Diseo de Geomalla

Fecha: Agosto 2012Proyecto: PavimentacinRevisin: 01

Referencia: Proyecto: "MEJORAMIENTO DE LA CALLE 5, 6, 7, 8, E Y F DE LA URBANIZACIN RIO MAR, "DISTRITO DE BELEN - MAYNAS - LORETO"

1. Introduccin

Un problema muy comn en la construccin de vas, bien sean rurales o urbanas, es la presencia de suelos blandos constituidos por limos y arcillas de variada plasticidad como parte de la sub-rasante. A lo antes mencionado se aade que las rutas de muchas carreteras importantes deben atravesar zonas lluviosas o zonas con ausencia total de materiales granulares de buena calidad para mejoramientos, lo cual dificulta los plazos de construccin e incrementa los costos de obra. Esta situacin se ha resuelto desde tiempos histricos mediante la estabilizacin del suelo de diferentes maneras: Qumica, mecnica, excavacin y reemplazo, entre las ms comunes, cuya aplicacin genera efectos adversos en el medio ambiente contiguo y muchas veces costos muy altos para la viabilidad econmica de las obras.

Hoy en da, el uso de geosintticos, entre ellos las geomallas, permite un uso ms eficiente de los recursos de los proyectos, el cual se puede incrementar mediante el conocimiento claro de los mecanismos de trabajo de estos materiales, as como de los beneficios que ellos brindan en una determinada situacin. La colocacin de una geomalla biaxial polimrica entre las capas estructurales de un camino (pavimentado o no) produce grandes beneficios para el mismo ya que incrementa el mdulo del material granular, mejora la capacidad portante del suelo y reduce las tensiones transmitidas a la sub-rasante.

En esta oportunidad, se emplearn las geomallas biaxiales como mejoramiento de subrasante para la pavimentacin en referencia

Objetivos Reducir el costo inicial de las estructuras de pavimento mediante la reduccin de los volmenes de excavacin y reemplazo de materiales proyectados.

Facilitar las operaciones de construccin de sub-rasantes muy pobres, compuestas por suelos finos y saturados.

Economizar tiempos de construccin, particularmente en pocas de lluvia, durante las cuales, las soluciones convencionales demandan operaciones pesadas y dificultosas.

2. Metodologa de diseo Mtodo de diseo para carreteras no pavimentadas reforzadas con geomallas por el Dr. J.P. Giroud y el Dr. Jie Han.

Use of Geosynthetics for Improvement of Flexible Pavement Subgrades por Garry H. Gregory 1993.

Advisory Circular N 150/5320-6D Federal Aviation Administration. 1995.

3. Marco Terico

Geomalla como mejoramiento de subrasante

Las sub-rasantes pobres representan un problema frecuente en la construccin de pavimentos. Como fundacin del pavimento, la sub-rasante que falle conducir a un deterioro rpido de su estructura, esto es visible cuando una carga es aplicada directamente sobre el pavimento, en ese momento las partculas individuales del relleno oscilan y rompen la parte superior de la subrasante la cual se moviliza hacia arriba para llenar los vacos formados, este mecanismo se conoce como bombeo. Aunque estos movimientos pueden ser bastantes pequeos el bombeo puede causar contaminacin del relleno y una gran reduccin de su resistencia a la friccin, la capacidad portante disminuye y el agregado se mueve lateralmente creando surcos o baches en la superficie. Tradicionalmente, las subrasantes pobres o contaminadas por efecto de bombeo han sido removidas y reemplazadas con relleno importado o estabilizadas qumicamente. Ambas opciones son caras tanto en dinero como tiempo, en especial comparadas con la solucin de geomallas.Al instalar un geotextil no tejido de separacin y una geomalla biaxial entre el relleno de mejoramiento y la sub-rasante, las partculas del relleno penetran en las aberturas de la geomalla trabndose en sus aperturas reduciendo la oscilacin, movimientos laterales y el efecto de bombeo. Este entrelazado mecnico tambin dispersa fuerzas verticales sobre la geomalla permitiendo que se forme un arco bajo la carga aumentando su capacidad portante, la vida til de la fundacin y reduciendo el espesor de material de mejoramiento requerido. En resumen, la geomalla trabaja como pieza estructural transmitiendo cargas a bajas deformaciones sobre un rea mucho mayor e inhibiendo los movimientos laterales del agregado.

Hasta hace muy poco tiempo, se venan usando dos mtodos de diseo para determinar el espesor de las plataformas de trabajo de relleno granular intentando cuantificar las mejoras inducidas por la trabazn mecnica la interfase mejoramiento/sub-rasante. Giroud y Noiray (1981) desarroll dicho mtodos. Ambos mtodos empleaban la teora de distribucin de esfuerzos para calcular la presin vertical sobre la sub-rasante ejercida por las cargas de rodadura en la superficie del camino con la finalidad de calcular el espesor bsico del agregado que hace falta para reducir la presin vertical impartida a la subrasante a un valor igual a su capacidad de carga estimada. Sin embargo, ninguno de los dos mtodos consider factores de manifiesta importancia, tales como las propiedades de los materiales de la capa base y el refuerzo.

