SAM / CONAMET 2008 Santiago-Chile 28 de Octubre 31 de Octubre 2008 CARACTERIZACIÓN DE GEOSINTÉTICOS EN VIRTUD DE SU FUNCIÓN PRINCIPAL EN LA OBRA VIAL

Transcripción

1 CARACTERIZACIÓN DE GEOSINTÉTICOS EN VIRTUD DE SU FUNCIÓN PRINCIPAL EN LA OBRA VIAL G. Botasso (1), E. Fensel (2) y L. Delbono (3) (1) Director del LEMaC: Centro de Investigaciones Viales-Facultad Regional La Plata Universidad Tecnológica Nacional. Calle 6 s/n esq. 124 (19), La Plata, Prov. de Bs. As., Argentina. T.E.: (autor responsable): gbotasso@frlp.utn.edu.ar (2) Responsable del Área Medio Ambiente y Obras Civiles del LEMaC. (alternativo): efensel@frlp.utn.edu.ar (3) Integrante del Área Medio Ambiente y Obras Civiles del LEMaC. (alternativo): delbonoluis@hotmail.com Área de Interés: Materiales de Construcción. Resumen El uso y aplicación de los geosintéticos, responde en forma efectiva a las problemáticas de las distintas obras de la ingeniería vial. Estos productos presentan una serie de ventajas que caben destacar como ser: facilidad de puesta en obra, es un producto económico, permite ahorros de tiempos de ejecución, empleo de mano de obra no calificada, utilización de productos de calidad comprobada y posibilita soluciones medioambientales correctas. En la mayoría de los proyectos de ingeniería, los geosintéticos han tenido un comportamiento y solución exitosa, en algunos casos la falta de conocimiento, por escasez de información y sin una metodología de diseño que permita conocer los requerimientos de estos materiales de acuerdo a las condiciones particulares de cada proyecto, no han permitido al ingeniero lograr los beneficios que ofrece esta tecnología. Son varias las funciones del geosintético y varían según el campo de aplicación en que son utilizados. Día a día surgen nuevas aplicaciones para solucionar distintas problemáticas, los geosintéticos han demostrado beneficios técnicos económicos en su utilización, pero pocas veces se valoran las propiedades específicas a su función, por lo que se trata, en el desarrollo del presente trabajo el indicar los ensayos índices de los distintos tipos de geosintéticos que ofrece el mercado, tomando como indicativo la función principal a la que está destinado el material en esa etapa de obra. En el LEMaC: Centro de Investigaciones Viales, se han homologado equipos que permiten valorar estas propiedades abarcando áreas tecnológicas como resistencia a tracción, punzonado, durabilidad, permeabilidad, abertura eficaz de poros, etc. Se presentan resultados de ensayos realizados sobre diferentes muestras que ofrece el mercado en Argentina. Tipos de Geosintéticos que intervienen en la Obra Vial. Casos de aplicación. Geogrilla: Estructura plana a base de polímero constituida por una malla abierta y regular de elementos resistentes a la tracción, pudiendo estar fabricados por láminas perforadas o tejidos ligados por procesos térmicos o de encolado, en la cual las aberturas tienen dimensiones superiores a las de los constituyentes, es usado en contacto con el suelo o con otros materiales.

2 Casos de uso de Geogrilla Geotextil: Fieltro o manto fabricado con fibras sintéticas, cuyas funciones se basan en la capacidad de filtración y en sus altas resistencias mecánicas, siendo éstas: separar, filtrar, drenar, reforzar y proteger. Pueden fabricarse de diferentes formas y sus aplicaciones abarcan prácticamente todos los campos de la ingeniería civil en donde se esté en contacto con el terreno. Geotextil No tejido Filamento continuo A j d (1) Geotextil No tejido Filamento continuo T ld d Geotextil No tejido Fibra corta / larga A j d (3) Geotextil Tejido (4) El geotextil es un material textil (tejido) permeable, a base de polímero (natural o sintético), pudiendo ser no tejido (de fibra cortada o filamento continuo) o tejido, usado en contacto con el suelo o con otros materiales. Casos de uso de Geotextiles en obra Geotextiles Tejidos

