*Por el Ing. Enrique A. Fensel, responsable del Área Tecnología de los Pavimentos Flexibles del LEMaC Centro de Investigaciones Viales UTN Regional La Plata – CIC PBA (efensel@frlp.utn.edu.ar).
Resumen
La idea rectora de esta publicación se centra en establecer una metodología práctica y sencilla para determinar el potencial de oclusión de un Geotextil No Tejido (GTX NT) cuando actúa como función principal la de filtrar estando en contacto con suelos cohesivos plásticos característicos de nuestra región.
En función de la complejidad que se plantea para la determinación del AOS (Apparent opening size) por la dispersión en los resultados que genera su metodología y debido a las propiedades intrínsecas del material, se trató de realizar un método con el fin de establecer la efectividad del GTX NT para filtrar suelos tomando como base los tres elementos básicos actuantes para lograr esta función: el Geotextil, el suelo y el agua.
Se utiliza un equipamiento básico disponible en cualquier laboratorio de suelos, tanto para los especializados en la geotecnia como para los viales. Sin ser un método determinístico, creemos que aporta una idea acabada para valorar la eficiencia del GTX bajo las condiciones establecidas. Sin obtener un resultado absoluto, se establece una medida cierta comparativa entre distintas muestras de distintos proveedores de GTX NT. Como en muchos otros casos en que se desea valorar prestaciones de algún material, elemento o componente, con el fin de realizar una determinación en forma expeditiva que represente las condiciones de servicio, se somete al GTX NT a exigencias mayores para compensar el tiempo asociado al transcurrido durante su prestación.
Se determina lo que denominamos “Diámetro Aparente de Oclusión (DAO)” del GTX NT, tomando el porcentaje que pasa del suelo después de tamizado sobre el GTX y correlacionándolo con la curva granulométrica del suelo para determinar la apertura del Geotextil que es capaz de filtrar.
- Introducción
Desde hace varios años en el LEMaC venimos realizando determinaciones sobre geosintéticos y en particular sobre geotextiles. La creciente inclusión de estos materiales en la obra civil en general y en la obra vial en particular, nos ha impulsado a constituir un laboratorio de control de calidad de estos materiales, tratando de adaptar lo disponible a nivel internacional a las necesidades de nuestro país. Es así como nos encontramos, respecto al tema aquí tratado, con una amplia bibliografía, pero mayormente referida al uso de materiales granulares con ausencia de cohesión, o mediante procedimientos que insumen un tiempo prolongado para valorar el sistema suelo-geotextil. Esta condición, junto al hecho que en nuestras construcciones civiles en la zona prevalece el encontrarnos con suelos cohesivos y de alta plasticidad, fue lo que nos impulsara a realizar un método que establezca practicidad, ejecución en un tiempo razonable, que se pueda realizar con equipamiento disponible y a la vez que nos indique resultados confiables dentro de cierto rango de variación propios de cuando se trabaja con suelos.
- Desarrollo de la Metodología
2.1. Materiales
2.1.1. Tratamiento del Suelo
Se toma una muestra de suelo representativa, se rotura y se toma la fracción fina, tamizándola por el Tamiz N°4 se coloca al estado aireado en condiciones de laboratorio hasta lograr un estado visual de aparentemente seco. Para determinar la granulometría del suelo mediante cuarteo se toman muestras entre 300 y 500 gr referidos a Peso de Suelo Seco. Estas muestras serán individuales para realizar el tamizado por vía húmeda para cada tamiz elegido. Luego estas muestras se colocan en bandejas estancas a las que se les agrega agua de tal forma que las mismas queden totalmente sumergidas, con un tiempo necesario hasta lograr la saturación del suelo. Para este tipo de suelos es recomendable mínimamente dejarlos sumergidos 24 hs. para asegurarnos su hidratación total. Seguidamente se procede a realizar el tamizado por vía húmeda según la metodología que se especifica en las distintas normativas asociadas a esta determinación para suelos finos, y de acuerdo a una serie de tamices que se tomaran de forma conveniente para realizar una curva granulométrica, es recomendable tomar como referencia el AOS especificado para el GTX NT que se emplee para el caso, y tomar tamices que incluyan este valor.
