Tesis de Becarios de Investigación

Transcripción

1 Tesis de Becarios de Investigación Instrumentación de ensayos de tracción, valoración y comparación de las propiedades evaluadas mediante esta técnica en geosintéticos comercializados en el país BECARIO: Guido Rosso TUTOR: Ing. Enrique Fensel AREA: Medio Ambiente y Obras Civiles Año: 2008

2 Hay distintos casos en lo que son utilizados los geosintéticos según su función en las obras, en cuanto a la tracción se distinguen casos como su colocación en terraplenes donde la capacidad portante de un terraplén está influenciada determinantemente por el sistema tricapa terraplén/geotextil/subsuelo. Figura 1: Colocación De geotextil en base de terraplén. Los geotextiles tejidos en su mayoría son fabricados en polipropileno, que son polímeros que sufren bastante el problema de la fluencia. Presentan resistencia a tracción entre 20KN/m y 80KN/m y debido a la naturaleza de su estructura, poseen un alargamiento medio que varia entre 15% y el 30%. Para trabajar como refuerzo, las dos principales características a ser observadas, para cualquier geosintético, son la resistencia a tracción y el alargamiento, pues generalmente esos valores presentados por los fabricantes son los de ruptura del material. La pequeña resistencia a la tracción y el alargamiento medio de los geotextiles tejidos, comparados con las geogrillas, son soluciones para obras que presentan pequeñas solicitaciones, como pequeños rellenos sobre suelos de baja capacidad soporte, refuerzo de base de carreteras no pavimentadas y pavimentadas, estacionamientos, patios, etc., cuando la subrasante presenta un CBR > 5%. Los geotextiles en general poseen características técnicas específicas, que varían conforme al polímero y al método de fabricación. Por ejemplo el polipropileno: Mayor fluencia a carga constante, reducida cuando está confinado. Ensayos tipos a tracción que se realizan sobre un geosintético: 1. Ensayo de tracción en tiras Algunas de las normas para este ensayo son: IRAM 78012, ISO/EN 10319, ASTM D4595 y BS Este ensayo mide la resistencia a la tracción simple de muestras de un ancho predeterminado. Es similar a los ensayos de tracción simple a los que está acostumbrado el ingeniero civil para otros materiales. A pesar de que en las aplicaciones en la obra civil el geosintético en ningún caso operará en un régimen de tensión cercano a la resistencia última de tracción, esta última característica combinada con la elongación final y el módulo 2

3 de deformación indicarán la capacidad de absorber energía hasta la rotura o tenacidad del geosintético. Característica DIN 53857/2 NFG ASTM 1682 ASTM D 4595 SN/ NFG Largo libre (mm) Ancho de la probeta (mm) 50/ / Velocidad de Ensayo (mm/min) con 19 sujetadores 100 Tabla1: Normas utilizadas para el ensayo de tracción en tiras. Según las distintas normas la carga de rotura aumenta con el ancho de la probeta debido al aumento del anclaje lateral de los filamentos. Por esto, en general, los resultados obtenidos bajo normas diferentes no son directamente comparables. No obstante se ha determinado que las siguientes normas (Tabla 1) permiten cuantificar en forma equivalente tanto la resistencia última a la tracción, la elongación a rotura y el módulo inicial (resistencia a la tracción al 5% de elongación), ellas son: ISO/EN 10319, ASTM D4595 y BS Es relevante destacar la significación práctica de las propiedades mecánicas de módulo inicial y elongación a la rotura. La primera representa la capacidad del geosintético para soportar cargas importantes sin deformaciones significativas, las cuales no son deseables pues implican distorsiones permanentes en el sistema construido. Una alta elongación a la rotura será un efecto deseable en tanto el geosintético no opere a niveles de deformación cercanos a aquella. Si en la aplicación se logra esto último, el geosintético podrá absorber energía adicional ante cargas dinámicas. Esto es, como se ha dicho, lo que habitualmente se llama tenacidad residual a la rotura. El área integrada bajo la curva tensión-deformación entre la elongación de servicio y la de rotura, representa la cantidad remanente de energía que el geosintético podrá absorber ante una carga dinámica. Este tipo de cargas suele ser mucho más crítica durante la etapa de construcción, en que el agregado dispuesto sobre el Geosintético no ha alcanzado su mayor valor soporte o capacidad para disipar tensiones y por ello ésta no podrá atenuarse lo suficiente antes de ser absorbida por el geosintético. Con el fin de dar a conocer una comparación del comportamiento de diversos tipos de telas bajo este ensayo se incluye la (Figura 1) de resultados de geosintéticos con masas crecientes y la (Figura 2) que representa los resultados (área de dispersión de ensayos) para diferentes tipos de geosintéticos. T ra c c ió n [k N /m ] E N S A Y O D E T R A C C IO N E N T IR A S D e fo r m a c ió n [% ] Figura 1: Comportamiento a la tracción de diferentes tipos de telas. 3

