Manual de Diseño de Geosinteticos

-I

•

MANUAL DE DISENO CON GEOSINTtTICOS Novena Edici6n

mexichem. SOLUCIONES INTEGRALES

Derechos reservados • Departamento de Ingenieria - Geosistemas Geosistemas PAVCD, una empresa Mexichem Bogota D.C. - Colombia Novena Edicion, junio de 20 12 Diserio y Diag ramacion Norte Grafico

Prohi bida la reproduccion total

0

parcial de este li bro,

por cualquier medio, sin auto ri zacion escrita del autor.

Certificaci6n o~.

MEXlCHEM COLOMBIA S.A.S. AUTOPISTA SUR No. 71 · 75, BOGOTA D.C. COLOMBIA

BYQI Colombia LIdo.. certifica que el Sistema de Gesti6n de Ca/idad de 10 organizocidn menciQtUJda 110 sido evaJuado y n mueslTa ocorde con los requerimienloll de fa norma delailada a conJinl4QCidn.

NORMA

ISO 9001 :2008 ALCANCE DEL SISlEMA

, FABRICACION DE GEOTEXTl.£S NO TEJIOOS, GEO'IDCTllES lEJIOO8 Y GCOCOMPUESTOS DE OREMJE PAVCO; PARA APllCACIONES EN INFRAESTRUCTlJRA, . . . .RlA,

PE1R6t..E.o y 08RAS CML£S.

COMERCW.lZACIOH,DE GEClMEIIIIBRANAS DE POlETlLEHO, MEMBRAHo\S DE F'II'C. MAHTOS TB.FOFW.£S Y PERMNENTES PARA CONTROl.. DE EROSION, GEOW.U.AS Y GEOCEl.DAS, PARA LOS SECTORES DE INFRAESTRUCTURA, MIERIA, f>tTROU:o Y 08RAS CMl..ES. FABRICACION DE TelAS MSES PAIICO, PARA LA 1N0USTRtA DE ALFOMBAAS Y GRAMot. SINTtncA.

AbrIl 23. 2012 &.jeto Q

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cotItitIlId Y lotI4fadorl4 operoct6n dtISs.mIM • Gut/6It 1M CaJidod de 10 organjzacl6ll,

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Abril 22, 201'

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Abril 23. 2012

Martha AngtJ/IXI TrlatW Guenle SCS (System Certtjkatlon Services)

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Certificaci6n o~,

MEXICHEM COLOMBIA S.A.S. AUTOPISTA SUR No. 71 - 75, BOGOTA D.C. COlOMBIA

BVQl Cvlwnbia LrJa. Certifico qw el Sistema de Gesliim Ambiefllal tie la organiuJciOn melJCionodo ha sido evaJuodo y Sf' mue.stro acortIe con/os

f"e'luerimientru de la norma deta/Jada a cominuoci6n. NORMA

ISO 14001 :2004 ALCANCE DEL SISTEMA

FA8RlC:AOON DE GEOTEXTll£S NO TEJIDOS, GEOTEXTLES TEJlOOS Y GEOCOMPUESTOS DE 0ftEN0U: PA\o'CO; PARA APUCACIONES EN INFAAESTRUCTlJAA, MlNERIA, PEmOlEo y 08AAS CMt..ES. COMERCW.IZACION DE GEOMEMBRANAS DE POUETllENO, MEMBRANAS DE F'VC. IMHTOS TeMPORAlES

Y PERMAHENTES PARA CONTROl.. DE EROSION, GEOtoW..LAS Y GEOCELDAS, PAAA LOS SECTORES DE INfRAESTRI.JCTtIAA. MlNER!A. f'£TRolEo Y 08RAS CMlfS.

FABRICACIOH DE TB.AS BASES PAVCO. PARA lA If'fDlIS"TRIA DE AlFOMBAAS Y GRNAA slN'r£T1cA.

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Abril 23. 2012

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Abril 22. 2015

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il. 2012

Martha AngeicG Triano

GfrCfJe SCS (System CtTfificaJion Services)

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TABLA DE CONTENIDO PRCLOGO CAPITULO 1 INTRODUCCICN A LOS GEOSINT~T1COS

3

1.1

INTRODUCCION

1.2

GEOTEXTILES

1.3

GEOMALLAS COEXTRufoAS

14

1.4

GEOMALLA DE FIBRA DEVIDRIO

17

1.5

GEOCOMPUESTOS DE DRENAJE

18

1.,

GEOMEMBRANAS

20

1.7

MANTOS PARA CONTROL DE EROSION

23

1.8

NEOWES· SISTEMA DE CONFINAMIENTO CEWLAR

24

5 5

CAPITULO 2 NORMAS DE ENSAYO Y ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCICN

27

NORMAS DE ENSAYO

31

2.1

M~TODO PARA LA OffiRMINACICN DE LA CARGA DE ROTURA Y LA ELONGACICN

DE GEOTEXTILES (M8"OOO GRAB) ASTM D-4632, INY E - 901 2.2

DE GEOTEXTILES, GEOMEMBRANAS Y PRODUCTOS RELACIONADOS ASTM 0-4833, INV E- 902 2.3

M8"ODO PARA LA OmRMINACICN DE LA RESISTENCIA AL RASGADOTRAPEZOIDAL

2.4

M8"ODO PARA LA OmRMINACICN DE LA RESISTENCIA AL ESTALLIDO DE GEOTEXTILES

2.5

M8"ODO PARA LA DmRMINACI6N DE LA PERMEABILIDAD AL AGUA DE LOS GEOTEXTILES

2.6

M8"ODO DE ENSAYO ESTANDAR PARA DETERMINAR EL ESPESOR NOMINAL DE GEOTEXTILES

2.7

M8"ODO ESTANDAR PARA LA DmRMINACI6N DEL TAMAt'lO DE ABERTURA APARENTE

DE GEOTEXTILES ASTM 0 -4533, INV E - 903

(M8"ODO DEL DIAFRAGMA HIDRAuLiCO - MULLEN BURST) ASTM D-3786, INV E - 904

POR MEDIO DE LA PERMITIVIDAD ASTM D-4491 , INV E- 90S

Y GEOMEMBRANAS ASTM D-5199, INV E- 906

2.8

31

M~TODO PARA LA DmRMINACICN DEL JNDICE DE RESISTENCIA AL PUNZONAMIENTO

33

35

36

38

41

(TAA) DE UN GEOTEXTILASTM D-47S1 , INV E- 907

43

M8"ODO DE MUESTREO DE GEOSINT~TlCOS PARA ENSAYOS ASTM D-4354 Y 4439, INV E- 908

44

2.9

PRACTICA PARA ESTABLECER LA CONFORMIDAD DE ESPECIFICACIONES DE GEOSINTITICOS ASTM D- 47S9Y4439, INVE - 909

2.10

M~TODO DE ENSAYO PARA MEDIR EL DETERIORO DE GEOTEXTILES A LA EXP051CI6N DE LUZ

ULTRAVIOLETA Y AGUA, (APARATO DEL TIPO ARCO XENON) A5TM D-4355, INV E- 910 2.11

49

M~TODO ESTANDAR PARA MEDIR LA MASA POR UNIDAD DE AREA DE GEOTEXTILES

ASTM D-S261, INV E - 912 2.13

47

M~TODO E5TANDAR PARA DmRMINAR LA RETENCI6N DE A5FALTO DE GEOTEXT1LE5 U5ADOS

EN REPAVIMENTACIONES A5FALTICAS A5TM D-6140, INV E - 911 2.12

46

50

M~TODO DE ENSAYO ESTANDAR PARA DETERMINAR LA RE515TENCIA AL PUNZONAMIENTO

ESTATICA DE GEOTEXTlLE5 U5ANDO UN PIST6N DE PRUEBA DE SOMM DE DIAMETRO ASTM D-6241 , INVE - 913 2.14

51

M~TODO DE ENSAYO ESTANDAR PARA DETERMINAR EL COEFICIENTE DE FRICCI6N SUELO -

GE051NTITlCO Y GEOSINTUICO - GE05INTITICO POR EL MITOOO DE CORTE DIRECTO ASTM D S321 - 02 2.1 S

M~TODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA TASA DE FLUJO Y LA TRAN5MI51VIDAD

HIDRAuLiCA DE UN GEOSINTITICO UTILIZANDO UNA CABEZACONSTANTE A5TM D4716 - 03 2.16

53

55

MEDIDA DEL POTENCIAL DE COLMATACI6N DE UN SISTEMA SUELO - GEOTEXTIL POR LAVARIACI6N DEL GRADIENTE HIDRAuLiCO ASTM D S101 - 90

57

ESPECIFICACIONE5 DE CONSTRUCCI6N

59

5EPARACI6N DE 5UELOS DE SUBRASANTE YCAPAS GRANULARES CON GEOTEXTIL

59

ESTABILIZACI6N DE 5UELDS DE SUBRASANTE Y CAPAS GRANULARES CON GEOTEXTIL

65

PAVIMENTACI6N Y REPAVIMENTACI6N CON GEOTEXTILES

71

5UBDRENES CON GEOTEXT1L Y MATERIAL GRANULAR

79

PRODUCTOS ENROLLAD05 PARA CONTROL DE EROSI6N

87

CAPITULO 3 METODOLDGfAS DE DI5ENO

95

3.1

DISENO POR COST05 Y DI5PONIBILIDAD

97

3.2

DISENO POR EXPERIENCIA 0 MITODO EMPfRICO

97

3.3

DISENO POR ESPECIFICACIONES

97

3.4

DISENO POR FUNCI6N

99

CAPITULO 4 SEPARACI6N DE 5UBRASANTE5 EN VfAS

105

4.1

GENERALIDADE5

107

4.2

INTRODUCCI6N

107

4.3

METODOLOGfA DE DISENO

108

4.4

EJEMPLO DE DISENO

118

4.S

EJEMPLO DE RELACi6N BENEFICIO - COSTO

122

CAPITULO 5 ESTABILIZACI6N DE 5UBRASANTE5 CON GEOSINTI:T1C05

129

S.l

GENERALIDADE5

5.2

INTRODUCCI6N

131

5.3

FUNCIONES DEL GEOTEXTIL

132

5.4

FUNCIONES DE LA GEOMALLA BIAXIAL COEXTRUIDA

135

5.5


137

131

5.6

EJEMPLO DE DISENO

141

5.7

CONCLUSIONES

144

CAPtrULO 6 REFUERZO EN VIAS CON GEOMALLAS BIAXIALES COEXTRUIDAS

145

6.1

GENERALIDADES

147

6.2

INTRODUCCI6N

147

6.3

MECANISMOS DE REFUERZO GENERADOS POR LAS GEOMALLAS

148

6.4

M8"ODO AASKTO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES

149

6.5

ENSAYO A ESCALA REAL DE UNA ESTRUCTURA REFORZADA CON GEOMALLA BIAXIAL COEXTRUIDA

152

6.6

M8"ODO AASKTO PARA DISEt'lO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES REFORZAOOS CON GEOMALLAS COEXTRUIDAS PAVCO

155

6.7

EJEMPLO DE DISEt'lO

156

CAPtrULO 7 REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO CON NEOWEB

161

7.1

GENERALIDADES

163

7.2

MECANISMOS DE REFUERZO DE LA NEOWEB

163

7.3

METODOLOGIA DE DISEt'lO

166

7.4

EJEMPLO DE DISEt'lO

175

7.5

RELACI6N BENEFICIO COSTO

182

CAPtrULO 8 PAVIMENTACI6N Y REPAVIMENTACI6N CON GEOSINTI:TlCOS

185

8. 1

ANTECEDENTES

187

8.2

FUNCIONES DEL GEOTEXTIL

187

8.3

FUNCIONES DE LA GEOMALLA DE FIBRA DEVIDRIO

189

8.4

TIPO Y NIVEL DE SEVERIDAD DE LAS FALLAS DEL PAVIMENTO

191

8.5

EFECTOS DEL AGRIETAMIENTO

19 1

8.6

ASFALTOS

193

8.7

PROCEDIMIENTO DE INSTALACI6N

198

8.8

EJEMPLO DE DISEt'lO CON RELACI6N BENEFICIO - COSTO

209

CAPtrULO 9 SISTEMAS DE SUBDRENAJE PARA VIAS CON GEOTEXTIL Y MATERIAL GRANULAR

213

9.1

GENERALIDADES

215

9.2

INTRODUCCI6N

215

9.3

METODOLOGIA DE DISEt'lO DE SUBDRENAJES

216

9.4

EJEMPLO DE DISEt'lO

226

9.5

EJEMPLO DE RELACI6N BENEFICIO - COSTO

229

ANEXO 1 CALCULO DEL CAUDAL

235

CAPtrULO 10 SISTEMAS DE SUBDRENAJE CON GEODR~N

249

10.1

GENERALIDADES

10.2

INTRODUCCI6N

251

10.3

METODOLOGIA DE DISEt'lO DE SISTEMAS DE DRENAJE CON GEODR~N

252

10.4

EJEMPLOS DE DISEt'lO

268

10.5

EJEMPLO DE RELACI6N BENEFICIO - COSTO

288

251

ANEXO 1 GEODR~N Vs. SECCI6N DREN FRANC~S EN FUNCI6N DEL CAUDAL

290

ANEXO 2 GUIA PARA EL CALCULO DE LONGITUD DE DESCARGA EN GEODRENES

293

ANEXO 3 CURVAS DE INTENSIDAD - DURACI6N - FRECUENCIA

302

ANEXO 4 CURVAS SINTETICAS REGIONALIZADAS DE INTENSIDAD-DURACI6N - FRECUENCIA PARA COLOMBIA

306

CAPITULO 11 MUROS DECONTENCICN REFORZAOOS CON GEOSINTITICOS

313

11.1

GENERALIDADES

315

11.2


315

11.3

EJEMPLO DE DISENO

329

11.4

EJEMPLO RELACICN BENEFICIO - COSTO

344

CAPITULO 12 REFUERZO DETALUDES

347

12.1

GENERALIDADES

349

12.2

OBJEnVO

350

12.3

INTRODUCCICN

350

12.4

CONSIDERACIONES DE DISENO

351

12.5

PROCEDIMIENTO DE DISENO

352

12.6

EJEMPLO DE DISENO

360

CAPITULO 13 REFUERZO DETERRAPLENES SOBRE SUELOS BLANOO5

365

13.1

INTRODUCCICN

367

13.2


368

13.3


369

13.4

EJEMPLO DE DISENO

375

CAPITULO 14 REFUERZO DECIMENTACIONE5 CORRIDASCON GEOSINT~TlC05 14.1

INTRODUCCICN

379 381

14.2

GENERALIDADES

381

14.3


382

14.4


383

14.5

PROCEDIMIENTO PARA EL DI5ENO DE CIMENTACIONES REFORZADAS

389

14.6

EJEMPLO DE DISENO

390

CAPITULO 15 PROTECCICN DE GEOMEMBRANAS

395

GENERALIDADES

397

15.2

INTRODUCCICN

397

15.3


398

15.4

EJEMPLO DE DISENO

403

CAPITULO 16GEOMEMBRANAS

405

15.1

16.1

INTRODUCCICN

407

16.2


407

16.3

EJEMPLO DE DISENO

413

CAPITuLO 17 CONTROL DE EROSION EN TALUDES, CANALES Y MARGENES DE Rfos CON GEOSINTITICOS

417

17.1

INTRODUCCICN

419

17.2

GENERALIDADES

419

17.3

MANTOS PARA CONTROL DE EROSICN

421

17.4

GEOESTRUCTURAS

430

AP~NDICE A ESPECIFICACIONES T~CNICAS

443

Certificaci6n

0_,

MEXICHEM COLOMBIA S.A.S. A UTOPISTA SUR No. 71 · 75, BOGOTA. D.C. COLOMBIA

BVQI Colombia Ltdo, certifiea que el Sistema de Gestilm en Seguridod y

SaJud OcupaciofJOi de 10 organizacio" mencionatia ha sido eva/uado y se muestra QC(}f'(/e con los requerimiemos de 10 norma detallada a continuacion.