Mediante secado en estufa con circulación de aire forzado a una temperatura de 100 ± 5 °C se determina el peso de suelo retenido y consecuentemente el porcentaje que pasa el tamiz de referencia.
Luego de las distintas determinaciones, con los resultados del pasa tamiz obtenido para cada apertura de malla evaluada, se realiza la curva granulométrica semilogarítmica del porcentaje de suelo que pasa en función de la apertura de malla del tamiz.
2.1.2. Tratamiento del Geotextil
Se toman seis especímenes de una muestra representativa de GTX NT según se especifique en las distintas Normativas asociadas. Las dimensiones de cada espécimen serán de un diámetro mínimo de 10” o cuadrado de una longitud de 10” de lado.
Se identifican y se registran los pesos de cinco de esos especímenes de GTX NT en estado seco. Luego todos los especímenes se embeberán en agua hasta lograr la saturación. Se recomienda un mínimo de 2hs para lograr este estado.
2.2. Equipamiento necesario
A continuación, se procede a una descripción del equipamiento mínimo necesario para la realización del método propuesto:
Dispositivo para el tamizado: Apto para realizar un movimiento predominantemente vertical, que sea capaz de mantener una amplitud de 1,5 mm (3 mm de altura total de movimiento) durante un período de ensayo. Debe tener un área de tamizado expuesta que corresponda a un diámetro de 8”, como mínimo, y una frecuencia de 50 Hz a 60 Hz [UNE-EN-ISO 12956/20]. Figura 1.
Estufa de secado con aire a convección capaz de mantener temperaturas entre 50 y 110 °C.
Balanza para determinar los pesos con una precisión de ± 0,01 gr.
Sistema de suministro de agua con una válvula reguladora y tobera de rociado para lograr un humedecimiento uniforme de la probeta y que nos asegure un flujo de agua de 0,2 l/min, encerrada en un cilindro transparente o una cápsula cubierta para evitar la pérdida de material granular o suelo. Figura 1.
Juego de Tamices (desde Tamiz N°4) ASTM de 8” de diámetro.
Cronómetro para medir el tiempo con una precisión de ± 1 s.
- Procedimiento
Generalidades:
Para realizar el ensayo, la muestra de GTX NT se ajusta entre una base para tamizado con pico vertedor y un tamiz de malla grande (2”; 3”), se sujeta de forma tal que la muestra quede con suficiente tensión como para evitar su deformación cuando sea cargado con el agua y el suelo que debe soportar. Calzando sobre el tamiz superior se coloca un cilindro de acrílico para evitar pérdidas, la altura del mismo será acorde al cono de agua que genera la tobera cuando su diámetro se equipare al diámetro de la superficie expuesta de la muestra de geotextil.
La fracción fina del suelo granular (PT N°4) se esparce sobre la muestra de geotextil de tal forma de lograr una capa con un espesor lo más homogéneo posible, a razón de colocar por probeta el equivalente a 7,0 ± 0,1 kg/m2 de superficie expuesta al tamizado [1].
- Una vez que se tienen los materiales bajo las condiciones descriptas, se toma uno de los especímenes del geotextil para hacer correr agua sobre él (sin cargarlo con suelo), se abre el grifo del agua y se acciona el tamizador, una vez que el sistema entra en régimen (tomamos como parámetro el estar en régimen una vez que el agua comienza a escurrir por el pico vertedor de la base que contiene a la muestra de geotextil) a partir de este momento se toma el tiempo transcurrido para asegurarnos un volumen de agua pasante de 2,0 litros, con el fin de establecer este tiempo como el indicativo para el tiempo del tamizado del GTX NT con el suelo incorporado.