4 POLIESTER (tejido) POLIPROPILENO (tejido) POLIAMIDA (tejido) NO TEJIDO Deformación [%] Figura 2: Área de dispersión de ensayo Se observa en la primera que en el comportamiento general, los módulos de deformación son al principio menor que para los tramos medios de la curva y que la rotura se produce en forma brusca sin ductilidad. De la observación de la segunda gráfica se concluye que el geotextil no tejido no reviste importancia desde el punto de vista de su resistencia para ser utilizada como refuerzo. Para este fin, los geosintéticos más convenientes son los producidos con poliéster, ya que los de polietileno también poseen poca resistencia. A N C H O D E C U E R P O 5 0 m m A N C H O D E C U E R P O P L E G A D O m m m m 5 0 m m Figura 3: Dimensiones de las probetas. 4

5 2. Ensayo de tracción (Grab Test) Algunas de las normas para este ensayo son: DIN 53858; ASTM D ; IRAM Las mismas difieren, entre otras, por las características dimensionales de la máquina y de las probetas, en los valores de velocidad de ensayo, lo que se expone en la tabla 2 Norma de ensayo Velocidad de ensayo DIN mm/min ASTM D mm/min IRAM mm/min Tabla 2: Normas con su velocidad de ensayo Este ensayo también llamado de resistencia a la tracción en carga concentrada, se diferencia del ensayo de tracción en tiras, en que el ancho de las probetas es mayor que la impronta de las mordazas de la máquina que tracciona la muestra. (Figura 4) ± ± Figura 4 Mediante este artificio, una parte del espécimen provee anclaje a los filamentos sin ser específicamente sometida a esfuerzo. 5

6 Este ensayo es la mayor simulación de las condiciones reales cuando sobre un Geosintético se presiona un elemento punzante (piedra) en forma descendente, o se ejerce un esfuerzo lateral sobre el elemento (aun presionado). Una solicitación como la descripta se presenta en operación cuando: un vehículo frena, acelera o dobla sobre la superficie del camino (las tensiones se transmiten paralelamente a la superficie); cuando se compacta el agregado en una trinchera de drenaje (se presiona la piedra contra los laterales y se vibra en forma descendente). Esta propiedad será de importancia crítica en todas las aplicaciones en que, durante la etapa de construcción, transite equipo pesado sobre agregado de grueso calibre. 3. Ensayo de Tracción en probetas anchas. Las normas que siguen el principio de este método aunque con algunas variantes en el procedimiento son ISO 10319:1993, AENOR UNE-EN ISO 10319:1996 e IRAM 78012:2001. La distinción básica entre este método y los métodos para medir las propiedades de tracción en los geosintéticos es el ancho de la probeta. En este método, el ancho es mayor que el largo de la probeta, ya que algunos geosintéticos tienen tendencia a encogerse (curvarse) bajo carga en el largo de la probeta. El mayor ancho reduce el efecto e encogimiento de tales materiales y proporciona una relación más próxima al comportamiento esperado del mismo sobre el terreno, así como un procedimiento para la comparación de geosintéticos entre sí. Según la normativa Argentina el resumen del procedimiento es el siguiente: se mantiene una probeta de ensayo, entre todo su ancho, en las mordazas de una máquina de tracción que se desplaza a una determinada velocidad, mientras aplica una fuerza longitudinal a la probeta hasta que la misma rompe. El valor de la carga máxima medida en el dial de la máquina de tracción constituirá la resistencia a tracción del producto. Este ensayo utiliza probetas de 200mm de ancho y 100mm de largo. Este método es aplicable a la mayoría de los geotextiles, incluyendo los tejidos de calada, los no tejidos, los geocompuestos, los tejidos de punto y los fieltros. El método es aplicable también a las geogrillas, pero en este caso puede ser necesario modificar las dimensiones de las probetas. 4. Ensayo de tracción de las uniones y de las costuras por el método de la banda ancha. La norma IRAM establece el método para la determinación de las propiedades de tracción de las uniones y de las costuras de los geotextiles y productos relacionados, mediante una banda de gran ancho. El método cuantifica la resistencia de la unión o de la costura y la eficiencia de las mismas, entendiéndose esta última como la relación, expresada en porcentaje, entre la resistencia de la unión o de la costura y la resistencia del geotextil evaluada en esa dirección. La norma propone el cálculo de la eficiencia haciendo la comparación con los valores de resistencia a la tracción del material sin unión obtenidas con el método expresado en la norma IRAM 78012: ensayo de tracción con probetas anchas. 6