A lo largo de las dos ltimas dcadas, el uso de geomallas en las aplicaciones para mejorar subrasantes se ha difundido ampliamente. Han sido estudiados en varios programas de investigacin. Por lo tanto, hoy por hoy existe un conjunto de informacin mucho ms amplio del que haba en la dcada de 1980. Esta nueva informacin permiti a los doctores Giroud y Han desarrollar y verificar un mtodo de diseo mejorado. El Mtodo Giroud - Han incorpora la resistencia y el mdulo del material bsico, variaciones de los ngulos de distribucin de esfuerzos a travs de la capa de apoyo y la propiedad del mdulo de estabilidad de la abertura (rigidez) del refuerzo geosinttico, adems de todos los parmetros adicionales considerados por el Mtodo G&N (carga por rueda, presin del neumtico, esfuerzo de corte de la sub-rasante, n de aplicaciones de carga y profundidad de ahuellamiento). En consecuencia, este mtodo mejorado permite a los diseadores introducir parmetros ms precisos para predecir mejor su comportamiento. A su vez esto lleva a un uso ms eficiente de los recursos de agregado, equipos de construccin, mano de obra y tiempo.

Geomalla como separador

Las geomallas biaxiales pueden funcionar como un separador en la aplicacin de mejoramiento de sub-rasante, puesto que, no siempre ser necesario el empleo de una superficie plana, por ejemplo un geotextil, que prevenga la contaminacin del relleno.

En la interfase sub-rasante/relleno granular de mejoramiento, la funcin de separacin: previniendo la contaminacin entre 2 materiales diferentes, y la de filtracin: permitiendo el flujo libre de agua mientras se presentan finos erosionables, van casi siempre de la mano.

Esto es porque a menudo la sub-base se encuentra saturada y las presiones de poros causadas por el paso del equipo de construccin pueden ser significativas. La solucin consiste en reducir estas presiones aplicadas mediante el uso de las geomallas biaxiales, las cuales producen sobre la sub-rasante el efecto de zapato de nieve" de distribucin de carga: El zapato de nieve tiene aperturas, y sin embargo la nieve no puede subir a travs de el. El zapato de nieve permite a un hombre caminar sobre un material que no podra soportar su propio peso, debido a que este distribuye la carga en un rea mucho ms grande. Las geomallas rgidas trabajan ms o menos igual sobre una sub-rasante blanda. La carga es distribuida sobre un rea mucho mayor en la sub-rasante, reduciendo la presin aplicada directamente sobre ella y por lo tanto reduciendo la tendencia del material de la sub-rasante a migrar hacia el relleno mejorado en la interfase.

Se puede considerar este efecto similar al funcionamiento de un tamiz. Un tamiz de media pulgada no permite que todas las partculas menores a 1/2 pulgada pasen, a menos que el tamiz sea vibrado. Las geomallas se traban con el relleno e inhiben el movimiento en la interfaz con la sub-rasante. El movimiento es el que causa que la sub-rasante sufra desplazamientos laterales y el efecto de bombeo.

El U.S. Army Corps of Engineers (Webster, 1992), encontr que el refuerzo con geomallas dentro de la estructura de pavimento No present ninguna cantidad significativa de agregado proveniente de la subbase, dentro de la capa de base granular en las pruebas realizadas. Las geomallas, por lo tanto, pueden actuar como un refuerzo dentro de la estructura de pavimento y adicionalmente como un separador, siempre y cuando consideremos 2 situaciones importantes para definir el empleo o no de geotextil adicional:

Cuando el agregado que conforma el material de mejoramiento es bien gradado y puede actuar como un filtro natural para reducir la migracin de las partculas finas de la sub-rasante hacia la capa mejorada, entonces podemos decir que una capa de geomalla suficiente para proveer dicha separacin.

Por el contrario, cuando el agregado que conforma el material de la capa base no es bien gradado y la migracin de finos hacia ella podra presentarse, es necesario emplear un geotextil de filtro debe ser usado en conjunto con la geomalla de refuerzo.

Luego, si la humedad est presente en cantidades de flujo suficientes para inducir el movimiento ascendente de los finos de la sub-rasante, los espacios entre partculas del relleno granular de mejoramiento (f) deben ser bastante pequeos para sostener en su lugar al 85% de las partculas de la subrasante. El criterio de filtro, D15f / D85s, es denominado piping ratio (PR), si el PR es menor que 5 (10 para subrasantes de alta plasticidad) los finos de la sub-rasante no podrn contaminar el relleno de mejoramiento.

Las sub-rasantes de limo y arena muy fina son intrnsecamente ms mviles, por lo tanto se les aplica el siguiente criterio adicional de filtro: D50f / D50s