NORMA

OHSAS 18001 :2007 ALCANCE DEL SISTEMA

FABRICACiON OE GEOTEXTILES NOTEJlOClS, GEOTEXTILES TEJlOOS Y GEOCOMPUESTOS DE DRENAJE PAVCO; PARA APLICACIONES EN INfRAESTRUCTURA, MltERiA, PElROLEo '( 08RAS CMLES. coueRClAlliAcI6N DE GEOMEJroIEIRANAS DE POUETIlENO, MEMBRANAS DE pvc, MANTOS TEMPORAI.£S Y PERMANENlES PARA CONTROL DE eROSION, GEOMAU.AS Y GEOCEUlA$, PAM LOS SECTQRES DE INFRAESTRLlCTURA. MINERJA. F'tTROLEO Y 08RAS CML.ES. FABFtICACION DE TElAS BASES PAVCO. PARA LA INOUSTRlA OEALFOMBRAS Y GfWAA SINTE'nCA.

Fec/f(J de oproboclM original

Abril 23, 2912

:il.jelo " IUIQ con/illMt:l y satisjactoritJ Gpl!rtJCf6tl ckl Si.JlrlM de Gu/iOn de Sqpuidad y Salwi OCllpQclonol 1M 10 e>rgQIIizDcf6n, el etrtiftcado u vdJldo Nuta:

Abril

22. 201 5

Paro wrifo;ar In vaJidn deuu cffl/fo:udo lJamar aJ lelifono (57 / - 349/538) FuJu/'rU «/tJrQt!jOM$ e.. t;fUUIlo aI olctUtCe de m e cutifiaJdb y ItJ apllalbtlldod tkl SUUmD de GUliOn de SeguriJad y Sill.d OcIlpQC/onal le ~" oOtelN1' consuJltJndo Q u. orgOlllZDCi6n. Ortijicodo Nu-ro

C023§1 71

Fecha de emisiOn:

AtrrII23,2Q12

Martho AngOicQ f'ri(mlJ Gerenle sa (System Certification Services)

CoIonNo1-a_ .. _ _ ~"""""B\IQI""""""""'"

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CERTIFICADO DE CONFORMIDAD N° 406619 (SMP - 146/2006) Con fecha 22 de junlO de 2006 eI Centro de Investigad6n, Desarrollo e 1nn0vaci6n de Estrucnras Y Mater\lIIes de Ia uniYersidad de OlHe certlrica que los productos fabricados !Xlr La empresa PAVCO SA, en su PIanta ubicada en Autopista Sur 71-75, Bogota, Colombia, ruentan coo certiflcad6n permanente Y consecuentemente CU'T'IpIen con las espedfIcadones tecnicaS del GnJpo .
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PATRICIO

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MATERI LES E INDUSTRIA

Nota; La certfficacl6n y Ilcenda de marca para los productos de PAVCO

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SA no exImen

responsabilldades que Ie corresponden conforme a iii legislad6n vIgente en OIile.

it

Ja empresa en ningUn caso de las garantias y

Tabla de contenido

~

PROLOGO EI uso de los geosinteticos en Ame rica Latina ha tenido en los ultimos aiios un gran incremento respondiendo a una necesidad que cada vez se hace miis critica en los proyectos de ingenieria, la cual consiste en la ejecucion de obras civiles con una alta calidad tecnica, buscando un equilibrio economico y disminuyendo el impacto ambiental con productos 0 sistemas que promuevan la proteccion del medio ambiente. La tecnologia de los geosinteticos se ha convertido en una alternativa para solucionar los problemas tanto tecnicos como economicos de los proyectos de ingenieria y su implementacion se ha hecho en la mayoria de los casos de forma empirica, retomando resultados de experiencias en proyectos anteriores. Bajo este concepto, en muchas ocasiones los geosinteticos han side una solucion exitosa pero en algunos casos la falta de conocimiento y de una metodologia de diseiio que permita definir los requerimientos de estos materiales de acuerdo con las condiciones particulares de cada proyecto, no ha permitido que los beneficios de esta tecnologia sean aprovechados en su total magnitud. Geosistemas PAveD SA desde hace mas de veinte aiios, ha estudiado y analizado el comportam iento de los geosinteticos en las diferentes aplicaciones, haciendo inve rsiones tecnologicas y liderando trabajos de investigacion que amplien el conocimiento en el campo de los geosinteticos para ofrecer cada dia productos que cumplan los mas elevados estiinda res de calidad a escala mundial. EI Departamento Tecnico ofrece total asesoria en el estudio y diseiio para una aplicacion eficaz de geosinteticos, promoviendo sus capacidades y formulando d iseiios preliminares que permitan definir requerimientos tecnicos de acuerdo con cada tipo de obra. Como resultado de este proceso, Geosistemas PAveD SA presenta a la Ingenie ria Latinoamericana metodologias de diseiio para separacion y estabilizacion de vias. refuerzo en vias con geotextiles y geomallas. pavimentacion y repavimentacion, sistemas de subdrenaje, refuerzo en muros de contencion, refuerzo de taludes, refuerzo de terraplenes sobre suelos blandos, refuerzo de cimentaciones, proteccion de geomembranas y aplicaciones de control de e rosion enfocados en la utilizacion de geosinteticos que permitan de esta forma adquirir los conocimientos tecnicos necesarios para el correcto uso de estos materiales. A manera de presentaci6n deesta tecnologia se hace una breve introduccion a los geosinteticos. su composicion, clasificacion y propiedades meciinicas. Se muestran algunos principios constructivos y de instalacion y se mendonan algunas normativas vigentes que involucran aspectos tecnicos, meciinicos. constructivos en obras principalmente de tipo via l. Posteriormente se inicia la parte de diseiio con un capitulo introductorio a todas las diferentes formas que existen para realizar diseiio con geosinteticos, ya que este concepto es de vital importancia para obtener un buen funcionamiento de los mismos en sus diferentes aplicaciones.

1 )

~ Tabla de contenido Se presentan las metodologias de disefio para cada una de las aplicaciones de geosinteticos, inicialmente con separacion y estabilizacion de vias cuyo objetivo es lograr determinar tecnicamente las propiedades del geotextil que logre incrementar la vida util de la estructura y evitar el deterioro prematuro debido a la contaminacion de los materiales seleccionados. EI manual de refuerzo en vias propone mejorar las cond iciones estructurales de los pavimentos mediante un metodo de disefio racional que involucra la utilizacion de geotextiles mejorando las condiciones de servicio y operacion al mismo tiempo que log rar aumentar la vida util de la via. De esta misma forma el capitulo de refuerzo con geomallas plantea mejorar el SN de la estructura bajo la metodologia AAS HTO-93. EI capitu lo de Neoweb indica como reforzar estructuras de pavimento mediante tecnologias de continamiento celular. EI manual de pavimentacion y repavimentacion detine las funciones de impermeabilizacion y membrana amortiguadora de esfuerzos del geotextil y la capacidad de prolongacion de vida util de la estructura asfaltica por el uso de la geomalla de tibra de vidrio. Adicionalmente se describe el proceso constructivo que permite la correcta aplicacion de los geotextilesy geomallas en obras de mantenimiento vial. Resaltando la importancia del drenaje en las obra s de infraestructu ra, la guia de disefio de sistemas de subdrenaje (s ubdren frances y Geodren) plantea la manera de dimensionar estos sistemas y determinar las especiticaciones de los geosinteticos a usa r con el tin de obtener la solucion tecnica y economicamente mas conveniente. En la gufa de disefio de muros de contencion en suelo reforzado se presenta un metodo de disefio para el calculo de la estabilidad interna, en donde se establecen los espesores de cada capa y las cantidades de geosintetico a utilizar dependiendo de las caracterfsticas del suelo de relleno y de las condiciones particulares del sitio del proyecto. La guia de refuerzo de taludes en terraplenes busca establecer los espesores de capa y longitudes de geotextil necesarios para garantizar la estabilidad interna de taludes en terraplenes. En el capitu lo de terraplenes sobre suelos blandos se muestra como el geotextil puede contribuir con su caracte ristica de resistencia a la tension a la estabilidad de suelos con baja capacidad portante que se utilizan como fundacion para terraplenes 0 cua lquie r otra estructura. La metodologia de refuerzo de cimentaciones con geosinteticos permite incrementar las capacidades de los suelos para trabajar con menores anchos de cimientos, contribuyendo tambien a que los asentamientos que se pueden generar por las estructu ras sean homogeneos en toda la extension de cualquier proyecto. Debido a que las geomembranas, uno de los geosinteticos que se conside ra como impermeable, es poco resistente al punzonamiento, el capitulo de proteccion de gomembranas esta enfocado a disefiar el geotextil no tejido punzonado por agujas que sea mas adecuado para proteger la geomembrana. Es importante disefiar la geomembrana mas adecuada para los sistemas de impermeabilizacion, teniendo en cuenta todos los datos del proyecto donde sera instalada y por eso se elaboro el capitulo de geomembranas. Los geosinteticos entran a formar parte de soluciones para control de e rosion con mantos temporales y permanentes para taludes y cana les, las geoestructuras como sistemas de proteccion de riberas permiten utilizar los materiales disponibles de los rios, mares, etc. En el mundo existen diversos metodos de disefio para cada una de las aplicaciones mencionadas anteriormente, sin embargo despues de un estudio profundo de cada una de elias, las que aqui se presentan son las que conside ramos mas se ajustan a las condiciones geomorfologicas y a los suelos tropicales de nuestros paises donde ademas en la historia de los materiales de construccion no se contaba con un material que haya mostrado un desarrollo tecnologico tan avanzado y un volumen de utilizacion tan grande como los geosinteticos. Ofa a dia surgen mayores aplicaciones, demostrando los beneficios tecnicos y economicos por su utilizacion. Sin lugar a duda, este libro sera una buena herramienta de trabajo que permita un mejor entendimiento y una optimizacion en el disefio con geosinteticos.

2 )

MANUAL Y SOfTWARE DE DISENO

Geosoft® PAVeo

-

CAP[TULO

INTRODUCCION, A LOS

GEOSINTETICOS

Vol.er al in dice

~

4)

Tabla de contenido

Tabla de contenido ~

1.1 INTRODUCCION Geosintetico es un producto e n el q ue, por 10 me nos. uno de sus compo ne ntes es a base de polime ro sintetico 0 natural. y se presenta e n fo rma de filtro, manto, la mina

0

estructura tridime nsio na l. usada e n contacto con el suelo

o con otros ma te riales de nt ro del campo de la geotecnia 0 de la ingenie rfa civil. Existen va rios ca mpos de a plicacio n de los geosinte ticos e n el mundo de la construccio n y la edificacion como son: obras viales, obras hid ra ulicas. siste mas de control de erosio n, aplicaciones med ioambie ntales, e ntre otras. La fa bricacio n de los geosinteticos compre nde procedimie ntos principalme nte de extrusio n, tecnologfa textil y/o a mbas tecnologfas: textil y plastica. Los geosinteticos se de ri va n de fibras a rtificiales, compuestos basica me nte de polimetros como polipropileno, polieste r, polia mida y polietile no, siendo los 2 prime ros los de mayo r utilizacio n e n la ac tualidad. Los tipos de geosinte ticos mas comunes utilizados e n el campo de la ingenie rfa son los geotextiles. las geomallas, las geome mbra nas, las georedes, geocompuestos y ma ntos para control de erosio n de ri vados de la unio n de las ca racte rfsticas y cualidades de cada uno de los a nte rio res. Aho ra pa ra Colombia como una tecnologfa de punta, la Neowe b (siste ma de confina mie nto celula r).

