Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Ambiental
S
Faya Castro Gines Tafur Lorenzo López Damián Álvaro Suxe Villalobos Karen Villarreal Hernández Miluska II. CURSO:
Pavimentos CHICLAYO 04 DE SEPTIEMBRE DEL 2017
ÍNDICE INTRODUCCIÓN
03
MARCO HISTÓRICO
04
OBJETIVOS
06
Objetivo General
06
Objetivos Específicos
06
1. DEFINICIÓN DE GEOMALLAS
07
2. PROPIEDADES DE LAS GEOMALLAS
07
3. CARACTERÍSTICAS DE LAS GEOMALLAS
08
4. USOS GENERALES DE LAS GEOMALLAS
09
5. TIPOS DE GEOMALLAS
10
5.1. Según el Proceso de Fabricación
10
5.1.1. Geomallas Soldadas
10
5.1.2. Geomallas Extruidas
10
5.1.3. Geomallas Tejidas
10
5.2. Según la Aplicación o Modo de Uso en los Proyectos de Ingeniería
10
5.2.1. Geomallas Monorientadas o Uniaxiales
10
5.2.2. Geomallas Biorientadas o Biaxiales
11
5.2.3. Geomallas Triaxiales
12
6. APLICACIONES Y MECANISMOS DE REFUERZO GENERADOS POR LAS GEOMALLAS
13
6.1. Aplicaciones de las Geomallas
13
6.1.1. Geomallas uniaxiales
13
6.1.2. Geomallas biaxiales
13
6.2. Mecanismos de Refuerzos Generados por las Geomallas
13
6.2.1. Aspectos a considerar a la hora de construir un terraplén
16
1
6.2.2. Materiales utilizados para la construcción de un muro de suelo reforzado
16
6.2.3. Geomallas para contención de muros verdes o vegetalizados
16
6.2.4. Mallas para el refuerzo del pavimento flexible
16
6.2.5. Mallas de refuerzo para evitar la erosión en taludes
17
7. INSTALACIÓN DE GEOMALLAS
19
7.1. Instalación de Geomallas en Pavimentos
19
7.1.1. Preparación de la Capa Base
19
7.1.2. Espolvoreado de la Superficie
19
7.1.3. Pulverización del Betún
19
7.1.4. Instalación de la Geomalla
19
7.1.5. Extensión de la Capa
20
7.2. Instalación de Geomallas en Taludes
20
8. VENTAJAS, DESVENTAJAS Y PROVEEDORES DE LA INSTALACIÓN DE LAS GEOMALLAS22 8.1. Ventajas de la Instalación de las Geomallas
22
8.2. Desventajas de la Instalación de las Geomallas
23
8.3. Proveedores
23
9. IMPORTANCIA DE LAS GEOMALLAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LAS CARRETERAS
24
10. IMPACTO DE LAS GEOMALLAS EN EL MEDIO AMBIENTE
24
CONCLUSIONES
25
RECOMENDACIONES
25
BIBLIOGRAFÍA
26
LINKOGRAFÍA
26
ANEXOS
27
2
INTRODUCCIÓN La idea de agregar a los suelos materiales obtenidos de la naturaleza como bambú, raíces, maderas, ramas, pieles, etc., para mejorar las propiedades de estos, siempre ha acompañado la historia de la humanidad. En Perú, así como en otros países, podemos encontrar aplicaciones de hojas y ramos sobre suelos blandos para reforzar terraplenes, un ejemplo interesante fue una aplicación de la lana de llama mezclada con el suelo en las construcciones de calles por los Incasen el Templo de La Luna, en Perú. Por ende un marco inicial para el uso de los geosintéticos ha sido el uso de mantas de algodón como refuerzo de pavimentos asfálticos en el Departamento de carreteras de Carolina del Sur (U.S.A) en 1926. El uso de los geosintéticos se hizo más frecuente en la década de los ‘ 40 con la fabricación de los polímeros sintéticos, asociada al desarrollo de las técnicas de producción de los geotextiles tejidos (década de los ‘50) y no tejidos (década de los ‘60).A partir de ahí, las tecnologías y
aplicaciones de los geosintéticos fueron creciendo día a día, y se intensificó cada vez más su práctica en los mercados mundiales. A la hora de construir carreteras, caminos sobre suelos de baja capacidad portante existen situaciones en las que pueden aparecer, principalmente dos tipos de problemas: la primera de ellas se refiere al peso del tráfico y la excesiva presencia de agua debido a un ineficiente drenaje. Estos afectan a su estructura provocando asientos incontrolados. En este sentido, muchas veces es necesaria la construcción de un terraplén sobre estos terrenos de baja capacidad portante. En este tipo de estructuras, se rellena un terreno para levantar su nivel y formar un plano de apoyo adecuado para hacer la construcción de la vía. Las geomallas permiten incrementar significativamente la capacidad portante así como aumentar la seguridad de estas vías. Se encargan de mejorar considerablemente la capacidad de la carga de las bases para un mismo espesor o reducen espesores para una misma capacidad de carga. Se trata de estructuras en forma de red recubiertas con productos que les confieren protección para su uso en construcciones y cuyas aplicaciones principales se basan en el refuerzo y en la estabilización de suelos. Una de las principales funciones de este material, es la distribución de las cargas producidas por el tráfico tanto en cimentaciones como en pavimentos. Este material se fabrica en diferentes aberturas de malla para garantizar en cada caso una buena interacción entre las diferentes capas. Las geomallas están destinadas al refuerzo de la cimentación y de las diferentes capas del terraplén. Su instalación hace que se reduzcan drásticamente las deformaciones del terreno, al utilizar geomallas en el relleno del terraplén se posibilita utilizar material del terreno colindante, de esta forma se reducen considerablemente los costes de ejecución del terraplén y se reducen los tiempos de ejecución del proyecto. Además el uso de geomallas refuerza la capa asfáltica, su alta resistencia química y térmica posibilita la ampliación de la vida útil de los pavimentos asfálticos y por ende a la reducción de costes de mantenimiento de la vía.
