BENEFICIOS DEL USO DE GEOTEXTILES EN LAS CAPAS ESTRUCTURALES DE UN CAMINO

Como es sabido, el adecuado diseño y construcción de las capas estructurales de un camino resultan fundamentales para asegurar la resistencia del conjunto frente a los esfuerzos a los que éste se verá sometido a lo largo de la vida útil de la obra. Una excelente alternativa para solucionar los problemas que suelen aparecer en este tipo de obras, y para mejorar la performance del pavimento en el tiempo, es el uso de geotextiles dentro del paquete estructural.
* Por la Ing. Sandra M. Pérez

Debido a sus bondades, el uso de geotextiles está cada vez más difundido para obras viales alrededor del mundo y en algunos países, como Estados Unidos, su inclusión ya es habitual, por ejemplo, la Federal Highway Administration, perteneciente al Departamento de Transporte de ese país recomienda a los diferentes Estados el uso de estos materiales y publica manuales para su correcto diseño, selección e instalación.
En efecto, está demostrado que el uso de geotextiles podrá aportar cuatro funciones muy importantes en el paquete estructural del camino: separación, filtración, estabilización y refuerzo.

SEPARACIÓN 
Dentro del paquete estructural de un camino, donde se colocan capas de suelos con diferentes granulometrías, suelen presentarse dos procesos simultáneamente:
– Migración de suelos finos dentro del suelo granular, disminuyendo su capacidad de drenaje.
– Intrusión del suelo granular dentro del suelo fino, disminuyendo su capacidad portante (resistencia).
Ambos procesos pueden evitarse de manera muy sencilla y efectiva mediante la colocación de un geotextil entre ambas capas. En este caso, el geotextil actúa como una barrera para el desplazamiento de partículas entre diferentes tipos de suelo (ver figura 2), mejorando notablemente la performance del conjunto.
Adicionalmente, el uso de geotextiles evita la necesidad de utilizar agregados compactos bien graduados (necesarios para minimizar la ascensión del material fino de la sub-rasante dentro de las capas estructurales), que son más débiles debido a su incapacidad de drenar. Al evitar la migración de finos con el geotextil, entonces, se podrán utilizar agregados más fuertes y drenantes, con coeficientes de drenaje AASHTO más elevados.

FILTRACIÓN 
Los geotextiles también proveen la función de filtro a través de sus aberturas, reteniendo el suelo pero permitiendo el paso del agua (ver figura 3). Esta función es muy importante para la ejecución de los drenajes de un camino.
La función es muy similar a la de separación. Sin embargo, un geotextil que es un buen separador (barrera) no siempre será capaz de brindar adecuada filtración (retener partículas y dejar fluir al agua). Es por esto que la adecuada selección del geotextil resulta muy importante.
En algunos casos particulares (por ejemplo, si la sub-rasante está extremadamente mojada) la función de filtro resulta fundamental. Esto se debe a que, si no se garantiza el drenaje, el agua, cuando se aplica una carga, queda atrapada en la sub-rasante, desarrollando presiones de poros y debilitando al suelo, pudiendo llegar incluso, en casos severos, al punto de crear un efecto de «cama de agua» inestable.

 ESTABILIZACIÓN 

La utilización de geotextiles provee estabilización en el largo plazo, en la interface entre la sub-rasante y las capas granulares, a través de los siguientes efectos:
* Sobre la base granular: al compactar los agregados de una capa granular arriba de un geotextil, las piedras individuales se «asientan» generando impresiones en el geotextil y en la sub-rasante. Esta interacción, junto con los esfuerzos de fricción, bloquea la ubicación de la parte inferior del agregado en una posición fija, impidiendo su deslizamiento lateral y estabilizando la capa.
* Sobre la sub-rasante: mientras el suelo de la sub-rasante es cargado desde arriba, el suelo circundante se mantiene sujeto en el lugar, impidiendo cargas o fallas de corte puntuales. Este cambio en el modo de falla del suelo, de efectos de corte locales a efectos de corte generales, permite la aplicación de alrededor de un 80% más de carga antes de que se alcance la resistencia del suelo.
En la práctica, estos efectos permiten que los esfuerzos que llegan al geotextil, transmitidos a través de la base o sub-base granular, sean distribuidos en una mayor área, aumentando el ángulo de transmisión de los esfuerzos desde la superficie (ver figura 4). Este mecanismo permitiría, con un buen diseño, una reducción del espesor de la capa granular por encima de la sub-rasante estabilizada con geotextil.