1.2 GEOTEXTILES Dentro del g ru po de los geosinteticos te ne mos los geotextiles que se defin e n como · un mate rial textil plano, pe rmeable polime rico (sintetico

0

natural) que puede ser No Tejido, Tejido

0

tricotado y q ue se utiliza e n contac to

con el suelo (tie rra, piedras, etc.) u otros mate riales e n ingenie rfa civil para ap licaciones geotecnicas". 1.2.1 Clas ificacio n 1.2 .1.1 Clasificacio n segun s u me to d o d e fabri cacio n a. Geotextiles Tejidos Son aquellos fo rmados por cintas e ntrecru zadas en una maquina de teje r. Puede n serTejidos de calada 0 tricotados. Los Tejidos de calada son los fo rmados po r cintas de urdimbre (sentido lo ngitudinal) y de trama (sentido transversal). Su resiste ncia a la traccio n es de ti po biaxial (en los dos sentidos de su fabri cacion) y puede ser mu y elevada (segun las ca racte rfsticas de las cintas e mpleadas). Su estructura es pla na. Los tricotados esta n fabr icados con hila e ntrecru zado e n m.3quinas de tejido de punto. Su resiste ncia a la traccio n puede ser multiaxial

0

biaxial segun este n fa bricados e n maquinas tricotosas y circulares,

0

Ketten y Rasc he l. Su

estructura es tridime nsio nal. b. Geotextiles No Tejidos Esta n fo rmados po r fibras

0

fil a me ntos supe rpuestos e n forma la minar, consolida ndose esta estructura po r distintos

siste mas segun cual sea el siste ma e mpleado pa ra unir los fil amentos

0

fibras. Los geote xtiles No Tejidos se clas ifican

a su vez e n: Geo textiles No Tejidos ligados mecanicame nte 0 punzo nados por ag ujas Geo textiles No Tejidos ligados te rmica me nte

0

te rmosoldados

Geo textiles No Tejidos ligados qufmicame nte 0 resinados

CAPITULO 1: INTRODUCCION A LOS GEOSINTt:nCOS

5 )

~ Tabla de contenido 1.2.1.2 Clasificaci6n de los geotextiles segun su composici6n Las fibra s que mas se emplean son las sinteticas, siendo por ello que siempre tendemos a asociar al geotextil con fibra s

0

filamentos sinteticos. Sin embargo al existir gran diversidad de aplicaciones, tambien se fabri can con fibra s

naturales y artificiales. a. Fibras naturales Pueden ser de origen animal (lana, seda, pelos ..) vegetal (algodon, yute, coco, lino ... ) que se utilizan para la fabri cacion de geotextiles biodegradables utilizados en la revegetacion de taludes, por ejemplo, en margenes de rios etc. b. Fibras artificiales Son las deri vadas de la celulosa. Son el ra yon, la viscosa y el acetato.

c. Fibras sinteticas Cuando al geotextil se Ie exige durabilidad, se fabri ca con fibra s 0 filam entos obtenidos de polimeros sinteticos. Los geotextiles fabri cados con estos polimeros son de gran durabilidad y resistentes a los ataques de microorganismos y bacterias. Los mas empleados son el polipropileno, poliester, polietileno, poliamida y poliacrilico. 1.2.2 Procesos de fabri cac i6n EI papel de los fabri cantes en el conocimiento y crecimiento del mercado de los geotextiles ha side grande y positive. Se han desarrollado muchos ti pos de fibra s y estilos de tejidos, tanto para uso general como para aplicaciones especificas. Hay tres fa ctores que son importantes para los fabri ca ntes: clase de polimero, tipo de filam entos y el tipo de proceso producti vo. a. Clase de polimero EI polfmero usado en la fabri cacion de un geotextil puede ser de los siguientes tipos de resina, listados en orden de uso decreciente, segun Robert M. Koerner en su libro "Designing With Geosynthetics" Quinta Edicion. Polipropileno

92%

Poliester

S%

Polietileno Poliamida (nylon)

2% 1%

b. Tipo de filamentos EI polimero seleccionado se transforma en un fundid o por calor y presion, luego se obliga a pasar a tra ves de un molde. Del molde salen fibra s 0 una cinta plana en estado semiliquido e inmediatamente se prod uce un enfriamiento por aire 0 agua transformando el producto del molde en un elemento solido pero elongable, simultaneamente el material sufre un estirado el cual reduce sus dimensiones en cuanto a ancho

0

espesor y ocasiona un ordenamiento

de las moleculas. De esta forma se incrementa la resistencia de los filamentos en sentido longitudinal. su elongacion ala ruptura disminuye y su modulo se incrementa. Modificando estas va riables se pueden alcanzar una gran va riedad de posibilidades de la caracteristica Esfuerzo vs. Deformacion. (Esos monofilament os cuando estan en forma de fibra s se pueden trenzar juntos para formar una hebra multifilamento).

6)

Tabla de contenido

~

EI calibre de la fibra 0 de la cinta se define por su denier. EI denier es e l peso en gramos de 9000 m de filamentos. Las fibras pueden producirse cortadas

0

en filamento continuo, ambos tipos de fibra salen como un mazo de hebras

del molde, en e l caso de las cortadas en un paso posterio r se cortan en longitudes entre 25 a l Oa mm para luego ser procesadas en equ ipos de mezclado, cardado y punzonado, en e l caso del filamento continuo simplemente se extienden y se a limentan inmediatamente a l sigu iente proceso que es e l punzonado. Tambien con esas fibras se pueden producir unos hilos entrelazados

0

entrelazar filamentos continuos obten iendo

otras propiedades que luego seriin tejidos. EI ultimo tipo de filamentos a mencionarse son las lIamadas peliculas 0 cintas "ranuradas· en e l molde, las cuales se fabrican de una liimina continua de polimero que se corta en cintas mediante cuchillas y luego se enconan en ca rretes que seguiriin los procesos de urdido y tejedurfa.

11

Monofilament

Fibro

1

Mullifilamenlo

!

Hilodo orta

1

Llo Ploolo,

Cinla Pla no. Mullifilom e nlo Monotilomen t

Figura 1.1 Tipos de tibras utilizadas en la construcci6n de geotextiles.

En resumen, los principales filamentos usados en la construccion de geotextiles son monofilamentos cortados (fibra cortada), multifilamento (filamento continuo), hilos de fibras (fibra cortada), hilos de filamento continuo entrelazados, hilos de multifilamentos entrelazados y cinta plana ranurada. (Ve r Figura 1.1 ).

CAPITULO 1: INTRODUCCION A LOS GEOSINT£:TICOS

7)

~

Tabla de cootenido

'~I'''

••• 'IO"""""''"''.···'' .......... .

III IIllIlnUIIIIIUII" UlllllltlllIll 1111 IlIIU fill III U I UIIIIIIUIlII LIlLI lUI UI U III IlIlUIUIUI Lllnlll&l 1&1 I 111111 U 1 III U 1111" 1III1oIIUI" lUI &II 1111111111111' Lli Lilli IU'U I U I L11 Llil Ilil U IUllIllIlIlllI.1I I II I IIIUI Uill n I .. UIIU lUI III II nil LlIIIIUIUIUI

1IIIIn 1111111111 .. llIIUIlIUIIlIILlII lUI U I II III. 11111 III III I "'U'U I U nl 111111 U I"ILI 1111111111 U "lllIllI 1111 1111 flllIlllll Uilil L1nlllllUnll Llil I UIIIIII nil 11111 III III I LlIIIIUI U III 111'llll'."'I'IIIIIIIII.'IIII'IIIIIIII

1111 III 1111 UIIiI UllIlIIllllllIlIlIIl1 1'lll'I'I'I'IIIIIIIIIIIII'I"IIIII"llll U 1111 U I " 1'11111111111" UlllIUII&I I I ' " IUIIIIIIIIIIII, U UlllIl U I LlIII' 1

a. Monofilamento Tejido

b. Monofilamento Tejido calandrado

c. Multifilamento Tejido

d. Tejido Plano

e. No Tejido punzonado por agujas

f. No Tejido unido porcalor

Figura 1.2 Vista micro$C6pica d e algunos tipos de geote)(tiles Tejidos y No Tejidos.

8 )


c. Tipo de proceso productivo Una vez se han fabri cado los filamentos, estos se convie rte n en telas No Tejidas

0

Tejidas dependiendo del proceso

posterio r. Geotextiles Tejidos Para los geotextiles Tejidos se trabajan cintas

0

hilos en un telar, la clase particu lar del tejido se determina por la

secuencia e n la cuallos filamentos de la urdimbre y de la trama son entrecruzados (tejidos) en el telar. Un tejido se compo ne de dos cintas, la urdimbre que va en sentido lo ngitudinal (Ia direccio n en que se fabri ca el tejido, la "Iarga") y la trama que va e n sentido transversal (Ia d ireccio n "corta"), la urdimbre ingresa al telar por su parte posterio r a tra ves de unos elementos separadores y o rganizado res lIamados laminillas y cru za n los lizos, los peines e ing resan a la mesa del tela r en donde se entretejen con las tramas, las cuales son aportadas desde un lade del telar, las urdimbres se cru za n en dos grupos unas suben y otras bajan dejando un espacio po r donde pasa la trama (el "relleno") transportada por un ele mento lIamado proyectil, luego las urdimbres vuel ve n y se cru zan "ap risio nando" la trama y se repite el cicio fo rmado el tejido. EI o rillo (bo rde de la tela donde la trama regresa un pequeno tramo) garantiza que el tejido conserve su estructura planeada. Dentro de los geotextiles Tejidos se pueden especifica r diferentes modalidades: GeotextilTejido plano: Fabricado med iante el tejido de cinta s por un proced imie nto textil de una pelicula cortada polime rica extrufda. Es el tejido mas simple y com lin, conocido tambien como'uno arriba y uno abajo". Geotextil Tejido ca nasta: Este tejido usa dos 0 miis urdimbres ylo tramas de relle no como si fuera una sola cinta. Por ejemplo, un tejido canasta pueden ser dos po r dos urdimbres y tramas 0 dos tramas y un urdimbre, actuando como unidades individuales. Geotextiles No Tejidos La fabri cacio n de telas no tejidas es mu y d ife rente de las telas tejidas. Cada sistema de fabri cacion No Tejido generalmente incluye cuatro pasos biisicos: preparacion de la fibra , fo rmacion del velo, consolidacio n del velo y tratamiento posterio r. Los geotextiles No Tejidos pueden ser de fibra cortada 0 filam e nto continuo, los de fibra cortada se obtienen a partir de fibra s de lo ngitud compre ndida entre 50 y 150 mm y los de filamento continuo se obtiene n por extrufdo directo de un polimero y fo rmacio n de la napa

0

velo.

Existen biisica mente tres clases de procesos de fabrica cio n: Geotextiles No Tejidos punzonados por agujas: Se forman a partir de un e ntrelazado de fibra s deno mina como velo

0

0

filam e ntos mezclados aleato riamente, confo rmando

10

que se

napa, el cual se consolida al pasar por un table ro de agujas e n la miiquina punzonadora,


9)

~ Tabla de contenido dichas agujas se mueven en sentido alte rnati vo, subiendo y bajando a altas velocidades pene trando en la napa y e ntrelazando las fibra s, esto se o btie ne por que el perfil de las agujas no es regular, si no que estan provistas de unas espigas

0

salientes e n direccion a su sentido de penetracion, 10 cual hace penetrar a las fibra s sin lIevarselas en

su movimie nto de retroceso. La frecuencia de golpes

0

penetracio nes de las agujas va consolidando el geotextil No

Tejido. Los geotextiles fabric ados por este proceso tiene n buenas caracte risticas meciinicas mantenie ndo en parte el espesor de la napa el cualles confie re mayor estructura tridimensional, gran elo ngacion (pueden estirarse desde un 40% hasta un 120%

0

miis, antes de entrar e n carga de rotura)

10

que les proporcio na muy buena adaptabilidad

a las desun ifo rmidades de los te rre nos, unas excelentes propiedades para proteccion, (s uele denom inarse efecto colchon) y muy buenas func io nes de filtracio n y sepa racio n. Geotextiles No Tejidos termosoldados: Se fo rman a partir de una napa

0

velo e n la que la unio n de fibra s y consolidacio n del geotextil se logra por fu sio n

de las fibra s y soldadura e n los puntos de inte rseccio n mediante un ca landrado a temperatura elevada. Su espesor y su elo ngacio n son sensible me nte infe rio res a la de los agujados, por 10 cual su transmisividad y pe rmeabilidad son meno res, tienen buenas propiedades mecii nicas y poca fl exibilidad (son algo rigidos). Geotextiles No Tejidos ligados quimicamente: La union e ntre sus filamentos se consigue incorpo rando ligantes quimicos

0

resinas. Este sistema no se utiliza para

la fabri cacio n de geotextiles de proteccion y separacion, puesto que e n su composicio n (de los de proteccio n) deben de evita rse elementos quimicos distintos a los polime ros que pudiesen alte rar sus propiedades y provoq uen incompatibilidades quimicas con otros mate riales con los que pudiese estar e n contacto. Su e mpleo esta muy poco extendido debido a su elevado cos to.

1.2.3 Funciones y ca mpos de aplicacion EI uso de los geotextiles Tejidos y No Tejidos en los dife re ntes campos de aplicacion pueden definirse mediante las funci o nes que va a desempenar. En la mayoria de las ap licaciones el geotextil puede cumplir simultiineamente va rias funci o nes, aunque siempre existirii una principal que determine la eleccio n del tipo de geotextil que se debe utiliza r. A continuacio n se desc riben las distintas fun ciones y aplicacio nes que pueden desempenar los geotextiles, asi como las exigencias mecii nicas e hidriiulicas necesarias para su desarrollo. 1.2.3.1 Funcion de separacion Esta funcion, desempenada por los geotextiles consiste en la separacio n de dos capas de suelo de diferentes propiedades geomeciinicas (granulometria, densidad, capacidad, e tc.) evitando permanentemente la mezda de material. A continuacion se refere ncian las aplicacio nes de Robert M. Koerner en su li bro "Designing With Geosy nthetics"Quinta Edicio n. Entre la subrasante y la base de piedra en ca minos y pistas de aterrizaje no pavime ntados. Entre la subrasante y la base de piedra en ca minos y pistas de aterrizaje pavimentados. Entre la subrasante y el balasto e n vias ferrea s Entre rellenos y capas de base de piedra. Entre geome mbranas y capas de drenaje de pied ra

10 )


Entre la cime ntacion y te rraple nes de suelos como sobrecargas Entre la cimentacion y terraplenes de suelos para rellenos de caminos Entre la cime ntacion y terraple nes de suelos para presas de tie rra y roca Entre la cimentacion y capas de suelo encapsu ladas Entre los suelos de cimentacio n y muros de rete ncion rigidos Entre los suelos de cimentacio n y muros de re te ncion fl exibles Entre los suelos de cimentacio n y pilas de almacenamie nto Entre taludes y bermas de estabilidad aguas abajo Debajo de areas de sard ineles Debajo de a reas de estacio namie nto Debajo de campos depo rti vos y de atletismo Debajo de bloq ues prefabricados y paneles para pavime ntos esteticos Entre capas de d renaje en masas de filtro pobremente gradado Entre dive rsas zo nas de presas e n tie rra Entre capas antiguas y nuevas de asfalto

, .2.3.2 Funcion refuerzo En esta funcio n se aprovec ha el compo rtamiento a traccion del geotextil para trabajar como complemento de las propiedades mecanicas del suelo, con el fin de controlar los esfue rzos tra nsmitidos tanto en la fase de construccio n como e n la de servicio de las estructuras. EI geotextil actua como un elemento estructural y de confinamiento de los granos del suelo, permitiendo difundir y repartir las te nsiones loca les. Estas acciones aumentan la capacidad portante y la estabilidad de la construccion. A continuacio n se refere ncian las aplicaciones de Robert M. Koerner en su li bro "Designing With Geosy nthe tics"Quinta Edicio n. Refuerzo de suelos debiles y o tros materiales Sobre suelos blandos para caminos no pavime ntados Sobre suelos blandos para campos de aterrizaje Sobre suelos blandos para vias fe rreas Sobre suelos blandos para rellenos Sobre suelos blandos en campos deportivos y de atletismo Sobre suelos he terogeneos Sobre relle nos inestables como siste mas de cerra miento Para confinamiento late ral de balasto e n vias fe rreas Para envolver suelos en sistemas de telas encapsuladas Para construir muros en suelo reforzado Para refo rzar te rraple nes Para ayudar e n la construccion de taludes pro nunciados Para refo rza r presas de tierra y roca Para estabilizacio n te mpo ral de taludes Para detener 0 disminuir la reptacio n en taludes de suelo Para refo rza r pavimentos fl exibles con juntas Como refue rzo basal en a reas carsticas Como refue rzo basal entre cabezotes de pilotes de cime ntacio n