3
MARCO HISTÓRICO Como primer antecedente se encuentra el uso de las membranas hechas de productos asfálticos para impermeabilizar algunas obras, esto ocurrió en 1900. Después, Terzaghi y A. Casagrande, en 1930 contemplaron la importancia de crear filtros con el fin de conseguir la separación entre dos materiales donde el paso del agua no repercuta en la filtración de finos; este acontecimiento lo podemos considerar como el punto de partida en el desarrollo de los productos denominados geosintéticos. En 1926 se inició la fabricación de productos para el reforzamiento de caminos en el sur de California por el Highway Departament. Este producto estaba hecho a base de algodón que se colocaba sobre la base del camino, posteriormente se aplicaban asfalto, arena y la carpeta. Este departamento aplicó tramos de prueba con este método y en 1935 publicó una serie de resultados donde menciona que los materiales se encontraban en buenas condiciones y se redujo el número de rompimientos y rupturas; surgieron problemas de instalación y por ser material orgánico, el algodón dejo de aplicarse dando paso a los materiales sintéticos. Los materiales con los que se producen los geosintéticos se desarrollaron en los años 30, así tenemos poliéster y polipropileno, compuestos de geotextiles principalmente. Existen otros polímeros con los que se producen las geomembranas impermeables, la goma de butilo creada en 1937 formada por la unión del isobutileno y el isopreno a una temperatura de -95 °C y tiene excelente impermeabilidad, es flexible a bajas temperaturas, casi inerte al ataque químico y resistente al envejecimiento, su uso fue propuesto en aljibes y membranas para techados. Dos compuestos de gran importancia son el PVC (cloruro de polivinilo) descubierto en 1939 usado en Estados Unidos y el polietileno fabricado en 1943 formado por la polimerización de compuestos saturados de carbono que inicialmente se usó para moldes industriales. De este material son las membranas usadas en Europa. En 1938, GoodYear creo un polímero el cual se unía por vulcanización y gracias a este se pudieron producir membranas de gran tamaño sin fugas de líquidos. Es importante mencionar que en la naturaleza no existen materiales completamente impermeables, sólo estas membranas por sus bajos coeficientes de impermeabilidad se les puede considerar impermeables. De las primeras aplicaciones que conocidas tenemos los acueductos italianos que en 1940 fueron revestidos de materiales geosintéticos, superando las ventajas que mostraron estos durante muchos años con materiales arcillosos aplicados en la antigüedad, así se inició una gran cadena de aplicaciones de estos productos en todo el mundo. El uso de geotextiles se da inicialmente en los años 50 en Europa y más tarde en América, las primeras aplicaciones fueron para el control de erosión, filtro y tubificación en obras en costas de mar y ríos.
4
En 1966, Barret describe su uso como drenes, respaldo de muros de contención y muelles; a finales de los 60 la compañía francesa Rhone Poulenc, comenzó a trabajar con fibras no tejidas, punzonadas para diferentes funciones como separador, refuerzo de terracerías, ferrocarriles y otros. A partir de 1970 se incrementó el uso e información de estos productos, es en ese momento cuando se les da la denominación de geotextiles y geomembranas, las publicaciones aumentaron y su uso fue extendiéndose dado que creció su confiabilidad y se comenzó a fabricar obras empleando estos elementos a gran escala. Esto originó que en 1977 se llevara a cabo el primer congreso de gran alcance en París, contando con los países más avanzados en las aplicaciones de geosintéticos que eran Alemania, Francia, Italia y Estados Unidos; en dicho congreso se dieron a conocer las firmas pioneras en esta materia como ICI en Inglaterra, Mirafen en Estados Unidos, Chemie Linz, Poly Felt en Austria y Dupont. En los años 80 continuó el desarrollo con la celebración de nuevos congresos a nivel internacional como el de agosto de 1982 en Las Vegas Nevada, en 1986 el tercer congreso en Viena, Austria; en 1990 en La Haya Holanda y de los más recientes en Singapur en 1994. También se fundan asociaciones como la IGS (Sociedad Internacional de Geotextiles) y más adelante la NAGS (Sociedad Norteamericana de Geosintéticos), organismos creados con el fin de hacer estudios y difundir los avances de estos materiales. Los progresos no dejan de darse. En esta década surge la segunda generación de geosintéticos y es conocida como productos geocompuestos que básicamente son productos combinados de geotextiles y geomembranas, entre estos se encuentran geomallas, georedes, geotubos, geodrenes y otros; así también surgen los primeros textos sobre el tema y las publicaciones van siendo cada vez mayores. El IGS (Sociedad Internacional de Geosintéticos) es Entidad que Recopila, evalúa y difunde los conocimientos en todos los campos pertinentes a los Geosintéticos e impulsa el desarrollo científico y técnico de los geosintéticos en el mundo para aplicaciones en el campo de la ingeniería y la geotecnia. Esta sociedad también se encarga de promover encuentros entre los fabricantes, consultores y usuarios para el intercambio de nuevas ideas y avances técnicos en el campo de los geosintéticos y afines.
5
OBJETIVOS Objetivo General Conocer las ventajas del uso de la geomalla y de la aplicación técnica de la misma, como alternativa para el refuerzo de la estructura del pavimento.
Objetivos Específicos
Conocer el concepto de geomalla. Conocer las propiedades de las geomallas, como el sistema que mejora la capacidad soporte de la estructura de pavimento flexible.
Conocer las características de las geomallas.
Conocer los usos de las geomallas.
Conocer los distintos tipos de geomallas que existen con sus respectivos campos de aplicación.
Conocer las aplicaciones y mecanismos de refuerzos generados por las geomallas.
Conocer la instalación de las geomallas en pavimentos.
Conocer las ventajas, desventajas y proveedores de la instalación de las geomallas.
Conocer la importancia de las geomallas en la construcción.
Conocer el impacto ambiental de las geomallas en el medio ambiente.