7 El procedimiento consiste en sujetar en todo su ancho una probeta de geotextil, de 200 mm de ancho, que contiene una unión o una costura, entre las mordazas de una máquina de ensayo de tracción que funciona a una velocidad de alargamiento especificado. Se somete la misma a una fuerza longitudinal (perpendicular al eje de ensamblado), hasta la rotura de la liga, expresando la resistencia en kilo newton por metro. La norma especifica también las variantes de método mediante las cuales el mismo es aplicable tanto en geotextiles tejidos y no tejidos como en geomallas, geogrillas y materiales similares. Desarrollo de la tesis durante el periodo 2008 Durante el periodo 2008 con la adquisición de la máquina universal (EMIC) se desarrolló un estudio sobre su puesta en funcionamiento y poder afianzar el manejo de la misma, dado las diferentes funciones y aplicaciones que presenta. Se realizaron distintos ensayos a tracción y se presenta el ensayo de tracción realizado sobre probetas anchas para distintas marcas de geotextiles no tejidos. Objeto y campo de aplicación Ensayo de tracción con probetas anchas (IRAM 78012) Esta norma describe un método de ensayo tipo para la determinación de las propiedades de tracción de los geotextiles y productos relacionados, utilizando una probeta ancha. El método es aplicable a la mayoría de los geotextiles, incluyendo, los no tejidos, los geocompuestos, los tejidos de punto y los fieltros. El método es aplicable también a las geogrillas, pero en este caso puede ser nece sario modificar las dimensiones de las probetas. Este método de ensayo de tracción comprende la medición de las características de carga deformación e incluye procedimientos para el cálculo del módulo secante como expresión de la rigidez, la carga máxima por unidad de 7

8 ancho y la deformación a la carga máxima. Probetas de ensayos Se corta un mínimo de cinco probetas de ensayo, tanto en la dirección de producción como en la dirección transversal a la misma. Se prepara cada probeta de ensayo a un ancho nominal final de 200mm y de largo suficiente para asegurar 100mm entre las mordazas. Para vigilar cualquier desplazamiento, se trazan dos líneas que recorren todo el ancho de las superficies de las mordazas de la probeta de ensayo, perpendicularmente a la dimensión del largo y separadas 100mm. Procedimiento de ensayo 1) Encender PC 2) Encender máquina de tracción 3) En el escritorio hacer doble clic en el acceso directo TESC 4) Para fijar límites de recorrido a) 2º Función b) Retornar c) Presionar tecla de subir (hasta límite) d) 2º Función e) Retornar (límite superior establecido) f) 2º Función g) Retornar h) Presionar tecla de bajar (hasta límite) i) 2º Función j) Retornar (límite inferior establecido) 5) Realización de ensayos a) Preparar probeta de ensayo como se indica en el inciso probetas de ensayos b) Colocar probeta c) Tesc :seleccionar método de ensayo (tracción con probetas anchas) d) Archivo-nuevo-(cargar o modificar datos) e) Exhibir- indicador digital (a cero) f) Ensayo- editar entradas (cargar datos solicitados) g) Ensayo- comandar ensayo- (comienzo del ensayo) 6) Guardar ensayo 8

9 Fotos de ensayos Figura 6 Figura 5 Figura 7 Figura 8 Figura 9 9

10 Resultados de ensayos 1 Geotextil 120gr. Ensayado en la dirección perpendicular al rollo. 10

11 2 Geotextil 120gr. Ensayado en la dirección paralelo al rollo. 11

12 3 Geotextil 150gr. Ensayado en la dirección perpendicular al rollo. 12

13 4 Geotextil 150gr. Ensayado en la dirección paralelo al rollo. 13

14 5 Geotextil 300gr. Ensayado en la dirección perpendicular al rollo. 14

15 6 Geotextil 300gr. Ensayado en la dirección paralelo al rollo. 15

16 Conclusiones A pesar que en este trabajo se presentan algunos de los ensayos realizados a modo de ejemplo para graficar las prestaciones de la Máquina Universal de Ensayos, se observa en los resultados obtenidos, para el ejemplo dado, que las telas geotextiles ensayadas tienen mayor resistencia en la dirección de producción que en la dirección transversal a ésta. Se ha logrado el primer objetivo propuesto que era el de poder realizar los ensayos de tracción en este tipo de materiales, habiéndose alcanzado un conocimiento tal de poder manejar las distintas variables que presenta el software asociado a la citada máquina. 16

17 Bibliografía Geosintéticos. Desde la fabricación a su aplicación en obra. LEMaC Centro de investigaciones Viales CIT INTI Centro de Investigación y Desarrollo Textil. Año Esquema de Norma IRAM Ensayo de Tracción en probetas anchas Programa Tesc, Guía do Usuario Linguagem TestScript, Versao