11 )

~ Tabla de contenido Para hacer un efecto de "puente" entre rocas agrietadas y diaclasas Para mantener colchones de filtro de piedra gradada Como subestrato de bloques articulados de concreto Para estabilizar patios de almacenamiento no pavimentados y areas de descanso Para anclar paneles frontales en muros de tierra reforzada Para anclar bloques de concreto en muros de retencion pequelios Para prevenir el punzonamiento de geomembranas por suelos Para prevenir el punzonamiento de geomembranas por materiales de relleno 0 base de piedra Para crear taludes laterales mas estables debido a la alta resistencia friccionante Para retener suelos blandos en la construccion de presas de tierra Como membranas en suelos encapsulados Para la compactacion y consolidacion in-situ de suelos marginales Para hacer un efecto de "puente" sobre rellenos irregu lares durante el cerramiento del sitio Para ayudar en la capacidad portante de cimentaciones superficiales , .2.3.3 Funcion de drenaje Consiste en la captacion y conduccion de fluidos y gases en el plano del geotextil. La efectividad del drenaje de un suelo dependera de la capacidad de drenaje del geotextil empleado y del gradiente de presiones a 10 largo del camino de evacuacion del fluido. Para realizar el drenaje satisfactoriamente el espesor debe ser suficiente al aumentar la tension normal al plano de conduccion. Adicionalmente el geotextil debe impedir el lavado 0 transporte de particulas finas, las cuales al depositarse en el, reducen su permeabilidad horizontal. Ademas debe garantizar el transporte de agua en su plano sin ocasionar grandes perdidas de presion. A continuacion se referencian las aplicaciones de Robert M. Koerner en su libro "Designing With Geosynthetics"Qu inta Edicion. Como un dren chimenea en una presa de tierra Como una galeria de drenaje en una presa de tierra Como un interceptor de drenaje para flujo horizontal Como una cubierta de drenaje debajo de un relleno de sobrecarga Como un dren detras de un muro de retencion Como un dren detras del balasto de vias ferreas Como un dren de agua debajo de geomembranas Como un dren de gas debajo de geomembranas Como un dren debajo de campos deportivos Como un dren parajardines de techo Como un disipador de presion de poros en rellenos de tierra En reemplazo de drenes de arena Como una barrera capilar en areas sensibles al congelamiento Como una barrera capilar para la migracion de sales en areas aridas Para disiparel agua de filtracion de las superficies de suelo 0 roca expuestas

12 )


1.2 .3.4 Funci6n filtro Esta fun ci6n impide el paso a traves del geotextil de dete rminadas particulas del te rreno (segun sea el tamalio de dichas particu las y el del po ro del geotextil) sin impedir el paso de fluid os 0 gases. En la practica se utiliza el geotextil como filtro e n muchos sistemas de dre naje. En los emba lses con sistema de drenaje en la base, a fin de loca liza r posibles fuga s, se utiliza como filtro en los tubos de drenaje a fin de evitar el tapo namiento de los o rificios de drenaje de dichos tubos. A continuacio n se refe rencian las aplicaciones de Robert M. Koerner en su li bro "Designing With Geosy nthe tics"Quinta Edicio n. En lugar de filtro de suelo granular Debajo de base de piedras para caminos y pistas de aterrizaje no pavimentados Debajo de base de piedra para ca minos y pistas de aterrizaje pavime ntados Debajo de balasto e n vias fe rreas Alrededor de pied ra picada que rodea los subdrenes Alrededor de pied ra picada sin subdrenes (Drenes franceses) Alrededor de pied ra y tube ria perforada e n pisos de adoquines Debajo de rellenos sanitarios para los lixiviados Para filtrar rellenos hidriiulicos Como pro teccio n contra los sedimentos Como cortina a los sedimentos Como barrera contra la nieve Corno un e ncofrad o flexible para conte ner arena, inyeccio n 0 concreto e n sistemas de control de erosio n Como un encofrado fl exible para reconstruir pilotes deterio rados Como un encofrad o fl exible para restaurar la integrad e n la mineria subterranea Corno un e ncofrad o flexible para restaurar la capacidad po rtante de pilares socavados de pue ntes Para proteger el material de dre naje en chimeneas Para proteger el material de dre naje e n ga le rias Entre el suelo de relleno y vacios e n muros de retencio n Entre el suelo de relleno y muros de gavio nes Alrededor de nucleos moldeados en geodrenes Alrededor de nucleos moldeados en drenes de za nja Contra georedes para preve nir la intrusio n del suelo 1.2.3.5 Funci6n protecci6 n Previe ne

0

limita un posible de terioro en un sistema geotecnico. En los e mbalses impe rmeabilizados este siste ma

geotecnico se denomina panta lla impe rmeabiliza nte y estii fo rmado po r el geotextil y la geomembrana. EI geotextil protege a la geomembrana de posibles perforaciones

0

roturas, al fo rmar una barrera antipunzonante bajo la accio n

de la presion de la columna de agua durante la explotacion del e mbalse, del paso de personal y maquinaria durante la construccio n, mantenimie nto, posibles reparacio nes, etc. Tambie n evita las perforacio nes que pod ria ocasio nar el crecimiento de plantas debajo de la pantalla impermeabilizante. De igual fo rma, protege a la Geomembrana del rozamiento con el soporte que se prod uce durante las sucesivas dilatacio nes y contraccio nes que experime nta por efecto de las va riaciones termicas. La lamina impermeabiliza nte se adapta a las irregula ridades del te rreno. La s irregularidades pro nunciadas implica n una te nsio n en la lamina la cual a su vez causa una perdida de espesor en la mi sma dando o rigen a puntos debiles e n los que se podrian producir


13 )

~

Tabla de contenido

posibles perforaciones

0

roturas causadas por objetos punzantes del terreno. La interposicion del geotextil evitarii la

perdida de estanqueidad que se produciria por todas estas causas. , .2.3.6 Funcion de impe rmeab ilizac ion Esta funcion se consigue desarrollar mediante la impregnacion del geotextil con asfalto u otro material impermeabilizante sintetico. EI geotextil debe tener la resistencia y rigidez necesaria para la colocacion del mismo, asi como la capacidad de deformacion suficiente para compensar las tensiones termicas. , .2.4 Uso de geotextiles en norte america par aplicacion La Tabla 1.1 registra el crecimiento que ha tenido la utilizacion de geotextiles en Norteameri ca hasta el ana 2.000. Actualmente se estima que el mercado de los geotextiles a l ano se debe acerca r a los SOO millones de metros cuadrados; similar a las cifras que se deben manejar en Europa. En e l resto del mundo se calcula que se tiene un consumo aproximado delSO% del mercado de Norteamerica. Tabla'.' Utilizacion de los geotextiles en norte america par iirea de aplicaci6n

Aplicaciones

1987

1990

1992

1995

2000

Separacion / Estabilizacion

65

85

87

115

130

Refuerzo

12

l6

'8

25

35

Filtracion I Drenaje

31

35

37

55

62

Proteccion de geomembranas

'4

30

58

85

90

Cntrol de erosion

12

15

'6

20

35

Cortina para sedimientos

12

15

17

23

30

Cubiertas asfiilticas

75

88

88

77

60

Mercado total"

221

284

321

400

442

• En millones de metros cuadrados Fuente: Design With Geosynthetics, Quinta Edici6n.

1.3 GEOMALLAS COEXTRUiDAS Existen diversos metodos para aumentar la capacidad de carga de suelos blandos. Uno de estos, antiguo y todavia efectivo, consiste en reforzar el suelo mediante confinamiento late ral de las particulas de material y aumentar su resistencia a la tension. Tradicionalmente estos efectos se obtenian usando ramas trenzadas

0

colocando troncos de

forma perpendicular. La tecnologia actual, permite e l usa de productos sinteticos disefiados especificamente para obtener el mismo efecto de confinamiento latera l y resistencia a la tension, como pueden ser las geoma llas bi-orientadas coextruidas. Las geoma llas coextruidas son estructuras bidimensionales elabo radas a base de polimeros, que estiin conformadas por una red regular de costillas conectadas de forma integrada por extrusion, con aberturas de suficiente tamano para permitir la trabazon del suelo, piedra u otro material geotecnico circundante.

14 )


La principa l funcio n de las geomallas coextruidas es indi scutiblemente el refue rzo; el uso del tipo de geomalla esta ligado a la direccio n e n que los esfu e rzos se transmite n e n la estructura, po r eje mplo, e n aplicacio nes tales como muros en suelo refo rzado

0

en terraple nes, se utiliza n las geomallas mo no-orie ntadas que son geomallas con una

resistencia y ri gidez mayor e n el sentido lo ngitudinal que e n el transversal. Mientras, que e n estructuras en que la disipacio n de los esfuerzos se realiza de fo rma aleato ria y en todas las direccio nes, como po r ejemplo estructuras de pavimento

0

cime ntacio nes superficiales, se utiliza n geomallas bi-orie ntadas

0

bi-direccio nales las cuales no tie ne n

una d ife rencia considerable fre nte a sus propiedades e n los dos sentidos de la grilla. Las geomallas coextruidas generan un incre mento en la resistencia al corte del suelo. Durante la aplicacio n de una ca rga no rmal al suelo, este es compactado de manera que se produzca una interaccio n e ntre las ca pas de suelo que rodean la geomalla. Con estas condicio nes. se requeririi una carga conside rable mente mayo r para producir un movimiento e n el suelo. EI compuesto suelo-geomalla reduce la resiste ncia al movimie nto, por 10 tanto, el uso de las geomallas produce una condicio n de cohesio n, inclusive en materiales granulares. EI compuesto combina la resistencia a la compresion del suelo con la tensio n de la geomalla, para crea r un sistema que presenta una mayo r rigidez y estabilidad que un suelo sin ningun elemento que soporte estos esfu e rzos. La capacidad que tie ne la geomalla para d istribuir las fuerza s sobre su supe rficie increme ntan las ca racte risticas de resistencia contra los desplaza mientos de la estructura durante el sometimiento de esta a cargas tanto estiiticas como diniimicas. 1.3.1 Clas ificacion Como se me nciono ante rio rme nte se divide n e n dos tipos. los cuales se enuncian a continuacio n. a. Geoma llas Coextruidas Mono-Orientadas

Figura 1.3 Geomatla Coextrufda Mono-orientada.

Las geomallas mono-orie ntadas, son estructuras bi-dime nsionales producidas de polie tileno de alta de nsidad (HOPE) utilizando un proceso de extrusion seguido de un estiramie nto mo no-direccional. Este proceso permite obte ner una estructura monolitica con una distribucio n uniforme de largas aberturas elipticas. desarrollando asi gran fuerza a la te nsio n y gran modulo de te nsio n e n la direccion longitudinal. La estructura de este tipo de geomallas provee un sistema de trabazon optimo con el suelo especialme nte de tipo granular. (Ver Figura 1.3). Este tipo de geomallas coextruidas de HOPE, son total mente ine rtes a las condicio nes quimicas

0

biologicas que se

presentan no rmalmente e n el suelo, poseen g ran resistencia a los esfuerzos de tensio n, soportando hasta 160KN /m ap roximadamente. Esto, con la capacidad del suelo de abso rber los esfuerzos de compresio n, da como resultado el concepto de estructura en suelo refo rzado, similar al concepto del concre to y el acero de refu e rzo.


15 )

~ Tabla de contenido b. Geomallas Coextruidas Bi-Orientadas

Figura 1A Geomalla Coextruida Bi-orientada. Este tipo de geomallas son estructuras bi-dimensionales fabricadas de polipropileno, qufmicamente inertes y con caracteristicas uniformes y homogeneas, producidas mediante un proceso de extrusion y luego estiradas de forma longitudinal y transversal. Este proceso genera una estructura de distribucion uniforme de espacios rectangu lares de alta resistencia a la tension en ambas direcciones y un alto modulo de elasticidad. Asi mismo, la estructura de la geomalla permite una optima trabazon con el suelo. Este tipo de geomallas coextruidas se componen de elementos y nudos rigidos que proveen un g ran confinamiento. Son particularmente efectivas para reforzar estructuras de pavimentos rigidos y flexibles. (Ver Figura 1.4). 1.3.2 Proceso de fabricaci6n Para el caso de las geomallas en polietileno y polipropileno, el proceso de fabricacion es el mismo. In icialmente se tienen laminas del material en el que se realizan unas perforac iones, cuad radas

0

elipticas, de forma uniforme y

controlada sobre toda la lam ina, segun el caso la lamina perforada recibe un estiramiento en una

0

dos direcciones,

el cual se realiza a temperaturas y esfuerzos controlados para evitar la fractura del material mientras que se orientan las moleculas en el sentido de la elongacion.

Figura 1.5 Esquema del proceso de fabricaci6n de las geomallas coextruidas.

16 )


En el proceso intervienen va riables como el peso molecular, la distribucion de este, e ntre otras, pero el mas impo rtan te es la tasa a la que se produce el proceso de elongacio n. EI desarrollo que se ha tenido en la tecnica de fabricacion de este material. ha dado como resultado no solo el incremento en los modulos y la resistencia del material sino que a su vez ha desarrollado una relacion del 100% entre el esfuerzo en los nodos y la resistencia a la tension de las costillas, garantizando un excele nte comportamiento del sistema en el tiempo. 1.3.3 Funciones y aplicaciones EI uso de las geomallas coextruidas bi-orientadas y mono-orientadas, en diferentes campos de aplicacion se define basicamente por su funcion de refuerzo. Esta funcion se realiza cuando la geomalla in icia un trabajo de resistencia a la tension complementado con un trabazon de agregados en presencia de diferentes tipos de materiales. Las principales aplicaciones de las geoma llas coextruidas mono-orientadas se enuncian a continuacion: Refuerzo de muros y taludes. Refuerzo de terraplenes con taludes pronunciados y diques. Estabilizacion de suelos blandos. Repa racion de deslizamientos. Ampliacion de cresta de taludes. Repa racion de cortes en taludes. Estribos, muros y aletas de puentes. Muros vegetados

0

recubiertos con concreto.