6
1. DEFINICIÓN DE GEOMALLAS Las Geomallas son elementos estructurales que se utilizan para distribuir la carga que transmiten terraplenes, cimentaciones y pavimentos, así como cargas vivas, sobre terrenos de baja capacidad portante, o bien como elementos de refuerzo a la tensión unidireccional, en muros de contención y taludes reforzados que se construyen por el método de suelo r eforzado (Fig. 1: Geomalla). Las Geomallas son un geosintético que consiste en un arreglo rectangular o triangular uniforme conformando una estructura abierta que permite al suelo pasar a través del plano; el arreglo está conformado por tiras o costillas de material unidos en un punto llamado nodo. Los principales materiales de fabricación son el poliéster, el polipropileno y polietileno de alta densidad (Fig. 1: Geomalla).
Fig. 1: Geomalla
2. PROPIEDADES DE LAS GEOMALLAS Las propiedades requeridas de la geomalla para el refuerzo de cimentaciones deben estar en función de la gradación del material granular, de las condiciones geomecánicas del suelo de fundación y de las cargas aplicadas. Las geomallas funcionan mediante mecanismos de interacción con el suelo y los agregados, que les permite tomar parte de los esfuerzos inducidos durante la construcción. De la consulta realizada a I&G (INGENIERIA Y GESINTETICOS), se obtuvo las hojas técnicas de geomallas que son distribuidas a nivel local por I&G; las mismas que están anexadas al final de este documento como el Anexo 1, Anexo 2 y Anexo 3.
7
3. CARACTERÍSTICAS DE LAS GEOMALLAS
Las geomallas pueden ser flexibles de hilos de poliéster, nylon o fibra de vidrio de alta tenacidad, u homogéneos de alta densidad fabricados con polietileno, polipropileno, o bien fibra de vidrio para casos especiales (Anexo 4 y Anexo 5). La geomalla es una red regular de elementos tensiles conectados integralmente, con una geometría de apertura suficiente para permitir una traba mecánica importante con el suelo, agregados y material que le rodea (Anexo 4 y Anexo 5). Para todos los tipos de geomalla el porcentaje del área abierta debe estar entre 50%-80%, según recomendación del Cuerpo de Ingenieros de los Estado Unidos (Anexo 4 y Anexo 5). Todas las geomallas deberán tener una resistencia mínima en las costillas, o juntas, de cuarenta libras, si esto no se cumple entonces deberá tener una masa mínima de 8 onzas por yarda cuadrada, y una rigidez flexional de 30.000 mg-cm (Anexo 4 y Anexo 5). Las mallas de polietileno y de polipropileno, deben contar con los tratamientos antioxidantes para estabilizarlos dentro del proceso de fabricación, para protegerlos durante la construcción y su vida útil, introduciendo la cantidad de carbón necesario para lograr dicho efecto (Anexo 4 y Anexo 5). Todas estas características forman una cadena de propiedades que confiere a las geomallas su capacidad para mejorar el rendimiento de la estructura del pavimento flexible (Anexo 4 y Anexo 5).
8
4. USOS GENERALES DE LAS GEOMALLAS Son elementos estructurales que se utilizan para distribuir la carga que transmiten terraplenes, cimentaciones y pavimentos, así como cargas vivas, sobre terrenos de baja capacidad portante, o bien como elementos de refuerzo a la tensión unidireccional, en muros de contención y taludes reforzados que se construyen por el método de suelo reforzado, además permiten la construcción de ellos con cara vegetada o con cara de bloques de concreto. Entre las aplicaciones de las geomallas en el campo de la ingeniería tenemos las siguientes:
Estabilización de suelos de subrasante y capas granulares con geomallas. Las geomallas son utilizadas como elemento de refuerzo dado que:
Restringen el desplazamiento del material granular ante la aplicación de la carga.
Mejoran la distribución de esfuerzo vertical.
Permiten la construcción de pavimentos sobre subrasantes blandas compresibles.
Muros de contención, taludes de alta pendiente y terraplenes en suelo mecánicamente estabilizado. El geosintético actúa como un anclaje que soporta la cara del talud debido a la interacción de éste con el material granular.
Pavimentación y rehabilitación de pavimentos: Las geomallas funcionan como elementos de refuerzo en la parte inferior de la capa de concreto asfáltico, en forma similar a lo que sucede con el acero de refuerzo en una losa de concreto hidráulico.
Absorben y distribuyen los esfuerzos de tracción que ocurren en el plano inferior de la carpeta asfáltica. Aumentan la capacidad de soportar cargas dinámicas. Retardan la aparición de grietas asociadas a discontinuidades en la superficie de pavimento existente. Extienden los intervalos entre mantenimientos periódicos.
9
5. TIPOS DE GEOMALLAS 5.1. Según el Proceso de Fabricación 5.1.1. Geomallas Soldadas Son fabricadas con hilos o tiras multifilamento de poliéster recubierto de un polímero que protege al material principal de la acción del ambiente (rayos UV principalmente) cuyas costillas están unidas a través de termofusión y logran resistencias muy superiores al resto de las geomallas. 5.1.2. Geomallas Extruidas Son fabricadas en polipropileno o polietileno de alta densidad a través de la perforación de láminas de estos materiales lo que genera arreglos muy estables en su conformación. 5.1.3. Geomallas Tejidas Están fabricadas con hilos o tiras multifilamento de poliéster recubiertas de un polímero protector (PVC normalmente) al igual que las soldadas, pero se conforman entrelazando los filamentos en arreglos perpendiculares en máquinas similares a telares, su ventaja radica en que el entrelazado genera puntos de falla menores que las demás geomallas. 5.2. Según la Aplicación o Modo de Uso en los Proyectos de Ingeniería 5.2.1. Geomallas Monorientadas o Uniaxiales Este tipo de geomalla posee resistencia a la tensión únicamente en el sentido de fabricación. Su estructura es fuertemente alargada formando elipses alargadas. Las geomallas uniaxiales poseen toda su capacidad alineada en una única dirección, con juntas transversales, éstas, se utilizan en aplicaciones donde se conoce a ciencia cierta la dirección de aplicación de la carga, soportando así grandes cargas de tracción en la dirección del rollo, Es decir estas geomallas se aplican en situaciones donde la dirección de los esfuerzos principales mayores es conocida por ejemplo en el refuerzo de taludes y muros, fabricadas principalmente con polietileno. Estas suelen utilizarse como un refuerzo primario del suelo, brindándole resistencia al mismo, permitiendo en el caso de taludes, tomar ángulos de inclinación prácticamente verticales. Actúan mediante dos mecanismos, por un lado, transfieren las tensiones resistentes al suelo por el empuje pasivo que se genera en los miembros transversales de la misma, y por el otro lado, crean esfuerzos de fricción entre el suelo y sus superficies horizontales (costillas). Ambos mecanismos se resisten al movimiento o pull out de la malla, creando un refuerzo eficaz.
