vial@editorialrevistas.com.ar

Buscar

Comportamiento de un paquete estructural con geosintético, utilizando el Light Weight Deflectometer (LWD)

*Por Delbono, Héctor Luis y Tidoni Díaz, Juan Francisco.
Para conocer las últimas noticias, suscribirse a nuestras actualizaciones.

ÚLTIMA EDICIÓN

NEWSLETTER

EDITORIAL

*Por Delbono, Héctor Luis y Tidoni Díaz, Juan Francisco.

Resumen

Algunos materiales geosintéticos se colocan entre capas de un camino no pavimentado con el objeto de mejorar ciertas propiedades del mismo.

Se piensa que un material geosintético, como puede ser un geotextil no tejido o una geogrilla de ciertas características y propiedades, ayuda a incrementar la respuesta del paquete estructural, por lo cual se realiza un tramo de prueba in situ con distintos espesores de capas sobre el material geosintético. Se diseña un paquete con y sin la incorporación de dos tipos de materiales geosintéticos y se analiza la respuesta del mismo mediante el equipo deflectómetro de impacto ligero (LWD).

Se encuentra en los resultados alcanzados una mejora en la respuesta del paquete al incorporar un material geosintético.

Fundamentos

Se plantea determinar el módulo efectivo (Ep) de las capas de subbase y base, para la determinación del número estructural efectivo (SNef), y del módulo resiliente (Mr) de la subrasante, lo que permite estimar el número estructural requerido (SN). Por diferencia entre ambos números estructurales se establece si existe una mejora al introducir un material geosintético.

Uno de los instrumentos que permiten la obtención de los módulos resilientes en campo, sobre una traza existente, son los deflectómetros de impacto. Un deflectómetro de impacto es un equipo que mide las deformaciones verticales (cuenco de deflexiones) generadas por una carga de impacto aplicada sobre la superficie de un pavimento. Este equipo es capaz de aplicar una carga que modela, en forma adecuada, la magnitud y características dinámicas de las cargas que imponen los vehículos sobre los pavimentos y mide la respuesta de éstos en forma bastante precisa.

El trabajo analiza el mecanismo resistente tanto de una geogrilla como de un geotextil no tejido cuando se lo utiliza entre capas de suelo. Para ello, se adopta el ensayo LWD (Light Weight Deflectometer) que el LEMaC posee.

La metodología de ensayo contempla la generación de una carga sobre la superficie de la base terminada, la excavación de ésta hasta la subrasante y la generación de una nueva carga en este nivel, como se observa en la Figura 1.

Mediante estos pasos se registra una deflexión d0 (mm) sobre la base y un Mr (MPa) a nivel de subrasante, utilizables mediante las debidas correlaciones en la determinación de Ep y del Mr real.

La metodología es aplicable para la determinación del número estructural efectivo (SNef) en vías no pavimentadas en donde existe una capa no ligada (o conjunto de ellas) de material aportado sobre la subrasante.

Para el desarrollo del trabajo se utilizan dos tipos de materiales geosintéticos; el uso de un geotextil no tejido que tiene como función Separar, Drenar, Reforzar y dejar Filtrar el agua entre las capas.

Otro de los materiales utilizados es una geogrilla la cual tiene los siguientes beneficios:

  • Reducción del espesor del relleno
  • Aumento de la capacidad soporte del suelo de baja resistencia
  • Incremento de tiempo de vida del camino
  • Reducción del mantenimiento periódico, entre otros.

Desarrollo experimental

Se ejecuta una pista experimental, la cual se acondicionó de forma tal de generar tres niveles diferentes de espesor de capa de suelo (0,10m, 0,15m y 0,20m) por sobre el nivel de la subrasante o sobre el material geosintético.

Primera etapa

Apertura de caja: mediante retroexcavadora se realiza una apertura de 15 metros de longitud, por 2 metros de ancho y 0,40 metros de profundidad. Luego se rellena con material seleccionado unos 0,20 metros.

Ensayos sobre Subrasante: Sobre la subrasante, antes de colocar los geosintéticos, se realiza el ensayo LWD con diferente carga obteniéndose los resultados presentados en la Tabla 1.

Se determina la densidad mediante densímetro nuclear, obteniéndose una humedad del 41,4 % y una densidad seca máxima de 1,273 gr/cm3.   

Segunda etapa

Luego de ejecutar los ensayos sobre la subrasante se procede a colocar los geosintéticos de 1,5×1,5 metros, dejando un sector sin colocar ningún material para tomarlo como referencia. En este tiempo se realiza la compactación de 10 cm de espesor mediante compactador manual y se realiza el ensayo LWD, Tabla 2.

Se determina la densidad mediante densímetro nuclear, obteniéndose una humedad del 39,2 % y una densidad seca máxima de 1,287 gr/cm3 sobre la capa de 10 cm donde no se coloca geosintético, y una humedad del 32,4% para una densidad seca máxima de 1,327 gr/cm3 donde se coloca geosintético.

Luego de los ensayos en campo se realizan los siguientes cálculos en gabinete:

Paso 1: Se corrigen las lecturas con LWD a las obtenibles con el deflectómetro de impacto de referencia (FWD), utilizando las siguientes expresiones en función de la masa utilizada (Va cuadro de fórmulas 1).

Paso 2: Se da un valor en forma iterativa al módulo combinado de las distintas capas de la estructura del paquete estructural (Ep) hasta equilibrar con la deflexión del FWD (d0FWD) mediante la siguiente ecuación (Fórmula 2).

Donde:

a = radio del plato de carga = 15 cm

p = presión del contacto del semieje de referencia (40 KN) = 1,13 MPa

Paso 3: Se efectúa el cálculo del SNef mediante la siguiente expresión (fórmula 3).

Donde:

        D = espesor total desde subrasante hasta superficie de pavimento (mm)

        Ep = módulo combinado (MPa)

Los resultados obtenidos en gabinete se presentan en la Tabla 3.

Análisis y conclusión de resultados

En un primer análisis podemos comentar que al compactar las capas se observa que el compactador manual rebota mejor sobre la capa donde se han incorporado los materiales geosintéticos, dando la primera impresión de que resulta más beneficioso al no deformarse la subrasante y por consiguiente no requerir más material de relleno para lograr nivelar la superficie.

Algo similar se presenta en los ensayos realizados con el LWD donde al aplicar la primera carga, la pesa queda muerta sobre el plato de carga para el caso de los 10 cm sobre la subrasante sin geosintético, mientras que sobre la capa de 10 cm donde están los materiales geosintéticos esto no se manifiesta.

Se logra mayor densidad seca (gr/cm3) sobre los tramos en que se coloca geosintético, disminuyendo levemente la humedad del suelo.

Se observa comportamientos equivalentes en cuanto a la determinación del módulo de campo (Mr) como de las deflexiones (d0), para las diferentes cargas, Tabla 3. En este sentido el módulo ha sido mayor y las deflexiones menores en los tramos con geosintético que en el tramo de referencia.

Podemos concluir que la incorporación de un material geosintético ayuda efectivamente a incrementar la respuesta de un paquete estructural de acuerdo con los resultados logrados en campo y correlacionados en gabinete, obteniéndose un valor estructural (SN) mayor ya sea cuando se utiliza un geotextil no tejido o una geogrilla.

Queda como trabajo a futuro repetir los ensayos sobre capas de mayor espesor (0,15 y 0,20 metros) sobre los materiales para evidenciar posibles cambios en la metodología de cálculo planteada.