Las principales aplicaciones de las geoma llas coextruidas bi- direccionales se enuncian a continuacion: Terraplenes para cam inos y vias ferreas. Refuerzo en bases de caminos pavimentados y no pavimentados. Refuerzo en estructuras de pavimento de pistas de ate rri zaje en ae ropuertos. Refuerzo debajo del balasto de las vias de ferrocarril. Como sistema de contencion sobre rocas fisuradas. EI principal criterio de escogencia del tipo de geomalla es basicamente estud iando como se generan y trasmiten los esfuerzos a 10 largo de la estructura a reforzar, por ejemplo en muros en suelo reforzado, sabemos que los esfuerzos principales estan en una sola direccion debido a la presion lateral de tierras que el suelo retenido ejerce sobre la estructura. Mientras que para refuerzo en estructuras de pavimento, los esfuerzos verticales generados por el trafico, son disipadas en va rias direcciones, por 10 que el diseiio de la geomalla para realizar el refuerzo debe tener las mismas propiedades mecanicas tanto en el sentido longitudinal como en el transversal.

,.4 GEOMALLA DE FIBRA DE VIDRIO Las Geomallas de Fibra de Vid rio, son Geoma llas fl exibles que se utilizan entre capas de concreto asfaltico con el fin de controla r ag rietamientos por refl exion, agrietam ientos por fatiga y deformaciones plasticas, en los revestimientos de concreto asfaltico que se emplean en vias de alto y bajo trafico, autopistas, aeropuertos, plataformas y pa rqueaderos entre otros.


17 )

~ Tabla de contenido 5u principal funcion consiste en aumentar la resistencia a la traccion de la capa asfiiltica y de garantizar bajo una carga vertical. la distribucion uniforme de los esfuerzos horizontales en una mayor superticie, 10 cual se traduce a una vfa sin grietas porvarios arios. La Geomalla de tibra de vidrio presenta un alto modulo de elasticidad, el cual es mayor al modulo de elasticidad del asfalto. La Geomalla de tibra de vidrio es miis eticiente que otros materiales como refuerzo porque el material de modulo mas alto es quien toma sobre si las cargas. Es un material fiicil de reciclar debido a que la tibra es de origen mineral compuesto por arenas de cuarzo y su punto de fusion esta entre 800 y 850 grados centigrados 10 cual permite trabajar en conjunto con cualquier tipo de asfalto. 1.4.1 Proceso de fabricaci6n Las Geomallas de Fibra de Vidrio Pavco son fabricadas por un proceso de tejido de punto usando una serie de tilamentos de tibra de vidrio que forman una estructura de rejilla. Estos tilamentos estiin recubiertos con un polimero que permite que la Geomalla posea una buena adherencia a las capas asfiilticas. Cada tilamento posee alta resistencia a la tension y alto modulo de elasticidad para elongaciones bajas. Esta combinacion hace a la Geomalla de Fibra de Vidrio miis fuerte que el acero libra por libra. 1.4.2 Funciones y aplicaciones Las Geomallas de Fibra de Vidrio Pavco son usadas para la rehabilitacion de pavimentos asfiilticos e hidriiulicos. A continuacion se relacionan los principales campos de aplicacion para la geomalla de Fibra de Vidrio. Control de tisuras de reflexion. Control de Ahuellamientos. Refuerzo continuo en vias de alto tratico. Pistas de aeropuerto. Reparaciones localizadas. Refuerzo de carpetas sobre losas de hormigon. Incrementar la vida util de los pavimentos asfiilticos al aumentar la resistencia a la fatiga de los materiales bituminosos. Como estrategia para disminuir los mantenimientos.

1.5 GEOCOMPUESTOS DE DRENAJE Un geocompuesto de drenaje consiste en la combinacion de geotextil y geored, combinando las cualidades miis sobresalientes de cada material. de tal manera que se resuelva en forma optima la captacion y conduccion de fluidos. La geored es un geosintetico especial mente diseriado para la conduccion de fluidos, el cual es fabricado con un material resistente a los factores termicos, quimicos y biologicos presentes en el suelo y que podrian lIegar a afectar la integridad y desempeiio de la estructura. La geored es un sistema romboidal formado por tendones sobrepuestos conectados entre sf, que forman canales de elevada capacidad drenante, utiles en aplicaciones de ingenie rfa geotecnica, ambiental, hidriiulica y de transporte. EI geotextil empleado para la fabricacion de geocompuestos de drenaje es el No Tejido punzonado por agujas; ya que dentro del sistema cumple la funcion de tiltro para retener el suelo y dejar pasar el agua que posteriormente sera conducido por la geored.

18 )


,.5.1 Clas ificaci6 n Geod re n Pavco Este tipo de geocompuesto su rgi6 biisicamente como una alternativa a los sistemas tradicionales de d renaje y para brindar un producto que tuviera la capacidad de conducir flujos en mayores cantidades que las que un geotextil puede manejar, debido a la magnitud de algunos proyectos. A continuacion se mencionan los tipos de geocompuestos especiales para el control de agua en estructu ras geot~kn i cas 0 de pavimento. a. Geodren Planar

EI Geodren planar es el sistema mas adecuado para captar y conducir los fluidos en su plano hacia un sistema de evacuacion. Este geocompuesto se utiliza principalmente para los sistemas de drenaje en muros de contencion, drenaje de terraplenes, drenaje de campos deportivos, captacion de lixiviados dentro de rellenos sanita rios y sistemas de drenaje en vias. b. Geod ren Circu la r

Figura 1.6 Geodren Circular. EI Geodren circular es un geocompuesto que combina las excelentes propiedades hidraulicas de tres elementos que conforman al sistema: geotextil No Tejido punzonado por agujas, geored y tuberia circula r perforada de drenaje. Este geocompuesto integra estos elementos para obtener un sistema prefabricado de drenaje que, instalado en zanjas 0 trincheras, permite captar y evacua r con alta eficiencia los fluidos. AI igual que el Geodren planar, este sistema de drenaje con tuberia se utiliza para muros de contencion, rellenos sanitarios, campos deportivos, terraplenes y para los subdrenes en Vias, con la funcion ad iciona l de evacuacion de fluidos por medio de la tuberia.


19 )

~ Tabla de contenido , .5.2 Proceso de fabricaci6n EI proceso de fabricaci6n del geocompuesto estii elaborado principalmente por un proceso de laminaci6n de dos capas de geotextil No Tejido punzonado por agujasy una capa de geored. La fabricaci6n de la geored consiste en producir mallas de polietileno de mediana

0

alta densidad de entramado

romboidal. su proceso de fabricaci6n es denominado extrusi6n integral. consiste en la extrusi6n del polimero hacia una matriz consistente en un rod illo contrarotatorio provisto de ranuras longitudinales en su cara exterior montado concentricamente al interior de un cilindro hueco con ranuras identicas en su cara interior. EI pliistico extruido fluye longitudinalmente a traves de las estrias mientras el rodillo y el cilindro giran en sentidos opuestos. Asf, cada una de las caras ranuradas forma un plano compuesto por una serie de filetes paralelos de polimero fundido que se unen por contacto formando de este modo un tubo compuesto por el entramado de celdas romboidales. Este tubo es finalmente estirado dando el tamalio deseado de las celdas y luego cortado longitudinalmente dimdole de este modo la forma de una lamina. EI proceso de laminaci6n del geocompuesto garantiza que se genere un angulo de fricci6n entre las 3 capas de materiales, indispensable cuando se trabaja en taludes con altas pend ientes y asegura que el geocompuesto mantenga su estructura de pantalla drenante durante los severos procesos de instalaci6n. Es posible fabricar el geocompuesto de drenaje con un numero mayor de redes si el caudal de diseno a transportar es mayor a la capacidad de transmisividad de la red con la finalidad de conducir por medio de la pantalla drenante, los liquidos 0 gases hacia el sistema de evacuaci6n.

,.5.3 Funciones y aplicaciones A continuaci6n se enuncian algunas de las principales funciones realizadas por los geocompuestos de drenaje, los cuales funcionan como sistemas de drenaje en estructuras de contenci6n, en vias, entre otras. Como drenaje en los espaldones de los muros de contenci6n. Como drenaje debajo de las geomembranas en presas y cana les. Como sistema de subdrenaje de campos deportivos. Como sistema de subdrenaje debajo de la fundaci6n de edificaciones. Como sistema de subdrenaje en carreteras y pistas de aterrizaje. Como sistema de subdrenaje debajo de terraplenes. En rellenos sanitarios como sistema de evacuaci6n de gases y lixiviados. Sistemas de subdrenaje en s6tanos. Sistema de drenaje de aguas de infiltraci6n en muros de contenci6n. Sistema de subdrenaje en cimentaciones.

1.6 GEOMEMBRANAS La necesidad de reducir el flujo de agua a traves de un medio permeable ha side resuelta en forma tradicional empleando materiales de menor permeabilidad como concreto 0 suelos finos compactados. Es conveniente hacer enfasis en que todos los materiales tienen permeabilidad, y que se distinguen dos tipos: la primaria, que corresponde a la del flujo a traves de un medio homogeneo y la secunda ria que ocurre a traves de discontinuidades.

20 )


En aiios recientes, han surgido productos a base de asfaltos

0

plasticos, de muy baja permeabilidad que se usan

como recubrimientos y barreras para el control del flujo de agua. EI termino recubrimiento es aplicado cuando se utilizan membranas como interfase entre dos suelos

0

como

revestimiento superficial; el termino barrera se emplea cuando las membranas se usan en el interior de una masa de tierra. Para esta funcion se ha ven ido insta lando membranas hechas de polietileno de alta densidad, este es un material que por su resistencia a la accion quimica, se puede calificar como el mas indicado en aplicaciones de impermeabilizacion, alcanzando mayor durabilidad que otros polimeros cuando se encuentran expuestos a cond iciones ambientales y al ataque quimico. La principal caracteristica es su baja permeabilidad con valores de 10- 11 a 10- 11 cmls. Las geomembranas se definen como un recubrimiento

0

barrera de muy baja permeabilidad usada con cualquier

tipo de material relacionado y aplicado a la ingenieria geotecnica para controlar la migracion de fluidos. Las geomembranas son fabricadas a partir de hojas relativamente delgadas de polimeros como el HDPE y el PVC los cuales permiten efectuar uniones entre laminas por medio de fusion termica

0

quimica sin alterar las propiedades

del material. Las geomembranas de polietileno de alta densidad tienen las sigu ientes caracteristicas: Alta durabilidad Resistentes a la mayoria de los liquidos peligrosos - Alta resistencia quimica Resistentes a la radiacion ultravioleta Economicas 1.6.1 Clasificaci6n Igualmente existen membranas con caracteristicas tecnicas especiales; por ejemplo geomembranas de polietileno de alta flexibilidad para el recubrimiento de tuneles; de geomembranas texturizadas para desarrollar mas friccion con el suelo cuando los taludes a impermeabilizar tienen pendientes importantes; de geomembranas con aditivos especiales para retardar la combustion en aplicaciones donde se requieran materiales de construccion con flamabilidad controlada. 1.6.2 Pracesa de fabricaci6n EI proceso de fabricacion consiste en la produccion de rollos de laminas de espesores que usual mente fluctuan entre 0.50 mm (20 mil) y 3.00 mm (120 mil) y cuyas dimensiones estan comprendidas alrededor de los siete metros de ancho y una longitud tal que el peso del rollo, por motivos practicos, no exceda de dos toneladas. La fabricacion de las laminas es lIevada a cabo por la extrusion conjunta del polimetro puro mas una dosis controlada de polimetro con contenido de negro de humo y aditivos, compuestos por antioxidantes y lubricantes que garantizan una larga duracion; induso en condiciones de exposicion a la intemperie. Posteriormente, la mezcla pasa por el proceso de laminacion, a continuacion se mencionan los mas comunes: a. Fabricacion par extrusion plana EI proceso de fabricacion por extrusion plana, consiste basicamente en el paso forzado de la resina extruida entre dos barras de bordes paralelos, cuya sepa racion da el espesor de la lamina.


21 )

~ Tabla de contenido b. Fabricaci6n por soplado Este proceso consiste en la obtenci6n de la lamina por medio de la extrusi6n de la resina entre las paredes de dos anillos concentricos. De este modo resulta un manto cilfndrico de polietileno en el cual, el espesor de la lamina es controlado indirectamente, a traves del caudal extruido y de la velocidad de enrollado. Esta manga es cortada longitudinal mente, obteniendose asi una lamina plana de ancho igual al perimetro del manto cilfndrico. La lamina basica descrita anteriormente puede ser sometida a procesos posteriores para otorgar caracteristicas especiales a una

0

0

simultaneos a su fabricaci6n

ambas superficies de la lamina. Algunos ejemplos son el proceso de

texturizaci6n de las superficies, con el fin de obtener laminas con un mayor coeficiente de fricci6n. , .6.3 Funciones y aplicaciones Los principales campos de aplicaci6n, estan relacionados con obras para la protecci6n del medio ambiente, rellenos sanitarios, piscinas para tratamiento de lodos, lagunas de oxidaci6n, recubrimiento de canales, mineria, acuicultura y recubrimiento de tanques, sin dejar a un lade aplicaciones en el campo de la geotecnia y la hidraulica. Recubrimientos para agua potable. Recubrimientos para reserva de agua. Recubrimientos para desperdicios liquidos. Recubrimiento para material radioactivo 0 desperdicios liquidos peligrosos. Recubrimiento para tanques de almacenamiento bajo tierra. Recubrimiento para espejos solares. Recubrimiento para canales de conducci6n de aguas. Recubrimiento para canales de conducci6n de desechos liquidos. Recubrimiento para material s6lido, material de relleno y apilamiento de basuras. Recubrimiento para evacuaci6n de lixiviados. Capas y cubierta para materiales de relleno y desperdicios s6lidos. Recubrimiento para muros ve rticales: Sencillos 0 dobles con detecci6n de fugas. Control de filtraci6n en presas de tierra. Recubrimientos impe rmeables dentro de tuneles. Para impermeabilizar la cara de tierra en presas de roca. Para impermeabilizar fachadas en mamposteria en presas. Como control de filtraci6n en reservorios flotantes. Como cubierta en reservorios flotantes para control de filtraci6n. Como barrera para los olo res en rellenos. Como barrera para vapores debajo de edificios. Para control de suelos expansivos. Para control de suelos susceptibles a congelamiento. Para prevenir infiltraci6n de agua en a reas sensitivas. Para conducci6n de agua por senderos elegidos. Bajo autopistas para prevenir poluci6n y para recoger derramamiento de liquidos peligrosos. Para actuar como estructura de confinamiento. Para ayudar a establecer uniformidad en la compresibilidad subsuperficial. Como recubrimiento impermeable bajo el asfalto. Para correg ir perdidas por filtraci6n en tanques ya existentes Como formasflexibles donde no se puede permitir perdida de material. Como encapsulamiento de arcillas expansivas.