10
Fig. 2: Geomalla Uniaxial 5.2.2. Geomallas Biorientadas o Biaxiales Las geomallas biaxiales poseen su capacidad de carga en ambas direcciones, aproximadamente perpendiculares entre sí, y se utilizan para refuerzos con cargas en direcciones variables, por ejemplo carreteras. Resisten altas cargas, a corto plazo o cargas moderadas durante períodos prolongados de tiempo, aplicadas en cualquier dirección del plano de colocación de la misma. Estas son fabricadas principalmente con resinas selectas de polipropileno, son químicas y biológicamente inertes y muy resistentes a procesos degenerativos de los suelos, además de ser resistentes al desgaste, rasgaduras y punzonamiento, a fin de resistir cargas dinámicas aplicadas en cualquier dirección del plano de la malla. Dentro de las geomallas biaxiales, pueden diferenciarse otros dos grupos, las geomallas rígidas y las geomallas flexibles. Las primeras son aquellas fabricadas de polipropileno, y las segundas fabricadas generalmente con fibras de poliéster unidas en los puntos de encuentro mediante diferentes métodos de tejido con un revestimiento generalmente de PVC. La función más importante que debe cumplir la geomalla biaxial es la de servir de refuerzo de las capas de la estructura de pavimento flexible, ayudando efectivamente a soportar las cargas vehiculares sobre la misma, ya sea durante el proceso constructivo, o bien durante su funcionamiento. A partir de investigaciones realizadas en Estado Unidos, se ha demostrado que para el refuerzo de bases granulares en pavimentos flexibles, se requiere que la geomalla biaxial esté a una profundidad óptima entre veinticinco y treinta y cinco centímetros de la superficie de rodadura, para lograr un mejor desempeño de la misma y obtener todos los beneficios proporcionados por la geomalla.
11
Fig. 3: Geomalla Biaxial 5.2.3. Geomallas Triaxiales Las geomallas triaxiales entrelazan y dan rigidez a los materiales de relleno mediante el confinamiento de partículas granulares en las aperturas triangulares, lo que da como resultado un componente más fuerte que brinda mayor capacidad de servicio y duración. Las geomallas triaxiales se utilizan para minimizar los requisitos de relleno agregado, reducir o eliminar la sobre excavación, mejora la compactación, disponer de una plataforma de construcción y prolongas la vida útil. Las geomallas triaxiales son el producto más innovador y de mejores resultados que se ha desarrollado en el mundo de los geosintéticos en los últimos años. Las geomallas triaxiales fueron creadas y desarrolladas por la compañía Tensar de los Estados Unidos. Es la única compañía fabricante de este producto y ha sido concebido como un sustituto a las geomallas biaxiales, ya que produce mejores beneficios estructurales al mismo costo. Las geomallas triaxiales Tensar, al tener una configuración triangular, permite que la distribución de los esfuerzos en el plano de la geomalla sea de forma radial y que los esfuerzos se contrarresten en todas las direcciones. Su comportamiento es superior a las geomallas biaxiales, redistribuye mejor los esfuerzos y por tanto permite reducir aún más las presiones sobre la subrasante y permite menores espesores de base.
Fig. 4: Geomalla Triaxial
12
6. APLICACIONES Y MECANISMOS DE REFUERZO GENERADOS POR LAS GEOMALLAS 6.1. Aplicaciones de las Geomallas 6.1.1. Geomallas uniaxiales
Muros de contención
Taludes de alta pendiente
Terraplenes
6.1.2. Geomallas biaxiales Estabilización de subrasantes y refuerzo de bases en:
Vías pavimentadas
Vías no pavimentadas
Caminos
Plataformas aeroportuarias
Locaciones petrolíferas
Aparcamientos
Edificaciones
Diques
Ferrocarriles
6.2. Mecanismos de Refuerzos Generados por las Geomallas Una solución para aumentar la capacidad de carga de suelos blandos es el uso de geomallas, un tipo de geosintéticos que permiten tener un buen confinamiento lateral y una alta resistencia a la tensión para el mejoramiento de los suelos, principalmente de aquellos sobre los que se planea construir vías terrestres. Las geomallas tienen un diseño en forma de costillas paralelas tensionadas que aporta un mejor soporte y distribuye la carga uniformemente en un área mayor por lo que se utilizan para reforzar y estabilizar suelos blandos, terraplenes, taludes y muros de contención, entre otros. Existen diferentes tipos de geomallas que pueden estar compuestas por filamentos extruidos, tejidos o soldados y tienen múltiples aplicaciones que en esta entrada nos dedicaremos a describir.