3 Geotextiles No Tejidos Geomembranas: Las geomembranas son láminas de impermeabilización, cuya función principal es evitar el paso de líquidos y se emplean en sistemas de impermeabilización tales como: túneles, rellenos sanitarios, depósitos, almacenamiento de agua o cubiertas planas de edificación. Estas pueden ser de PVC, HDPE, Polipropileno, asfálticas, etc. Georedes o Geoespaciadores: Estructura tridimensional permeable constituida de filamentos, fibras y/u otros elementos (sintéticos o naturales) a base de polímeros, ligados por medios mecánicos, térmicos o químicos y/o por cualquier otro medio, es usada en contacto con el suelo o con otros materiales, por ejemplo, para mantener partículas, raíces y pequeñas plantas en el suelo. Geocelda: Estructura tridimensional permeable a base de polímeros (sintéticos o naturales), con forma de matriz de celdas huecas, constituida por bandas de geotextiles o geomembranas ligadas alternativamente y usada en contacto con el suelo o con otros materiales. Geomantas: Estructura plana a base de polímeros (naturales o sintéticos) constituida por una red densa y regular cuyos elementos están ligados por nudos o por procesos térmicos, y cuyas aberturas tienen dimensiones superiores a las de sus constituyentes, usadas en contacto con el suelo o con otros materiales. Geocompuestos: Es un ensamblado manufacturado de materiales, de los cuales al menos uno de los componentes es un producto Geosintético, usado en contacto con el suelo o con otros materiales. Consisten en una combinación de geotextiles y georedes; geogrillas y geomembranas (por ejemplo: algunos suelos, láminas de plástico deformado, cables de acero, etc.). Las áreas de aplicación son numerosas, entre las que se encuentran: separación, refuerzo, filtración, drenaje y barrera de vapor.

4 El LEMaC, Centro de Investigaciones Viales forma parte del subcomité de Geosintéticos de IRAM, (Instituto Argentino de Normalización), asociación civil sin fines de lucro, cuyas finalidades específicas, en su carácter de Organismo Argentino de Normalización, son establecer normas técnicas y la aplicación de la normalización como base de la calidad. Basados en el criterio de evaluar las características del Geosintético que respondan a un uso, se ha confeccionado el presente listado de ensayos, que son ineludibles a la hora de caracterizar estos materiales. En el LEMaC se caracterizan los productos Geosintéticos realizando una batería de ensayos consistentes en: 1 - Características físicas y mecánicas a) IRAM 782 Masa por unidad de área b) IRAM Presiones prefijadas (espesor) c) IRAM 7812 Ensayo de tracción con probetas anchas d) IRAM 786 Abertura aparente de poros e) IRAM 7811 Resistencia al punzonamiento CBR f) IRAM 7827 Retención de asfalto 2 - Características hidráulicas g) IRAM 787 Permeabilidad Normal al plano h) IRAM 781 Permeabilidad planar a) Masa por unidad de área: El peso de un Geosintético se expresa por unidad de área pesando pequeñas probetas de ensayo, de dimensiones conocidas, cortadas de distintas posiciones y distribuidas por todo el ancho y largo de la muestra. Empresa 1 Empresa 2 Valor promedio obtenido de 1 probetas. Valor promedio obtenido de 1 probetas. 167 g/m2 157 g/m2 Las especificaciones para una muestra de 15 gr. indican una masa de 16 g/m2.