22 )


,.7 MANTaS PARA CONTROL DE EROSI6N Son esterillas f1 exibles, compuestas por fibras

0

por una matriz tridimensional, que garantizan la proteccion del

suelo, el refuerzo y el buen establecimiento de la vegetacion. EI tipo de manto a utilizar en cada proyecto dependera de: clima, precipitacion, geometrfa del talud (Iongitud, pendiente), tipo de suelo (caracterizacion geotecnica, contenido qufmico, biologico, acidez del suelo).

,.7.'

Clasificacion

Estos mantos se dividen en dos grandes grupos: a. Temporales Este tipo de mantos se utilizan para aplicaciones donde la vegetacion natural (por si sola) provee suficiente proteccion contra la erosion. Su durabilidad biodegradacion

0

0

longevidad funcional comprende entre 1 a 48 meses, la cual se refleja en la

fotodegradacion del manto.

AI final de la vida util del manto se espera que la vegetacion se encuentre totalmente establecida y pueda resistir por sf sola los eventos hidrologicos y climiiticos que generan erosion en el suelo. Dentro de esta clasificacion se encuentran el Agromanto y el Ecomatrix. EI Ag romanto es un no tejido de fibras de fique ylo fique-coco, dispuestas entre una material natural

0

0

dos mallas del mismo

de polipropileno. Se destaca por su excelente capacidad de resistir los agentes erosivos mientras se

biodegrada, integrandose final mente al suelo. Se recomienda su uso y aplicacion en taludes maximo de 45 grad os. EI Ecomatrix es una malla de polipropileno de apariencia natural, color verde, cuya funcion es proteger la superficie del suelo de la erosion producida por eventos naturales como lIuvia s y vientos. AI mismo tiempo, ofrece sombra parcial y una temperatura adecuada para favorecer el desarrollo de la vegetacion. Se recomienda su uso yaplicacion en taludes maximo de 45 grados. b. Permanentes Son mantos conformados por fibras sinteticas no degradables, filamentos

0

mallas procesadas a traves de una matriz

tridimensional, con estabilizacion UVy resistentes a los qufmicos que habitan en el ambiente natural del suelo. Este tipo de mantos se insta lan donde la vegetacion natural, por sf sola, no es suficiente para resistir las condiciones de f1ujo y no provee la proteccion suficiente para la erosion a largo plazo. Los mantos que se emplean para estos casos tienen las propiedades necesarias para proteger la vegetacion y reforzar el suelo, bajo las condiciones naturales del sitio. Su durabilidad

0

longevidad funcional va desde los 48 meses hasta los SO alios, aproximadamente. Su forma

3D y su fibra unica X3 crea una matriz gruesa de vados que atrapan la semilla, el suelo y el agua para un crecimiento mas riipido y mas dense de la vegetacion, proporcionando un esfuerzo adicional que dobla la capacidad natural. Dentro de esta clasificacion se encuentran los TRM. EI TRMSOO PAveD es un manto compuesto por fibras sinteticas, no degradables, filamentos, mallas, procesados en una matriz permanente, tridimensional, estabilizados con UV e inertes a los qufmicos.


23 )

~ Tabla de contenido , .7.2 Funciones y aplicaciones Las principales aplicaciones para los diferentes tipos de mantos son: Proteccion de Taludes. EI uso de mantos en taludes genera una proteccion y un refuerzo adecuado del suelo, dependiendo de las caracterfsticas geometricas de los taludes a proteger, generando un buen establecimiento de la vegetacion. Revestimiento de Canales. En lugares donde se esperan altas velocidades de agua y esfuerzos cortantes, el uso de mantos permanentes genera un sistema de revestimiento hidriiulico funcional, ambienta lmente superior, debido a que retiene sedimientos, permite la recarga de acufferos y disminuye la escorrentfa.

1.8 NEOWEB "· SISTEMA DE CONFINAM IENTO CELULAR Neoweb-, sistema de confinamiento con celdas, hechas a partir de un material unico denominado

Neo lo~ .

Esta

nueva generacion de Geosinteticos ofrece estabilidad dimensional hasta por 75 aiios y rendimiento ajustado a las necesidades presentes de la infraestructura.

Neol o~

hace al sistema de confinamiento celular rfgido, flexible y durable. En particular, las aleaciones patentadas

del sistema Neoweb- permiten garantizar la estabilidad dimensional a la rgo plazo a: , ) creep b) fat iga

,)

fisuras

d) oxidacion

-) temperaturas extremas

fI exposiciones a rayos UV

24 )


Ademas, Neoweb" es resistente a altas temperaturas, a la intemperie y a la accion del agua, que puede afectar al concreto hidraulico, al ace ro y a las soluciones convencionales de madera. Las ca racteristicas y el desempeiio del Neoloy"' han side validadas por TRI (Texas Research International), division de geosinteticos. La durabilidad y estabilidad dimensional son factores criticos para mantener el desempeiio desde el punto de vista de ingenieria a largo plazo de la estructura de pavimento. Neoweb 8 como material de construccion est
0

fachada para muros en suelo

reforzado con geotextil ylo geomalla. Neoweb" es idea l en aplicaciones de control de erosion en taludes. cana les y margenes de rios. Por su configuracion permite obtener revestimientos vegetados, en material granu lar, en grava ylo en concreto. Las caracteristicas del material de lIenado dependeran de las condiciones de agresividad hidraulica

0

erosiva del sitio de insta lacion. En el

caso que el acabado sea en concreto, la Neoweb" permite un lIenado mas eficiente sin necesidad de uso de formaletas ni ace ro de refuerzo. Neoweb" trabaja conjuntamente con las Geomembranas para crear sistemas total mente impermeables y resistentes por ejemplo en cana les, reservorios, rellenos sanitarios, lagunas, entre otros.


25 )

~ Tabla de contenido

26 )

MANUAL Y SOFTWA

DE DISENO

Geosoft® PAVCO

•

CAPrTULO

NORMAS DE ENSAYO ... y ESPECIFICACIONES DECONSTRUCCION Vol.er al in dice


28 )


Para justitica r el uso de un geotextil e n dete rminada funci o n, debe n rea liza rse una serie de ensayos de laboratorio, que ayuden a predecir el compo rtamie nto de las estructuras reales e n las que se va a utiliza r. Existen difere ntes no rmati vas dependie ndo del pais donde estas se apliquen, e n este capitulo se hace referencia a las no rmas colo mbianas del INvtAS basadas en las no rmas dadas por la ASTM, organi zacio n fundada en 1898, sin tines de lucro que ofrece un fo ro mundial para el desarrollo y publicacio n de estandares de consenso voluntarios para mate riales, productos, sistemas y servicios. En cada no rma se explica ra el concepto fundam e ntal del ensayo, equipo utilizado y el procedimiento, con el tin de entender la importancia que tie nen en las dife re ntes aplicacio nes de los geotextiles. Como compleme nto a los ensayos de laborato rio y en la busqueda de una correcta utilizacio n de los geosinteticos, en Latinoa me rica se han desarrollado algunas especiticacio nes para la instalacio n de los mismos, dentro de las que podemos citar: Peru: Ministerio de Transportes y Comunicacio nes: Especiticacio nes Tecnicas Ge ne rales para Construccio n de Carrete ras (EG-2000), e n sus secciones: 1.1

Seccio n 6S0: Geotextiles (Tablas de especiticacio nes minimas para cada aplicacio n).

1.2

Seccio n 6S 1: Separacion de suelos de subrasante y capas granulares con geotextil (g uia de construccio n e instalacio n, valo res de resiste ncias refe ridas a la seccion 6S0).

1.3

Seccio n 6S2: Subdrenes con geotextil y mate rial g ranu lar (g uia de construccio n e instalacio n, valo res de resiste ncias referidas a la seccion 6S0).

1.4

Seccio n 6S3: Geotextil para pavime ntacio n (g uia de construccion e instalacio n, valo res de resistencias refe ridas a la seccio n 6S0).

Costa Rica: "Especiticacio nes Generales para la construccio n de carrete ras, caminos y puentes de Costa Rica" CR - 2010. Ministerio de Obras Publicas y Transpo rtes (MOPT). Consejo Nacio nal de Vialidad (CONAVt) Seccio n 207 Geotextiles para Movimie ntos de Tie rras Seccio n 2SS Muros con Suelo Reforzado Seccio n 60S Subdre najes Seccio n 629 Materiales para el control de la erosio n Seccio n 714 Mate riales geocompuestos y geotextiles para drenaje Seccio n 719 Geotextiles para Pavimentos Guatema la: Ministerio de Comunicacio nes, Infraestructura y Vivie nda: Especiticaciones Ge nerales para Construccio n de Carreteras y pue ntes, en sus seccio nes: Geosinteticos utilizados en movimientos de tie rras para te rraplenes. Seccio n 211. Zampeado (Rip-Rap). Seccion 2S 1. Gavio nes y Colcho nes para Revestimie nto. Seccion 2S3. CAPITULO 2: NORMAS OE ENSAYO YESPECIFlCACIONES DE CONSTRUCCION

29 )

~ Tabla de contenido Muros de rete ncio n de suelo estabilizado mecanica me nte con Geosinteticos. Seccio n 2SS. Geosinte ticos para pavime ntacio n. Seccion 409. Subd re najes. Seccio n 60S. Control de Erosio n. Seccio n 801. Este ras para el control de la e rosio n, tejido de prime ra to rsio n y siste mas celula res de contina mie nto. Seccio n 807. Ec uado r: Mini ste rio de Transpo rtes: Es peciticacio nes Tecnicas Ge ne rales pa ra Construccion de Ca rre te ras, e n sus seccio nes: Geotextil pa ra Estabilizacion de Subrasa nte (Tablas de especiticacio nes minimas). Articulo 402-6. Geomalla biaxial para Estabilizacio n de Subrasa nte (Tablas de especiticacio nes minimas). Art iculo 402-7. Membranas sinteticas para esta bilizacio n e impermeabilizacion (encapsulado) de la subrasa nte. Articulo 402-8. Dre nes y Subdrenes. Articulo 822. Chile: Volumen No. S del Ma nual de Carrete ras de la Direccion de Vialidad. Especiticacio nes Tecnicas de Construccio n - Seccio n S.204 Geotextiles Mexico: Especiticaciones y recome ndacio nes con geosinte ticos Secreta ria de Comunicacio nes y Tra nsportes de Mexico. Ministe rio de Tra nsportes: Especiticacio nes Tecnicas Ge ne rales para Construccio n de Carre te ras, en sus secciones: Sepa racio n de suelos con geote xtiles Refue rzo de suelos con geotextil Refue rzo de suelos con geomallas Refue rzo de te rraple nes sobre suelos bla ndos Subdre naje con geotextiles no tejidos Subdre naje con geod re n Muros e n suelo reforzados con geosinteticos Repavime ntacio n con geotextiles Repavime ntacio n con geomallas de ti bra de vid rio Ma ntos pa ra control de e rosio n Colo mbia: Asi mismo e n Colo mbia se ha n desa rrollado las especiticacio nes del INVIAS basadas e n la AAS HTO M288-0S pa ra la construccio n de: Sepa racio n de suelos de subrasa nte y ca pas gra nulares con geotextil (Articulo 23 1) Estabilizacion de suelos de subrasante y capas granula res con geotextil (A rticulo 232) Pavime ntacio n y repavimentacio n con geotextiles (Articulo 464) Subdre nes con geotextil y mate rial gra nula r (A rticulo 673) Productos e nrollados pa ra control de e rosio n (A rticulo 811 )

30 )


NORMAS DE ENSAYO

2.1 METODO PARA LA DETERMINACI6 N DE LA CARGA DE ROTURA Y LA ELONGACI6N DE GEOTEXTILES (METODO GRAB) ASTM D-4632, INV E- 901 Esta norma consiste en aplicar a muestras de geotextil es Tejidos y No Tejidos una carga que se incrementa continua mente en sentido longitudinal, hasta alcanzar la rotura. Los va lores para la carga de rotura (tension Grab) y la elongacion (elongacion Grab) del especimen de ensayo se obtienen de las escalas maquinas, de d iagramas de registro autogriificos

0

0

diales de las

de computadores interconectados. Esta norma determina

una propiedad indice. La norma incluye los procedimientos para medir la carga de rotura y la elongacion mediante el metodo Grab, tanto en estado seco como en estado hlimedo; sin embargo, el ensayo normal mente se realiza en seco a menos que se especifique de otra manera. EI equipo requerido para realizar el ensayo es el sigu iente: (Ver Grafica 2.1) 1. Miiquina para el ensayo de Traccion: la maquina de ensayo debe estar dotada de un dispositivo para medir longitudes de alargamiento de las probetas. debe garantizar que la velocidad de separacion se mantenga constante con el tiempo y debe constar de un par de mordazas entre las cua les se coloca el geotextil que va a ser ensayado. 2. Mordazas: las mordazas deben tener superficies de agarre paralelas, planas y capaces de prevenir el des lizamiento del especimen durante un ensayo. Cada mordaza debe tener una superficie de 25.4 mm por 50.8 mm, con la dimension miis la rga paralela a la direccion de aplicacion de la carga . Las superficies de las mordazas deben ser igua les y esta r alineadas, una respecto de la otra . EI nlimero de muestras necesario para realizar el ensayo es de 10.

CAPITULO 2: NORMAS OE ENSAYO Y ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION

31 )

~

Tabla de contenido

Cargo

MediciOn de fuerza Celeb de cOfga

t

Mordazas "",a

mantener , f;a~

prabeta

~-cabeW "cB lija

Probeta de prueba

~

CD~-

cabew lija

t

Cabezal m6vil: movimiento constante

Grafica 2.1 Ensayo de Tensi6n Grab

PROCEDIMIENTO 1. 5e ajusta la distancia entre las mordazas al comienzo del ensayo a 75 ± 1 mm. 5e selecciona la esca la de carga de la maquina de ensayo de manera que el va lor maximo se presente entre 10% Y 90% de la esca la total de carga. 5e ajusta la maquina para que opere a una velocidad de 300 ± 10 mm/ min. 2. 5e asegura el especimen en las mordazas de la maquina de ensayo, teniendo cu idado que la dimensi6n larga este 10 mas paralela posible a la direcci6n de aplicaci6n de la carga. 5e debe asegurar que la tensi6n en el especimen sea uniforme a traves del ancho sujetado por las mordazas. 5e inserta el especimen en las mordazas de tal manera que, aproximadamente, la longitud de la tela que se extienda por detras de la mordaza sea la misma en cada extremo. 5e ubican las mordazas en la mitad y en direcci6n del anc ho. 3. 5i el especimen se desliza de las mordazas. si se rompe en el borde de las mordazas

0

en estas, 0 si por cualquier

raz6n at ribuida a una falla de operaci6n el resultado desciende notablemente por debajo del promedio del grupo de espedmenes, se descarta el resultado y se toma otro especimen. 5e continua este procedimiento hasta obtener el numero requerido de roturas aceptables.