 REFUERZO

La función de refuerzo de los geotextiles consiste en el mejoramiento de las propiedades mecánicas del suelo ya que proveen refuerzo a través de diferentes mecanismos: contención o confinamiento, efecto membrana, fricción con los materiales de las capas estructurales y efectos de refuerzo local (ver figura 5). El resultado es la reducción de las tensiones aplicadas sobre la sub-rasante y la reducción (o postergación en el tiempo) de los surcos que suelen aparecer en el camino debido a la sobrecarga de la misma.
En este caso, el geotextil permite: o bien incrementar la capacidad portante del sistema que conforma la estructura de pavimento, o bien reducir el espesor de la capa granular, o bien incrementar la vida útil de la vía en estudio.
Sin embargo, es importante aclarar que la función de refuerzo se podrá considerar sólo en los casos en los que se permitan deformaciones importantes y se puedan desarrollar tensiones de tracción altas sobre el geotextil. En general, se dice que la función de refuerzo se activará cuando el CBR de la subrasante sea menor que 3%, o la resistencia al corte menor a 90 kPa aproximadamente, en condiciones no saturadas. Si el valor del CBR es mayor a 3%, la función del geotextil se reducirá a la de separación, filtración y estabilización (de por sí, ya muy importantes) y se deberá contemplar, entonces, el agregado de otro geosintético (por ejemplo, geomallas) para cumplir la función de refuerzo. De acuerdo a esto, además, la función de refuerzo en general se puede considerar en caminos no pavimentados (donde se admiten grandes deformaciones), pero no en caminos pavimentados, donde las deformaciones admitidas son bajas.

 CONCLUSIONES

El uso de geotextiles, colocados entre la sub-rasante y las capas granulares de un camino, siempre trae beneficios.
Como mínimo, el geotextil cumplirá las funciones de separación, filtración y estabilización de las capas estructurales, lo cual mejorará notablemente la performance de la obra e incrementará la vida útil de la misma.
En muchos casos, también resultarán obras más económicas ya que, mediante un adecuado diseño, la colocación de geotextil podrá evitar costosos reemplazos del suelo de la sub-rasante (para albergar enrocados, empalizadas o suelos estabilizados con cemento, con los que tradicionalmente se estabilizan los pavimentos sobre suelos blandos) y/o podrá evitar la necesidad de sobredimensionar los espesores de las capas granulares (para compensar pérdidas de capacidad portante por la mezcla de materiales entre capas) y/o evitará la ejecución de costosos filtros de suelo natural. Por otro lado, en muchos casos se podrá también pensar en reducir el espesor de las capas estructurales y/o aumentar el tránsito de diseño.
Todo lo anterior está debidamente probado, con años de experiencia, y existen metodologías de cálculo muy detalladas para la selección de los productos más adecuados en cada proyecto particular (por ejemplo, el manual «Geosynthetic Design & Construction Guidelines», de la Federal Highway Administration de Estados Unidos). En todos los casos, además, las especificaciones técnicas que deberán cumplir los geotextiles para cumplir con cada una de las funciones aquí detalladas están debidamente normadas y especificadas (por ejemplo, en la norma AASHTO M 288-97), con lo que el proyectista tiene sobrados elementos para realizar un diseño adecuado y del lado de la seguridad con la incorporación de estos materiales.

 

* La Ing. Sandra M. Pérez, es jefe de Desarrollo de Producto de Mexichem Argentina S.A.