5 b) Ensayo de Espesores a presiones prefijadas. Espesor: Distancia tomada entre dos placas paralelas de referencia, que se mide al aplicar una presión en un tiempo determinado sobre la probeta. Espesor nominal: Espesor determinado cuando se aplica una presión de 2, ±,1 KPa sobre la probeta de ensayo L1 Lm L2 Lm = (L1+L2)/2 L1 Lm L2 Lm = (L1+L2)/2 Las especificaciones indican un espesor de 1,5 mm para una presión de 2 KPa. Empresa 1 Empresa 2 Presión Espesor (mm) Espesor (mm) 2 KPa Kpa KPa.6.3 c) Ensayo de Tracción en probetas anchas 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 de 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. Las normas que siguen el principio de este método, aunque con algunas variantes en el procedimiento, son ISO 1319:1993, AENOR UNE-EN ISO 1319:1996 e IRAM 7812:21. El LEMaC ha adquirido una nueva máquina universal de ensayo por lo que esta valoración se encuentra actualmente en desarrollo. d) Ensayo de Abertura Eficaz de Poros (AOS). Propiedad que indica el tamaño aproximado de partículas que pasan efectivamente través de un Geotextil. Este método se basa en la norma ASTM D4751 y define a la abertura eficaz o abertura equivalente de poros, AOS, como el número de la serie normaliza de tamices cuya abertura coincide con las del geotextil. El principal inconveniente de esta metodología es conseguir bolillas de cristal con determinada granulometría.

6 SAM / CONAMET 28 Santiago-Chile 28 de Octubre 31 de Octubre 28 Resulta muy importante aclarar que este método solo es aplicable a Geotextiles no tejidos, donde la abertura de malla a determinar es pequeña en relación a las fracciones de microesferas consideradas. e) Ensayo de resistencia a la Penetración estática. Cuantifica la dificultad con que un Geosintético puede ser perforado por un elemento punzante que, soportado estáticamente sobre la tela, sea presionado enérgicamente sobre la misma. La importancia del ensayo reside en el hecho que el Geotextil puede fallar y, si lo hace, pierde la mayoría de las funciones para las cuales fue colocado, dejando de esta manera inutilizado el material, con la pérdida del mismo y los costos que ello conlleva. Empresa 1 Muestra Empresa 2 Aro= 1 Tn, Cte=3.623 Muestra seca Penetración Nº mm Lect. Dial Carga (Kg) , 2, 6, 17,5 28, 36, 7,25 21,74 63,4 11,44 13,43 Muestra Aro=5 Kg, Cte= Muestra seca Penetración Nº mm Lect. Dial Carga (Kg) , 6, 16, 4, 7, 86, 8,98 23,95 59,88 14,79 125,89 Los valores representados en la tabla corresponden a determinaciones realizadas sobre 1 probetas de un mismo material (Geotextil No Tejido de 15 gramos) según Norma IRAM 7811, esta varía con la ASTM 4833 en el diámetro del pistón y la velocidad de carga, por lo que los resultados obtenidos en las distintas normas no los hacen directamente comparable. La especificación de la cartilla técnica de las empresas comercializadoras indica, según Norma ASTM D4833, un valor de 158 Kg y 143 Kg de resistencia a la penetración respectivamente. f) Retención de asfalto Consiste en someter el Geotextil a la impregnación en asfalto y determinar lo que el mismo retiene. El ensayo es importante para determinar la adherencia del Geotextil con el pavimento asfáltico, sirven para retardar la fisuración.

7 La especificación técnica indica: Propiedades Características Retención mínima de Asfalto Nivel de exigencia (*) Un. Norma Normal Elevado l/m 2 1,5 2, IRAM 7827 (*) Nivel de Exigencia: Normal: Repavimentación sobre pavimento asfáltico con fisuración por fatiga tipo piel de cocodrilo. Elevado: Repavimentación sobre pavimento de hormigón, bases rígidas tipo suelocemento, pavimentos asfálticos muy fisurados, etc. Tanto la Empresa 1 como la Empresa 2 arrojaron resultados similares Paralela a la fabricación Perpendicular a la fabricación El promedio sobre 4 probetas ensayadas fue de 1,7 lit/m 2. Retención de asfaltos (promedio en ambas direcciones): 1,55 lit/m 2 g) Permeabilidad al agua normal al plano. Este ensayo tiene como finalidad determinar las características de permeabilidad al agua, normal al plano, de los geotextiles de una capa o productos relacionados. La determinación de esta propiedad se puede realizar con 2 métodos, según versa la norma IRAM Método de carga hidráulica constante Mediante el mismo, se somete el geotextil sin carga, a un flujo de agua unidireccional, normal al plano y con régimen de carga hidráulica constante. Se calcula la velocidad de flujo con la formula: v = V.Rt / A.T Siendo: v = velocidad del flujo en m/s V = volumen medido en m 3 Rt = factor de corrección temperatura del agua A = área expuesta del espécimen t = tiempo medido El promedio sobre 4 probetas ensayadas fue de 1,4 lit/m 2. Los resultados se representan mediante una curva de velocidad de flujo vs. pérdida de carga, con la cual podremos obtener el índice de velocidad y el índice de pérdida de carga.