32 )

labia de contenido ~

4. Se enciende la miiquina de ensayo de traccion y el dispositivo de medicion de iirea (si se utiliza) y se continua efectuando el ensayo hasta producir la rotura. Se detiene la miiquina y se reajusta en la posicion de ca libracion inicial. Se registran e informan los resultados para cada direccion en forma separada. S. Para evitar el deslizamiento del especimen en las mordazas, se pueden hacer las siguientes modificaciones: (1) Las mordazas pueden ser forradas

0

recubiertas; (2) la tela puede ser protegida bajo el iirea de la mordaza

o (3) la superficie de la mordaza puede ser modificada. En ningun caso se pueden modificar las dimensiones establecidas. Si se realiza una de las modificaciones mencionadas, se debe registrar en el informe. 6. Para medir la elongacion del especimen, tanto la longitud ini cial como la elongacion medida dependen de la tension previa aplicada al colocar el especimen en las mordazas de la miiquina. En este caso se asegura el espEkimen con una mordaza de la miiquina y se aplica una tension previa aproximadamente de 0.5% de la carga de rotura,

0

una carga inicial espec ificada para el material en cuestion, antes de sujetar el especimen

con la otra mordaza. 7. A menos que se especifique de otra manera, se mide la elongacion del geotextil con la ca rga establecida mediante un dispositivo autograficador, y al mismo tiempo se determina la resistencia a la rotura. 5e mide la elongacion desde el punto donde la curva deja el eje de la carga

ce r~,

establecido despues de aplicar la precarga,

hasta el punto de la fuerza correspondiente en milfmetros. REFERENCIAS ASTM D 4632-91 lCONlEC 1998 (C16.105/83)

2.2 METODO PARA LA DETERMINACION DEL iNDICE DE RESISTENCIA AL PUNZONAMIENTO DE GEOTEXTILES, GEOMEMBRANAS Y PRODUCTOS RELACIONADOS ASTM D-4833, INV E - 902 Esta norma establece el metodo para determinar el indice de resistencia al punzonamiento de geotextiles, geomembranas y productos relacionados y consiste en colocar un especimen sin tension, entre las placas circulares del dispositive anular de sujecion de la miiquina de ensayo. Se aplica una fuerza en la parte central, mediante una barra de acero solido, conectada al indicador de carga, hasta que se rompa el especimen. La miixima fuerza registrada corresponde a la resistencia al punzonamiento. EI equipo requerido para realizar este ensayo es el siguiente: (Ver Griifica 2.2) 1. Miiquina para el ensayo de traccion - compresion: La miiquina de ensayo es del tipo de coeficiente constante de extension (CCEl, con registrador grafico. 2. Dispositive anular de sujecion: el dispositive consiste en dos placas concentricas con un orificio de diiimetro interne de 45 ± 0.025 mm, que permite sujetar el especimen sin que se deslice. 5e sugie re que el diiimetro externo sea 100 ± 0.025 mm y el diiimetro de los seis agujeros usados para asegurar el ensamble sea de 8 mm y que esten igua lmente espaciados sobre una circunferencia de radio de 37 mm. Las superficies de estas placas pueden tener ranuras con anillos en '0· 0 papel de lija iispero pegado sobre ambas superficies. 3. Aditamento punzante: barra de acero solido de un diiimetro de 8 ± 0.0 1 mm, con extreme plano con borde biselado de 45° = 0.8 mm, que hace contacto con la superficie del especimen de ensayo.

CAPITULO 2: NORMAS OE ENSAYO Y ESPECIFlCACIONES DE CONSTRUCCION

33 )

~

Tabla de contenido

Di6metro 45 mm ± 0.025 mm Di6metro l00mm±0.Q25mm

lodos los ogujeros de 8 mm de di6metro ,gualmente espadados RadIo 37 mm ± 0.Q25 mm

VISTA SUPERIOR 12mm

I

1

~/o~

SuperfICle

ranU(QS con anillo en " 0" o popel de lija fijada a las planchas

Geatexhl Geomembrana

-----'' ----_---''--1

mm

I

I~ 18mm

f

5O. mm Acabado a m6quina

Bisel Bmm±O.l mm Chanan de O.B

Grafica 2.2 Ensayo de Punzonamiento EI numero de espedmenes necesarios para e l ensayo es de 15, cortados en forma circular con un diametro minima por especimen de 100 mm para facilitar la instalacion en e l d ispositivo anular de sujecion. Las muestras nunca deberan tomarse cerca de los bordes, se deben tomar a una d istancia minima de 1110 del ancho de l ro llo del geotextil, geomembrana

0

producto relacionado

PROCEDIMIENTO 1. Se selecciona e l inte rvalo de carga de la maquina de ensayo de tension, de tal forma que la rotura ocu rra entre e ll 0% y e l90% de la carga total de la maquina. 2. Se centra y se asegura e l especimen entre e l d ispositivo anular de sujecion, de tal forma que e l especimen se extienda mas a lia de los bordes exteriores de los an illos. 3. Medida de la carga de rotura. Se realiza e l ensayo con la maquina a una velocidad de 300 ± 10 mm/min hasta que el ad itamento punzante rompa completamente e l especimen de ensayo. Se toma la carga de rotura que corresponda a la mayor carga registrada en el instrumento de lectura, durante el ensayo. Esta carga de rotura corresponde a

34 )


la resistencia al punzonamiento. En el caso de obtener en el ensayo un dob le pico de la carga miixima, el valor a reportar debe ser el correspondiente al primer pico, descartando el valor del segundo aunque este sea mayor. 4. Si el especimen no se rompe debido a su deslizamiento entre los an illos de agarre

0

si la barra se desliza entre

dos fibras adyacentes sin causar su rotura, estos resultados no seran tenidos en cuenta y deberii ensayarse otro especimen. REFERENCIAS ASTM D 04833 lCONTEC 3299 (C16.168/91)

2.3 METODO PARA LA DETERMINACION DE LA RESISTEN CIA AL RASGADOTRAPEZOIDAL DE GEOTEXTILES ASTM D-4S33, INV E - 903 Este metodo de ensayo es un indice que permite determinar la fuerza requerida para continuar

0

propagar un

rasgado en geotextiles tejidos, no tejidos, tejidos de punto y telas estratificadas, por el metodo trapezoidal. Esta norma desc ribe el procedimiento para la dete rminacion de la resistencia al rasgado trapezoidal de geotextiles. Este metodo corresponde a una propiedad indice y no ofrece la informacion suficiente para considerarse un criterio de diselio en todas las aplicaciones de geotextiles. La resistencia al rasgado trapezoidal de geotextiles tejidos es determinada biisicamente por las propiedades de las cintas

0

elementos que los constituyen, los cuales estiin sujetos por las mordazas. En geotextiles no tejidos, deb ido a

que las fibras estiin dispuestas de una forma mas

0

menos aleatoria y son capaces de reorientarse en direccion a la

ca rga aplicada, la miixima resistencia al rasgado trapezoidal de la nueva reorientacion se logra cuando se desarro lla una tension mayor que la requerida para romper una 0 mas fibras simultiineamente. EI equipo necesario para realizar este ensayo es el siguiente: 1. Miiquina para el ensayo de traccion: la maquina de ensayo debe estar dotada de un dispositivo para medir longitudes de ala rgamiento de las probetas, debe garantizar que la velocidad de separacion se mantenga constante en el tiempo y debe constar de un par de mordazas entre las cuales se coloca el geotextil que va a ser ensayado. 2. Mordazas: deben tener superficies de agarre paralelas, planas y capaces de prevenir el des lizamiento del especimen durante el ensayo. Las dimensiones de cada mordaza deben ser 50.8 mm por 76.2 mm (como minimo), con la dimension miis larga perpendicular a la direccion de aplicacion de la carga. 3. Molde trapezoidal: este molde es opcional y se utiliza para marcar el especimen . EI numero de especimenes necesario es de 10, tomados a una distancia minima de 1/20 del ancho a partir del borde de la tela

0

a l SO mm, escogiendo el menor. De cada muestra se cortan especimenes rectangulares de 76.2 mm por

201.6 mm. Se cortan sentido longitudinal y en sentido transversal. PROCEDIMIENTO 1. En caso de rea lizar el ensayo en cond icion humeda, este deberii hacerse dentro de los siguientes dos (2) minutos despues de retirar el especimen del agua.

CAPITULO 2: NORMAS DE ENSAYO Y ESPECIFlCACIONES DE CONSTRUCCION

35 )

~ Tabla de contenido 2. Se fija la distancia entre las mordazas al iniciar el ensayo en 2S ± 1 mm y se fija el intervalo de carga para la maquina de ensayos de tal forma que la carga maxima ocurra entre el l S% y el 8S% de la escala total. La velocidad de operacion de la maquina se debe mantener constante en 300 ± 10 mmlmin. 3. Asegurar el especimen de ensayo en la maquina sujetandolo a 10 largo de los lados no paralelos del trapecio de tal manera que los bordes de las mordazas esten en linea con ellado del trapecio de 2S mm de longitud y el corte este en el centro de las mordazas. Se debe dejar ellado mas corto de tal forma que quede tirante y permita que la tela sobrante quede en forma de pliegues. 4. Poner en movimiento la maquina y registrar la fuerza de rasgado en un grafico. La fuerza de rasgado puede alcanzar va rios picos, en este caso se deben presentar los diferentes maximos y minimos y regi strar la maxima fuerza obtenida en Newtons. S. Si el geotextil se desliza entre las mordazas

0

si 2S% 0 mas del especimen rompe en un punto entre los S mm

cercanos al borde de la mordaza, se puede escoger una de las siguientes alternativas: (1) forrar

0

recubrir las

mordazas, (2) proteger la tela bajo el area de las mordazas; (3) modificar la superficie de la mordaza. Si una de las modificaciones anteriores es escogida, esta debe ser indicada en el informe. En ningun caso se pueden modificar las dimensiones establecidas. 6. Si el resultado de un ensayo individual se desvia 2S% 0 mas del promedio de los resultados del ensayo de una muestra, este no debe ser tenido en cuenta, y un especimen adicional debe ser ensayado. Calcular el promedio excluyendo los valores extremos. REFERENCIAS ASlM D4S33 ICONlEC 2003 (C16.11 3/84)

2.4 METODO PARA LA DETERMINACI6N DE LA RESISTENCIA AL ESTALLIDO DE GEOTEXTILES (METODO DEL DIAFRAGMA HIDRAu Ll COMULLEN BURST) ASTM D-37B6, INV E - 904 Esta norma tiene por objeto determinar la resistencia de los geotextiles tejidos y no tejidos al esta llido, empleando el metodo de ensayo de diafragma hidraulico (Mu llen Burst). Esta norma determina una propiedad indice y consiste en prensar un especimen de geotextil sobre un diafragma expandible. EI diafragma es expandido por presion de fluido hasta el punto de rotura del especimen. La diferencia entre la presion total requerida para romper el especimen y la presion requerida para inflar el diafragma se reporta como la resistencia al estallido. Nota: Para los geotextiles tejidos se recomienda usar el ensayo de CBR Modificado GRI GSl -86 para determinar la resistencia al estallido. EI equipo requerido para realizar este ensayo es el siguiente: (Ver Grafica 2.3) 1. Maquina de ensayo de diafragma hidraulico Burst: La maquina de ensayo debe cumplir los requisitos de los lite rales (a) al (d). En caso de desacuerdo, se debe utilizar una maquina de ensayo de motor, a menos que el vendedor y el comprador acuerden otra cosa. a) Mordazas: las mordazas se utilizan para asegurar firme y uniformemente el especimen de ensayo, ubicadas entre dos superficies anulares, planas, paralelas y preferiblemente de acero inoxidable, evitando el deslizamiento del especimen durante el ensayo. Se debe usar una presion suficiente para mini mizar el deslizamiento.

36 )

Tabta de contenido ~

b} Las superficies de prensado superio r e inferior deben tener un diiimetro externo de minima 75 mm y aberturas coaxiales de 31 ± 0.75 mm de diiimetro. Las superfi cies de las mordazas entre las cuales se coloca el especimen deben tener ranuras concentricas espaciadas 0,8mm como minima y una profundidad mayor a 0,0 15 mm desde el borde de la abertura. Las superficies de las mordazas deben ser metiilicas y cualquier borde que pueda causar corte debe ser redondeado a un radio miiximo de 0,4 mm. La mordaza infe rio r debe estar integrada con la ciimara de presion en la cua l un tornillo opera para generar una presion en un medio liquido a una tasa constante de 95 ± 5 ml/min contra el diafragma de caucho. c} Diafragma: el diafragma debe ser de caucho sintetico moldeado de 1,80 ± 0,05 mm de espesor, con un refuerzo central. EI diafragma se coloca entre la mordaza de prensado infe rio r y el resto del aparato, de tal forma que antes que el diafragma se extienda por presion inferio r, el centro de su superficie superior este por debajo del plano de la superficie de sujecion. La presion requerida para levantar la superfi cie libre del plano del diafragma deberii ser de 30 ±S kPa. Esta presion deberii ser revisada por 10 menos una vez al mes, haciendo puente con un manometro adecuado para medir esa presion. EI diafragma se deberii inspeccionar frecuentemente para ver si hay distorsion permanente y renova rlo si es necesario. d) Medidor de presion: se debe utilizar un medidor de maxima presion de tipo Bourdon, con una capacidad adecuada, graduado en libras y con una precision dentro del range de su escala del 1% de su capacidad miixima. La capacidad del medidor debe ser tal que las lecturas individuales se localicen entre eI 25% Y el 75% de la capacidad total. e} Sistema hidriiulico de presion: consiste en un medio de aplicacion de presion hidrostiitica con un incremento controlado en la parte inferior del diafragma hasta que el especimen de ensayo estalle. La presion se aplica por medio de un fluido que se desplaza a una tasa de 95 ± 5 ml/ min. EI fluido es desplazado en la ciima ra de presion del aparato por medio de un piston. EI fluido recomendado es un USP quimicamente puro con 96% de glicerina. EI sistema hidriiulico, incluyendo los medidores (manometros), debe ser montado de tal forma que quede libre de vibraciones externas inducidas. Debe existir un medio para que en el instante del estallido del especimen se interrumpa cualquier aplicacion posterior de presion y para mantener inalte rable el contenido del recipiente de presion hasta que la presion total de estallido y la requerida para expand ir el diafragma indicadas en el manometro, sean registradas. Nota: Se puede usar Etilenglicol para sustituir la glicerina. f)

Liiminas de aluminio para calibracion del equ ipo: liiminas de aluminio ensayadas previamente, con una resistencia al estallido entre 70 y 790 kPa, se emplean para verificar el correcto funcionamiento del equ ipo.