13
Las geomallas, según su diseño y aplicaciones para las que fueron creadas, se catalogan en uniaxiales o monorientadas y en biaxiales o biorentadas. Una geomalla uniaxial refuerza en una sola dirección y se utiliza especialmente en suelos estabilizados mecánicamente con todo tipo de materiales de relleno; se emplea en el refuerzo de taludes, muros y terraplenes. Por otro lado, las biaxiales dan refuerzos en más direcciones, permitiendo el entrabe de suelos y otros materiales que se encuentren en la zona en la que se instalan, se emplean para estabilizar suelos blandos y para disminuir el espesor de las capas granulares del suelo en terraplenes y pavimentos. Los materiales más utilizados en la fabricación de este tipo de geosintéticos son el polietileno de alta densidad y el poliéster, aunque también existe una variedad de fibra de vidrio que se utiliza para reforzar pavimentos de asfalto nuevos y para rehabilitar los pavimentos asfálticos e hidráulicos, pues tiene la propiedad de aumentar la resistencia a la fatiga de los materiales y reducir la fisura de las carpetas de asfalto. La gama de aplicaciones que tienen las geomallas es bastante amplia, en la que se incluye la estabilización de suelos blandos, pantanosos y con baja capacidad de carga principalmente en terrenos que se ven sometidos a altas cargas dinámicas o puntuales que puedan poner en riesgo la vida útil de vías pavimentadas, férreas, cimentaciones y plataformas que se construyan sobre estos. Las geomallas son también utilizadas para crear muros de contención que ayuden a mantener las diferencias entre los niveles del suelo para construir estacionamientos, vías, estribos de aproximación en puentes, celdas para rellenos sanitarios, diques para canales y ríos, rampas de acceso y terraplenes, pues optimizan las áreas de construcción y permiten obtener plataformas horizontales con una excelente capacidad de carga. En la creación de taludes y refuerzo de muros permiten conservar los factores de seguridad a pesar de la inclinación, y como elementos para el reforzamiento del suelo evitan su deformación al distribuir la carga transmitida en un área mayor. De las anteriores, es la estabilización de suelos blandos, la aplicación que más comúnmente se le da a una geomalla, particularmente en la construcción de vías terrestres. Esto se debe a que el suelo sobre el que se construyen las vías, con frecuencia presentan diferentes asentamientos, ya sea que en una zona tenga mayor concentración de arcilla o que hayan zonas arenosas en las que se produzca la licuefacción, es decir, que por estar sometidos constantemente a la acción de una fuerza externa pasen de un estado sólido al líquido. Cuando se construyen vías sobre suelos blandos, además existe la posibilidad de que se den movimientos verticales y horizontales en la base, que generan grietas en la superficie y fallas estructurales profundas. Bien, pues las geomallas permiten estabilizar este tipo de suelos y son las de tipo biaxial las que tienen mejor capacidad para distribuir la carga transmitida de vehículos hacia el suelo, de manera que las deformaciones sobre la superficie se ven reducidas.
14
Para que una geomalla aumente eficientemente la capacidad de carga del área dándole mayor tiempo de vida útil a la estructura de pavimento es necesario que en la construcción, durante la excavación del material blando, se coloque la malla geosintética y posteriormente se haga un relleno con un material granular. Otra aplicación muy común de las geomallas es en el refuerzo de estructuras para las que se utilizan las de tipo uniaxial de polietileno de alta densidad. Estas mallas, por su proceso de fabricación presentan aberturas elípticas que las dotan de gran fuerza, resistencia a esfuerzos de tensión y a las condiciones biológicas y químicas de los suelos. Las mallas uniaxiales se traban de manera óptima con el suelo y es justamente por esta característica que se emplean para reforzar muros y taludes complementando el refuerzo del suelo. Además se emplean para reforzar rampas, estribos, aletas y muros de puentes, para construir terraplenes y para todo tipo de construcciones en las que se requiere un talud con un pendiente mayor al que permite el ángulo natural del suelo. A la hora de construir carreteras, caminos para el acceso a obras o estacionamientos sobre suelos de baja capacidad portante existen situaciones en las que pueden aparecer principalmente dos tipos de problemas que afectan a su estructura provocando asientos incontrolados. La primera de ellas se refiere al peso del tráfico que deben soportar estas superficies por la transmisión de una fuerza o presión de contacto en la que se genera esfuerzos constantes. Otra situación que provoca la aparición de asientos es la excesiva presencia de agua debido a un ineficiente drenaje. Este exceso de agua produce cambios en el volumen de los materiales, el aumento de la presión de los poros o la pérdida de la resistencia de la subrasante. Además de éstos, las bases de los suelos pueden presentar problemas de capacidad portante. En este sentido, muchas veces es necesaria la construcción de un terraplén sobre estos terrenos de baja capacidad portante. En este tipo de estructuras, se rellena un terreno para levantar su nivel y formar un plano de apoyo adecuado para hacer la construcción de la vía. Las geomallas permiten incrementar significativamente la capacidad portante así como aumentar la seguridad de estas vías. Se encargan de mejorar considerablemente la capacidad de la carga de las bases para un mismo espesor o reducen espesores para una misma capacidad de carga. Se trata de estructuras en forma de red recubiertas con productos que les confieren protección para su uso en construcciones y cuyas aplicaciones principales se basan en el refuerzo y en la estabilización de suelos. Una de las principales funciones de este material, es la distribución de las cargas producidas por el tráfico tanto en cimentaciones como en pavimentos.
15
6.2.1. Aspectos a considerar a la hora de construir un terraplén A pesar de que la construcción de un terraplén no representa una gran complejidad, existen determinados aspectos clave que deberán ser tenidos en cuenta y ser revisados de cara a la puesta en marcha. Estos son algunos de estos factores:
Altura del terraplén.
Tipo y calidad de material de relleno.
Escorrentía: En la construcción de un muro reforzado, debe cuidarse con especial atención la gestión de la escorrentía en el entorno del muro e interceptarla para que no llegue al macizo reformado. Drenaje: El agua que no se puede obstaculizar, debe ser evacuada para evitar problemas derivados de la erosión interna de la estructura. En este sentido, debe diseñarse un sistema drenante.
