que para 2.5 mm, esto nos indica que no hay un punto donde la carga disminuya, sino, que siempre se encuentra en aumento.
Por lo tanto, nuestro cálculo de CBR está referenciado para una penetración de 5.1mm de penetración.
Se determina el %CBR mediante la siguiente ecuación:
CBR= (esfuerzo que tengo)/(esfuerzo patron) x 100%
En la Figura 16 se puede apreciar la curva Carga-Penetración que sirve como definición para el CBR tomando como referencia una piedra partida.
La Figura 17 presenta los resultados de CBR para 5.1 mm de penetración e Hinchamiento.
Análisis y conclusiones
Dados los resultados de CBR se observa en la Tabla 4 que: para el suelo N°1 (A-7-6(13)) con un promedio de hinchamiento del 4% tenemos una mejora de la resistencia del orden del 25% con geotextil de 120g, y del 10% con una geogrilla, podemos decir que para este suelo de malas características hay una mejoría.
Se observa que para una penetración de 12.7mm la geogrilla, es la que toma mayor carga.
Para el suelo N°2 (A-4-(1)) con hinchamiento del 1% y la utilización de geotextil no tejido de 120g, los resultados del CBR para este caso indicaron que no hay aporte para una penetración de 5.1mm, teniendo un 56% con geogrilla.
Para una penetración de 12.7mm la Geogrilla tomo mayor carga con respecto al Geotextil No Tejido.
Para el suelo N°2 donde se utilizó un geotextil No tejido de 150g, con un hinchamiento promedio de 0.92%, se observa que:
-El Geotextil No Tejido de 150g. da un mayor aporte que el Geotextil No Tejido de 120g.
para una penetracion inicial de 0.64mm los geosinteticos toman mayor carga que el sistema de referencia.
-Para una penetracion de 12.7mm la geogrilla es la que mayor resistencia aporta.
Como conclusiòn final podemos afirmar que la geogrilla es el material que toma mayor carga final en todos los casos.
Queda como análisis a futuro, repetir estos mismos procedimientos pero con la colocación de Geogrilla a distintos niveles.
Bibliografía consultadas
[1]- Anselmo Nuñez Condori. Optimización de espesores de pavimentos con aplicación de geosintéticos. Tesis de grado 2016. Repositorio institucional una-puno. Perú.
[2] Dirección Nacional de Vialidad. Normas de ensayo Publicación 1ª distrito Buenos Aires.
[3] Tensar. Earth technologies. Spectra. Sistema para pavimentos. Mejoramiento de subrasantes: construcción sobre suelos blandos.
[4] Dr.P.Senthil Kumar; R. Rajkumar. Effect of geotextile on CBR strength of unpaved road with soft subgrade. EJGE. Volumen 17. 2012. PR. 1355-1363.