- Establecido el tiempo del ensayo, se toma otro de los especímenes de GTX, se coloca en su posición, se le agrega el suelo y se enciende tanto el grifo del agua como el tamizador. Inmediatamente cuando entra en régimen el sistema según lo descripto se comienza a tomar el tiempo. En estas condiciones se deja el total de tiempo determinado en 1, y una vez transcurrido este tiempo se detiene el tamizador y se cierra el grifo. Dejar escurrir unos minutos y llevar el conjunto del geotextil y el suelo retenido a estufa para secado. Se repite este paso para los 4 especímenes restantes.
- Una vez asegurado el secado del conjunto GTX NT más suelo (se recomienda dejar en estufa a 100°C durante 24 hs.), se pesa el mismo, se le resta el peso del geotextil seco, se determina el porcentaje de peso de suelo seco retenido y se hace el promedio de las cinco determinaciones. Con este valor se ingresa en el gráfico de la granulometría del suelo (o se determina analíticamente) hasta intersectar a la curva granulométrica del suelo y a partir de allí se determina lo que hemos decidido llamar diámetro aparente de oclusión (DAO).
- Ejemplo de aplicación
Tomando como base un Geotextil No Tejido punzonado por agujas, con una especificación de Apertura aparente (O95) según ASTM D 4751-21a “Standard Test Method for Determining Apparent Opening Size of a Geotextile” del orden de los 200 µm y un suelo natural de apertura de caja de una obra vial local, el que presenta una clasificación HRB como la descripta en la Tabla 1.
Se le realiza la granulometría vía húmeda al suelo según las condiciones descriptas, obteniendo los resultados descriptos en la Tabla 2, cuya gráfica se presenta en la Figura 2.
Siguiendo el procedimiento descripto, se determina en primer lugar el tiempo que lleva el hacer pasar 2 litros de agua por el geotextil para luego determinar el porcentaje de suelo que pasa a través del geotextil mediante el promedio de cinco especímenes evaluados como se describe en la Tabla 3.
Con este valor hallado se ingresa al gráfico de la curva granulométrica del suelo y al intersectar la misma se determina el valor del Diámetro Aparente de Oclusión (Figura 3).
Es posible el realizar una ampliación de la zona de intersección de las curvas y mediante un cambio de coordenadas trazar la recta que nos determina una pendiente y una ordenada al origen para de este modo hallar analíticamente el valor del DAO, como se muestra en la Figura 4.
Tomando el valor inmediato anterior y posterior de la curva granulométrica del suelo respecto del porcentaje promedio determinado para el suelo que pasa por el geotextil y trazando la recta que une estos dos puntos, se puede determinar en forma analítica el valor del diámetro aparente de oclusión (DAO) como se muestra en la Tabla
Secuencia fotográfica
Se presenta a continuación una secuencia fotográfica del desarrollo de parte de la metodología.
En las dos últimas imágenes se observa el agua con suelo en suspensión que pasa a través del geotextil. Se presentan las mismas como referenciales ya que el método como está planteado a este momento no impone la recolección del pasante, sí se prevé en el futuro el control granulométrico de este material. En un principio, se realizó el control como para verificar por peso lo hallado analíticamente como porcentaje que pasa.
Conclusiones
Del equipamiento utilizado: Es de bajo costo y se dispone de ellos en cualquier laboratorio tanto en los viales como en lo especializados en suelo.
Del Método: Resulta de gran practicidad, insumiendo un tiempo relativamente corto. Tiene como ventaja que en esta determinación se utilizan directamente los materiales involucrados y bajo estas condiciones nos da una idea acabada sobre el nivel de retención de suelos finos. A la fecha de presentación del presente trabajo no se cuenta con un universo amplio de ensayos como para establecer categóricamente la universalidad del método para GTX NT que no sean agujados, pero se sigue adelante con las investigaciones como para ampliar estos horizontes.