6.2.2. Materiales utilizados para la construcción de un muro de suelo reforzado Los sistemas de suelo reforzado son sometidos a la instalación de distintos geosintéticos debidamente orientados dentro de la masa de suelo compactado con el fin de aumentar las resistencias del suelo y disminuir las deformaciones. En este refuerzo del suelo, se transfiere los esfuerzos a la tracción hacia los elementos resistente, por lo que se aprecia una mejoría en el comportamiento del macizo. En el momento en el que una masa de suelo se dispone de forma vertical, ésta sufre problemas o deformaciones tanto a nivel de compresión como tracción. Se utilizan los materiales tanto geomalla como geotextil como refuerzo del suelo a la hora de limitar los movimientos laterales. 6.2.3. Geomallas para contención de muros verdes o vegetalizados Un muro verde o vegetalizado es una estructura o elemento constructivo, cuya principal función es precisamente la contención de un muro o terraplén cuyos taludes tienen unos ángulos de inclinación superior al ángulo de rozamiento interno del material de relleno. La construcción de muros verdes en las ciudades aportan una serie de beneficios sobre la ciudadanía como es la capacidad de absorber contaminación del aire, ser mecanismo regulador de temperatura (evita el efecto de isla de calor) así como la retención de las ondas de sonido. Se trata de estructuras que soportan inclinaciones de hasta un 80% y sin límite de altura, con la particularidad de que toda su estructura exterior está cubierta con masa vegetal. 6.2.4. Mallas para el refuerzo del pavimento flexible El pavimento es la base en disposición horizontal de cualquier tipo de construcción para recubrir el suelo y que esté firme y llano. Se dispone en forma de capas y su función principal es la de recibir cargas de tránsito en los estratos inferiores para que los usuarios no presenten problemas durante su uso. La segmentación de las distintas capas deriva de un motivo económico ya que en el momento en el que se determinan los espesores de las capas la
16
finalidad es proporcionar el espesor mínimo aceptable que reduzca los esfuerzos sobre la capa inmediata inferior. De hecho el proceso productivo también es un factor determinante para la resistencia de las capas no dependiendo solamente de las capas del material. En este sentido, el pavimento flexible es un tipo de material normalmente tiene una duración de entre 10 a 15 años, con lo cual, es más económica, pero con la propia desventaja de utilizar un mantenimiento constante. Este tipo de superficie está formado esencialmente por la sub rasante, la sub base, la base y capa asfáltica o de asfalto. Por lo tanto, es susceptible a la aparición de grietas y baches. Con tal de prevenir este tipo de situaciones, se emplearán las mallas de refuerzo o geomallas como método de refuerzo de base. Es muy común que en los pavimentos flexibles aparezcan roturas superficiales de forma prematura ya que la capa base de la estructura se desplaza de forma lateral, lo cual se alejan las cargas de tránsito. En este aspecto, el empleo de las mallas para el refuerzo aumenta la vida útil del pavimento flexible contribuyendo además en la reducción de la capa base. Además, al incrementar la capacidad de soporte permite ahorrar costes a nivel de instalación como de traslado del material. La instalación de la malla de refuerzo queda de manera permanente comprimida dando como resultado un aumento en el módulo mecánico de la capa de base, lo cual se traduce en la mayor capacidad de soporte y distribución de esfuerzo así como menos deformaciones en el área de la sub rasante. El refuerzo del pavimento crear una barrera que controla la superficie inferior de la envolvente de la falla generada y la confía a la capa de la base granular, la cual obtiene una mayor resistencia que la sub rasante. La malla de refuerzo ofrece enorme refuerzo hacia la tensión ya que interactúa con el suelo y el mecanismo vertical resultante. La instalación de una o más capas de la malla de refuerzo dentro de la capa de base, origina la interacción por cortante entre el agregado y la propia geomalla, a medida que la base trata de desplazarse lateralmente. Consecuentemente, la carga por cortarte se transmite desde el agregado de la capa granular hasta la malla de refuerzo tensionándola. En este caso, el material de refuerzo para pavimentos flexibles, retrasa la aparición de la deformación por la tensión acumulada. Es muy importante tener en cuenta que cuando se diseña el refuerzo de la estructura granular del pavimento flexible, debe tenerse en cuenta que las aperturas de la malla de refuerzo admitan una buena interacción con el suelo y a su vez haya baja deformación a través de la vida del pavimento y de forma repetitiva ante la formación de nuevas cargas dinámicas. 6.2.5. Mallas de refuerzo para evitar la erosión en taludes Los taludes o laderas son construcciones que generalmente ocasionan problemas de estabilidad como por ejemplo erosiones, deslizamientos de tierra, disgregación de las rocas e incluso como peor situación su hundimiento. En este sentido cabe distinguir entre un talud natural y otro artificial. En el primer caso, éste tipo de estructuras suelen presentar problemas derivados de las fallas del terreno, la inclinación de la pendiente, el tipo de suelo, la napa freática o las condiciones meteorológicas de la zonas. Po r lo que hace a los taludes creados por el hombre, no suelen presentar problemas de deslizamientos tanto en el diseño como en los materiales implicados.
17
Uno de los problemas más comunes que sufren son derivados de la erosión y las causas pueden ser variadas:
El efecto del agua en forma de precipitación como el agua subterránea. Es muy importante tener en cuenta el agua como uno de los principales elementos erosionados. Pendiente del talud. Dependiendo de esta inclinación, la erosión del talud se agrava en mayor o menor medida. La capacidad de absorción del terreno del terreno es menor a la cantidad de precipitación sobre el mismo.
Número de surcos y torrentes que se forman
La permeabilidad y porosidad del terreno
Coeficiente de escurrimiento
Diferencia entre estaciones. Cuanto más sea la diferencia entre el período seco a húmedo mayor será la erosión sufrida. Intensidad de la radiación solar. Una gran cantidad de radiación solar provoca una mayor erosión Intensidad del viento. Cuanto mayor es la intensidad del viento, mayor es la erosión producida sobre el talud Alteración térmica. Nombrado en el anterior punto. A mayor diferencia de temperatura, mayor efecto erosionador.
Con todo esto, antes de iniciar las obras de un talud, es necesario que el proyecto contemple un análisis previo y completo sobre las condiciones geológicas, geotécnicas, hidrológicas y ambientales para predecir el estado del talud cuando haya sido construido. De este modo existen productos que aseguran la estabilidad de un talud como son las mallas de refuerzo. Las mallas volumétricas o geomallas son materiales que están formados por dos tipos de materiales; por un lado, una malla fabricada a base de polipropileno o PP y que forma parte de la base del conjunto. El resto lo conforman otras dos mallas PEAD de alta intensidad creando en su conjunto una estructura tridimensional con sus ondulaciones. Este material ejerce como elemento filtrante ya que se encarga de dejar pasar el agua pero no los finos de la capa superficial del suelo. De esta manera evita el lavado de finos e impide que haga efecto la erosión en taludes, muros verdes etc. y se potencia la formación de una cubierta vegetal.