8 Resultados por el método de carga constante: La especificación técnica indica una Permeabilidad Normal al plano mínima de,4 cm/s. Empresa 1 Índice de pérdida de carga (m),86 Índice de velocidad (m/s),11 Empresa 2 Pérdida de carga (m),13,12,11,1,9,8,7,6,5,4 Curva H vs V Curva H vs V Índice de pérdida de carga (m),98 Índice de velocidad (m/s),16 h) Permeabilidad Planar,3,2,1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, Velocidad (mm/s) Si bien el ensayo no da valores directos de permeabilidad, permite determinar valores índices que determinan el nivel de aceptación o no del mismo en cuanto a los propósitos de control. Alguna de las normas con las que se puede cuantificar esta propiedad en geotextiles y productos relacionados son la UNE-EN ISO e IRAM 781: 22. Se calcula la permeabilidad al flujo de agua en el plano Q esf/grad a 2 ºC para cada gradiente hidráulico y cada esfuerzo de compresión normal, con la siguiente formula: Q e/g =V.Rt/W.T siendo: Q e/f : permeabilidad al flujo de agua en el plano por unidad de acho en m 2 /seg V: volumen medido en m 3 Rt: factor de corrección a una temperatura de agua distinta de 2 ºC. W: ancho de probeta, en metros T: tiempo en segundos Los resultados se expresan como la representación gráfica de la permeabilidad en el plano, en función del esfuerzo normal de compresión para los dos gradientes hidráulicos definidos. La especificación técnica indica una Permeabilidad planar mínima (Presión 2 kpa) =,6 cm/s.

9 Empresa 1 KPa/Grad. 2/,1 1/,1 2/,1 2/1, 1/1, 2/1, 1,1,1,4 1,,3,15 2,18,15,2 1,2,2,12 3,2,2,3 1,1,5,1 Media,48,45,9 3,3 1,,37 Empresa 2 KPa/Grad. 2/,1 1/,1 2/,1 2/1, 1/1, 2/1, 1,3,26,15 2,24 1,2,89 2,2,1,6 3,4,7,6 3,25,23,18 2,5 1,,58 Media,75,59,39 8,14 2,9 2,7 CONCLUSIONES Los valores hallados son satisfactorios tomando como base las propiedades evaluadas y su intervención en la obra vial de acuerdo a la función principal en la que interviene el geosintético. En general los resultados obtenidos sobre los parámetros evaluados responden a los presentados por las empresas en sus cartillas técnicas. Los resultados aquí presentados deberán tomarse como preliminares dado que es necesario ampliar el universo de determinaciones, tanto en la cantidad de especímenes a ensayar como de la variedad de productos que se comercializan en el mercado Argentino, completando la batería de los ensayos propuestos para poder realizar una conclusión final. Lo expuesto se encuentra en plena etapa de desarrollo, es decir, se siguen realizando determinaciones hasta abarcar el universo de muestras deseado, por lo que las conclusiones finales se presentaran en próximos encuentros. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Geosynthetic Design and Construction Guidelines. Participant Notebook. National Highway Institute. U.S. Department of Transportation. Federal Highway Administration. Guidelines for the Certification of Geomembranes as a Component of Composite Liners for Municipal and Hazardous Waste Landfills and for Lining Contaminated Land. Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) Alemania. Engineering use of geotextiles. Departaments of The Army and The Air Force United States.