18
7. INSTALACIÓN DE GEOMALLAS 7.1. Instalación de Geomallas en Pavimentos
Fig. 5: Instalación de Geomallas en Pavimentos Estos son los pasos a seguir para la instalación de la Geomalla DLT GRID HL PET en el refuerzo de capas asfálticas: 7.1.1. Preparación de la Capa Base Asegurarse que está compactada, nivelada y limpiada adecuadamente. La superficie donde se va a instalar la geomalla tiene que estar libre de residuos y no presentar irregularidades. 7.1.2. Espolvoreado de la Superficie Se tiene que espolvorear agua en la capa de base antes de la propagación de la geomalla, debido que así lo ayudará a ser distribuido uniformemente. Asimismo, tiene que asegurarse que la superficie está húmeda pero no mojada. 7.1.3. Pulverización del Betún Seleccionar adecuadamente material bituminoso como capa de imprimación y la pulverizar bajo temperatura especificada en la especificación de construcción. Utilizar el camión cisterna con barra de pulverización para pulverizar material bituminoso adecuado y uniformemente. 7.1.4. Instalación de la Geomalla En esta fase se colocará la geomalla de Tex Delta DLT GRID HL PET de forma mecánica o manual a lo largo del pavimento. El producto debería ser extendido sin ondulaciones. En el
19
supuesto de alcantarilla o desagüe, se tiene que cortar la geomalla para que no cubra estas instalaciones. 7.1.5. Extensión de la Capa En esta fase se utiliza la máquina pavimentadora para que extienda y compacte la mezcla. Durante este proceso, estas máquinas deben realizar movimientos lentos y evitar giros bruscos para no dañar la geomalla. 7.2. Instalación de Geomallas en Taludes
Fig. 6: Instalación de Geomallas en Taludes Los taludes son estructuras que por sus características ocasionan problemas tales como deslizamientos, meteorización, erosión o incluso, el hundimiento del mismo. Los taludes artificiales no presentan demasiados problemas de deslizamiento, ya que se tiene un total control de los materiales junto con sus propiedades para su construcción. Por contra, los taludes naturales presenta problemas existentes mayores, dados por las fallas del terreno, los tipos de suelos, la inclinación de su pendiente natural, la napa freática y el clima de la zona. A continuación se detallan los pasos y recomendaciones para la correcta instalación de la geomalla DLT DRAIN MESH:
20
Fig. 7: Instalación de Geomallas en Taludes (Paso a Paso)
Antes de la colocación de la malla volumétrica, se deberán realizar unas acciones de acondicionamiento en las cuales se eliminarán los desniveles y las cárcavas que pudieran estas presentes en el talud. La instalación del DLT DRAIN MESH se ejecutará desde la parte superior del talud. Se dispondrá de una zanja para anclar la malla, a una distancia no menor a 1 metro del borde del talud, de 20 cm de ancho por 20 de profundidad. La malla volumétrica se fija en el interior de la zanja con piquetas de sujeción. A continuación, se rellenará la zanja compactándola para aumentar su resistencia. El número de anclajes en la zanja de sujeción de la malla volumétrica debe ser de 1 por m². Una vez colocada y asegurada la malla volumétrica en la zanja, debemos desenrollar el material sobre el talud siguiendo el sentido de bajada del talud. El material debe solaparse entre 10 y 20 cm entre rollos. Asimismo, debemos colocar piquetas de unión a una distancia de 1 metro. En el caso de solapes al final de un rollo y el inicio del siguiente, el solape debe ser de 100 cm y se debe reforzar con más piquetas de anclaje aumentando la densidad de estas a 2 por m². Una vez terminado el proceso de instalación de la geomalla DLT DRAIN MESH, debemos realizar un examen del estado de las piquetas de unión entre rollos. Una vez terminado el proceso de inspección del estado de las piquetas, ya se puede recubrir con sustrato o hidrosiembra para la regeneración de la cubierta vegetal del talud.
21
8. VENTAJAS, DESVENTAJAS Y PROVEEDORES DE LA INSTALACIÓN DE LAS G EOMALLAS 8.1. Ventajas de la Instalación de las Geomallas
Mejora de la capacidad portante del terreno. La instalación de una o varias capas de geomalla dentro o en fondo de la capa de la base garantiza la interacción por cortante entre el terreno y la geomalla. La acción de la geomalla retarda el desarrollo de la deformación por tensión del material adyacente. Una menor deformación lateral se traduce en una menor deformación vertical de la superficie de la carretera. Prevención arrastre de finos. La instalación de la Geomalla de Refuerzo DLT GRID PES dificulta la expulsión de los finos de las capas inferiores del suelo hasta la superficie de la carretera.
Mejora la distribución de los esfuerzos.
Minoración de la deformación por corte
Estabilización del terreno, ya sea en superficies de tierra o asfaltadas, incrementando su resistencia y previniendo el hundimiento de los terrenos. Se trata de una solución económica. La instalación de la geomalla tanto en el momento de la construcción de carreteras como durante su mantenimiento suponen un ahorro significativo ya que el coste de adquisición no es elevado. La instalación de la geomalla de Tex Delta dotan de rigidez y drenaje adecuado a la base del terraplén para estabilizarlo sobre suelos blandos o saturados Es más respetuosa en el medio ambiente. La instalación de la geomalla justifica la reducción del uso del agregado natural, los volúmenes de excavación y del número de excavaciones y de la energía de compactación. Esto se traduce en menores emisiones.
Resistencia a la tensión.
Resistencia a largo plazo bajo carga sostenida.
Coeficiente de fricción en contacto con el suelo que refuerza.
Resistencia al daño mecánico.
Resistencia a ataque químico y biológico.
22
8.2. Desventajas de la Instalación de las Geomallas
Es difícil de conseguir.
Se necesita mano de obra calificada para su instalación.
Es costoso.
Se debe tener cuidado en el almacenamiento y protección.
8.3. Proveedores
Andex del Norte
Cildesa
BREYCA S.A.C.
GEOACE
GeotexanPeru
TDM Grupos
23
9. IMPORTANCIA DE LAS GEOMALLAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LAS CARRETERAS La geomalla es el geosintético de refuerzo. Su aplicación en carreteras tiene impactos positivos en lo económico, reduciendo volúmenes de movimiento de tierras; en lo técnico, incrementando la vida útil de los pavimentos; en lo ambiental, reduciendo el impacto de la emisión de carbono en las actividades de construcción realizadas con esta tecnología. Existe suficiente evidencia en investigación de campo y laboratorio para asegurar que los beneficios apuntados son reales y medibles. Existen metodologías de diseño aceptadas por instituciones de alta credibilidad como la AASHTO y la FHWA que sustentan su uso. En la actualidad se carece de un método racional de diseño pero existen investigaciones en curso que apuntan a definir coeficientes de rigidez del compuesto geosintético-agregado como la propiedad asociada al comportamiento benéfico de la inclusión de la geomalla de refuerzo y pretenden simplificar los ensayos necesarios para su determinación. En muchos países como el Perú, su uso está restringido por la falta de normativa que impide su aplicación masiva y no permite el ahorro en términos de dinero, tiempo e impacto ambiental.
10. IMPACTO DE LAS GEOMALLAS EN EL MEDIO AMBIENTE Como comentario final, no por eso menos importante, se debe mencionar la reducción en el impacto ambiental que conlleva el uso de esta tecnología justificada conceptualmente en los siguientes aspectos: reducción en el uso de agregado natural, de los volúmenes de excavación, del número de camiones y de la energía de compactación. Es interesante revisar cómo ya se puede calcular, en términos porcentuales, la disminución en la cantidad de emisiones de carbono cuando se construye optimizando los diseños con geomallas triaxiales.
24
CONCLUSIONES
En conclusión las GEOMALLAS son la solución para la Ingeniería Civil en los proyectos de refuerzo: “Refuerzo de taludes, terrenos y subsuelos” y “Refuerzo de asfalto, carreteras, y
aeropuertos”.
Como ya sabemos las GEOMALLAS son el resultado de la fabricación de una estructura cuadriculada que forman los hilos de poliéster de alta tenacidad, recubiertos de una fórmula química de PVC con componentes especiales para proteger al producto de los rayos ultravioleta, los microorganismos, y de los ataques ambientales, confiriéndoles unos factores de seguridad ( químico, biológico, de fluencia y de protección de daños en la instalación ) que permiten asegurar su resistencia ( KN/m ) durante un periodo a largo término en su función de refuerzo en los proyectos de Ingeniería Civil. Las GEOMALLAS pueden reforzar (los taludes, suelos, asfaltos, etc.)con su resistencia en ambos sentidos (transversal y vertical) con unas resistencias que van desde 15 KN/m hasta 800 KN/m, y mantener sus propiedades mecánicas mucho más tiempo que otras geomallas fabricadas en otras materias distintas al poliéster de alta tenacidad gracias a su buen comportamiento a la fluencia. La utilización de subrasantes mejoradas con geomallas ocasiona un aumento en la resistencia del pavimento flexible, puesto que aumenta el Número Estructural (SN). Un pavimento en el cual interviene la geomalla garantiza ahorro en el material ya que los espesores de las capas del mismo se reducen debido al aporte estructural adicional que provee dicha geomalla. La disminución del costo del pavimento se refleja no sólo en el material sino también en la mano de obra y equipo al existir menor uso de maquinaria en la excavación, transporte e instalación de la geomalla. El costo – beneficio queda maximizado con esta técnica ya que al existir menor movimiento de tierra significa una reducción del tiempo de transporte, tendido y compactado del material de las capas del pavimento flexible; esto produce un periodo de construcción de pavimento más corto.
RECOMENDACIONES
Se recomienda utilizar geomallas mas geotextiles sobre la subrasante para evitar una contaminación entre los materiales de la base con los del terraplén, ya que por la granulometría utilizada en la base se puede lograr dicho material embone perfectamente en la geomalla y el geotextil hace de separador entre la base y el terraplén.
25
BIBLIOGRAFÍA
Arroyo, Juan De Dios: Geomalla de Tensión. Panamá: Universidad Tecnológica de Panamá, 2010. PIVALTEC S. A, Aplicaciones y diseño con geosintéticos, 2007. JORGE CORONADO ITURBIDE, Manual para diseño de pavimentos, 2002 disponible en: www.sieca.org.gt/Publico/Transporte/Manuales/Vulnerabilidad/Manual_normas/
LINKOGRAFÍA https://www.geosinteticos.net/historia-los-geosinteticos https://es.scribd.com/doc/52732428/Geomallas http://texdelta.com/blog/refuerzo-y-estabilizacion-de-suelos-con-geomallas/ http://arpimix.com/geosinteticos/geomallas/ http://www.smig.org.mx/admArticulos/eventos/1_Reunion_Cancun/2_XXVI_Reunion_Nacion al/5_Vias_terrestres/I4PAGI_1.pdf http://www.tenax.net/geosinteticos/casos-de-aplicacion/geomallas-para-la-estabilizacion-desuelos.htm http://www.archiexpo.es/prod/maccaferri/product-607941825766.html?utm_source=ProductDetail&utm_medium=Web&utm_content=SimilarProduct &utm_campaign=CA http://vialidadytransporte.com/noticia/15-importancia-geomallas-construccion-carreteras
26
ANEXOS
Anexo 1: Especificaciones Técnicas de Geomallas Uniaxiales Fortgrid-Lafayette
27
28
Anexo 2: Especificaciones Técnicas de Geomallas Biaxiales Fortgrid-Lafayette
29
Anexo 3: Especificaciones Técnicas de Geomallas Biaxiales de Polipropileno
30