Grafica 2.3 Ensayo resistencia at estatlido

CAPITULO 2: NORMAS DE ENSAYO YESPECtFtCACtONES DE CONSTRUCCtON

37 )

~ Tabla de contenido EI numero de especimenes para este ensayo es de 10, tomados a una distancia minima de 1/1 0 del ancho a partir del borde de la tela. De cada muestra se cortan especimenes cuadrados de 125 mm de lade

0

circulares de 125 mm

de diametro. PROCEDIMIENTO 1. Apa rato de impulsion manual a) 5e inserta el especimen acondicionado bajo el tripode, tirando el geotextil a traves de la base, se prensa ajustandolo hasta el nivel de prensado, girandolo a la derecha tanto como sea posible. b} 5e gira el volante manual en el sentido de las agujas del reloj, a una tasa uniforme de 120 rpm hasta que la muestra rompa. c) 5e para de girar el volante en el instante de rotura del especimen. d) Inmediatamente despues de la rotura yen rapida sucesion, se alivia el nivel de prensado sobre el especimen. Luego se disminuye el esfuerzo sobre el diafragma por movimiento del volante en sentido contrario a las agujas del reloj hasta su posicion inicial y se registra la presion requerida para inflar el diafragma (presion de tara). Se registra la presion total requerida para la rotura del especimen. Nota: 5i la presion deja de incrementarse por limitaciones de la escala yel especimen no se ha roto, se presiona la palanca de maniobra para retirar la presion; ademas se indica que la resistencia del geotextil excede las limitaciones dimensionales del aparato. 5i se nota deslizamiento del especimen se descarta el resultado y se utiliza un nuevo especimen. 2. Aparato de impulsion por motor a) 5e inserta el especimen acondicionado bajo el tripode. b} 5e infla el diafragma. Mientras que el diafragma se este inflando, se debe asegurar que no haya perdidas de presion en el momento de rotura del especimen. 5e registra la presion obtenida. c) Inmediatamente despues de la rotura y en rapida sucesion, se retira la palanca de prensado sobre el especimen, luego se alivia la tension sobre el diafragma y se registra la presion requerida para inflar el diafragma (presion de tara). REFERENCIA5 ASlM D 3786-87 ICONlEC 2 678 (C3 1.051/87)

2.5 METODO PARA LA DETERMINACI6N DE LA PERMEABILIDAD AL AGUA DE LOS GEOTEXTILE S POR MEDIO DE LA PERMITIVIDAD ASTM D-449 1, INV E - 90S Este metodo de ensayo proporciona procedimientos para determinar la conductividad hidraulica (permeabilidad al agua) de los geotextiles en terminos de permitividad bajo cond iciones de ensayo estandarizadas, sin someter el especimen a carga normal. Esta norma incluye dos procedimientos: EI ensayo de cabeza constante y el ensayo de cabeza variable.

38 )


1. Ensayo de cabeza constante: se mantiene una cabeza de 50 mm de agua sobre el esp,kimen de geotextil durante el ensayo. Se determina el caudal por metodo volumetrico. EI ensayo de cabeza constante es usado cuando el caudal de agua que pasa a traves del geotextil es tan grande que se dificulta tomar lecturas en el cambio de la cabeza con respecto al tiempo. 2. Ensayo de cabeza variable: se establece una columna de agua que pasa a traves del especimen de geotextil y se toman las lecturas de los cambios de cabeza con respecto al tiempo. EI caudal de agua a traves del geotextil debe ser 10 suficientemente lento para obtener medidas exactas. Nota: 5e ha demostrado que los datos obtenidos utilizando cualquiera de los dos ensayos arrojan resultados concordantes. La seleccion del metodo de ensayo se deja a crite rio del responsable del ensayo. EI equipo requerido para realizar este ensayo debera conforme a uno de los siguientes arreglos: (Ver Grafica 2.4) a.

Los aparatos deben ser capaces de mantener una cabeza constante de agua en el geotextil que esta siendo probado.

b. Los aparatos deben ser capaces de ser usados como el aparato del ensayo de cabeza variable. 1. EI aparato en si no debe intervenir en el establecimiento de los parametros del ensayo (caudal. cabeza, seccion transversal. tiempo). 5e debe establecer una curva de ca libracion (caudal vs cabeza) para el aparato solo con el proposito de establecer las correlaciones correspondientes 2. EI dispositivo consiste en una unidad alta y una baja, las cuales estan sujetas la una de la otra. EI especimen geotextil es colocado en la parte inferior de la unidad alta. EI dispositivo tiene ademas un tubo para la medicion del valor de la cabeza constante. La va lvu la colocada en el tubo de descarga permite ajustes de la cabeza de agua en la parte infe rior del especimen. 3. Para obtener resultados confiables. se debe usar agua limpia y deaireada usando una bomba de vado de 710 mm de mercuric (Hg) por un periodo de tiempo que lIeve el contenido de oxigeno disuelto del nivel mas bajo hasta un maximo de seis (6) partes por millon. EI contenido de oxigeno disuelto podra ser determinado por un aparato quimico comercial disponible

0

por un medidor de oxigeno disuelto. EI agua deaireada se debe

almacenar en un tanque cerrado hasta alcanzar la temperatura de laboratorio. Nota: EI sistema de eliminacion de aire podra ser un sistema comercial disponible

0

podra consistir en una bomba de

vacio capaz de remover un minima de 150 I/min de aire conectado con un tanque de almacenamiento no colapsable, con capacidad suficiente para almacenar una serie de pruebas 0 por 10 menos una prueba al mismo tiempo. Con el proposito de obtener un valo r representativo de la permitividad se deben tomar especimenes de cada metro cuad rado a ensayar y seleccionar cuatro (4) especimenes cortados de acuerdo con las dimensiones y las recomendaciones del aparato disponible. EI diametro de los especimenes deber ser minima de 25 mm. Para acondicionar los especimenes, estos deben saturarse en la muestra de agua deaireada dentro de un recipiente cerrado, manteniendolo por un periodo de dos (2) horas bajo las condiciones de laborato rio.

CAPITULO 2: NORMAS OE ENSAYO YESPECIFlCACIONES DE CONSTRUCCION

39 )

Grafica 2.4 Equipo ensayo de permeabilidad

PROCEDIMIENTO ENSAYO DE (ABEZA CONSTANTE 1. Ensamblar e l aparato con la muestra en su luga r. 2. Abrir la va lvu la de purga, empezar a lIena r e l sistema a traves de la tuberia de medici6n con agua desaireada, si se Ilena de esta forma se obliga a que e l aireatrapado salga del sistema y/o de l geotextil. Nota: EI agua debe estar en e l nivel inferior de l especimen de ensayo en e l momento la colocaci6n del especimen. 3. Cerrar la valvu la de purga una vez que el agua sa lga a traves de esta. Continuar con el lIenado de l aparato con agua deaireada, hasta que e l nivel de agua alcance e l reboce. 4. Con e l agua f1uyendo en e l sistema a traves de la entrada de agua, ajusta r la tuberia de descarga con una tasa de flujo de agua dentro del apa rato hasta obtener 50 mm de cabeza de agua sobre e l geotextil. Esta es la cabeza (h) bajo la cualla prueba puede ser lIevada a cabo in icia lmente. 5. 5umergir un tubo acoplado a la fuente de vado hasta la superficie de l geotextil, luego se debe mover e l tubo suavemente sobre la superficie mientras que se aplica una ligera aspiracion con e l proposito de remover cualqu ier particula de a ire atrapada que pueda estar dentro

0

sobre e l especimen. 5i es necesario, ajuste la cabeza a 50

mm despues de remover la asp iradora. 6. Registrar los va lores de tiempo (t). caudal (Q) recogidos de l tubo de descarga y temperatura de l agua (T), sosten iendo la cabeza a 50 mm. Hacer a l menos 5 lecturas por especimen y determinar e l va lor promedio de la permitividad por especimen.

40 )


Nota: EI caudal debe ser medido en mililitros (ml) y luego convertido a milfmetros cubicos (mml) para e l ciilculo de permitividad. (1 ml

=

1000 mml).

7. Despues de que la primera muestra ha side probada bajo una cabeza de 50 mm, usando la misma muestra, empezar con 10 mm de cabeza y repetir e l procedimiento. tncrementar la cabeza en 5 mm despues de cada cinco lecturas, hasta alcanzar 75 mm. Usar esta informacion para determinar la region de flujo laminar. Trazar la tasa de flujo volumetrico v contra la cabeza. La cantidad de flujo Q debe ser corregida para 2OOC. La porcion inicial de la linea recta de la griifica define la region del flujo laminar. Si los 50 mm de cabeza estiin fuera de la region de flujo laminar, repetir el ensayo usando una cabeza deagua en la mitad de la region del flujo laminar. 8. Repetir los pasos 1 a 6 en los tres especimenes adicionales acondicionados previa mente. PROCEDIMIENTO ENSAYO DE CABEZA VARIABLE 1. Realizarel mismo procedimiento descrito en los pasos 1 a l 5 del ensayo de cabeza constante 2. Ajustar e l tubo de descarga de manera que la salida se encuentre por debajo del nivel del especimen de ensayo. 3. Ajustar e l nivel de agua a 150 mm. Una vez que e l agua alcance este nivel, cortar e l abastecimiento de agua y

permitir que e l nivel de agua descienda a 80 mm. En este punto, comenzar a cronometrar y determinar e l tiempo para e l cua l e l nivel de agua desciende hasta 20 mm (t). 4. Registrar e l diiimetro interne (d) de la unidad superior, e l diiimetro (D) de la porcion expuesta del especimen y la temperatura del agua (T). Hacer al menos cinco lecturas por especimen ensayado. 5. Repetir e l procedimiento de los tres especimenes restantes acondicionados previa mente. REFERENCIA5 ASTM D449 1 -92 tCONTEe 2002

2.6 METODO DE ENSAYO ESTANDAR PARA DETERMINAR EL ESPESOR NOMINAL DE GEOTEXllLES Y GEOMEMBRANAS ASTM D-5 199, INV E- 906 EI espesor es una de las propiedades fisicas basicas usadas en e l control de la calidad de muchos geotextiles y geomembranas. Para e l ciilculo de a lgunos pariimetros de geotextiles y geomembranas se requiere calcu lar e l va lor del espesor, como en e l caso de los coeficientes de permeabilidad, esfuerzo a tension (indice), ya que e l espesor no es un indicador del desempelio en campo y por 10 tanto no se recomienda para especificacion. EI espesor de geotextiles y geomembranas puede va riar considerablemente dependiendo de la presion ap licada a l especimen durante su medida. Los cambios observados en la disminucion del espesor ocurren cuando se ap lican incrementos en la presion. Para minimizar la va riacion se usara un tamalio de muestra y presion ap licada para asegurar que todos los resultados son comparables como se indicara en este metodo especifico.

CAPITULO 2: NORMAS DE ENSAYO Y ESPECtFtCACtONES DE CONSTRUCCtON

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~ Tabla de contenido Este metodo de ensayo no ofrece los valores de espesor para geotextiles y geomembranas bajo esfuerzos normales variables. Este metodo de ensayo determina espesor nominal que no es necesariamente el espesor mini mo. EI equipo necesario para realizar este ensayo es el siguiente: 1. Instrumento para la medicion del espesor: el elemento para medir el espesor tendrii una base y un pie que presiona una de las caras planas y paralelas una a otra a menos de 0.0 1 mm, calibrada con un diiimetro de 56.4 mm, la base deberii extenderse como minimo 10 mm en todas las d irecciones con respecto al borde del pie que presiona, que a su vez deberii tener un iirea de 2500 mm1 de seccion circular que se usara para ana lizar geotextiles. Un calibrado r de 6.35 mm se usarii para ana lizar geomembranas. EI instrumento deberii estar en capacidad de medir un espesor miiximo de por 10 menos 10 mm a una exactitud de ± 0.002 mm. Los cali bradores se construiriin para permitir aplicacion gradual de presion a una fuerza especifica de 2 ± 0,02 kPa (0.29 ± 0.003 psi) para los geotextiles y 20 ± 0,2 kPa (2.9 ± 0.03 psi) para las geomembranas. 5e puede usar una ca rga con peso muerto. 2. La fuerza especificada de 20 kPa puede ser inadecuada para algunas geomembranas HOPE. 5e recomienda una presion en el rango de 50 a 200 kPa para este tipo de geomembranas; hay una gran cantidad de lecturas ficticias usando 20 kPa de presion. 3. Moldes de corte: los moldes para cortarespecimenes deben tener como dimensiones minimas. un circulo de 75 mm. EI numero de especimenes para el ensayo es de 10, para los ensayos en la direccion de la miiquina y 10 para los ensayos en la direccion transversal de la misma. PROCEDIMIENTO 1. 5e ensayan los especimenes acondicionados en atmosfera estiindar. 2. Maneje los especimenes de prueba cuidadosamente para evitar alterar el estado natural del material. 3. Con una fuerza aplicada al pie de presion sobre la base (no se debe colocar el especimen de prueba), ponga la balanza en cero

0

grabe la lectura base. Levante el pie de presion, centre el especimen de prueba sobre la

base, bajo el pie de presion, y lIeve el pie de presion a tener contacto con el material. Gradualmente incremente la presion a 2 kPa (0.29 psi) para geotextiles y 20 kPa (2 .9 psi) para geomembranas. Oespues de que la fuerza completa ha side aplicada al pie de presion por 5 s contra el especimen, grabe el valor del espesor mas cercano a 0.002 mm y remueva el especimen del apa rato de prueba. 4. Repita el metodo anterior sobre cada uno de los especimenes que esta usted ensayando. REFERENCIA5 A5TMD5 199-9 1

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2.7 METODO ESTANDAR PARA LA DETERMINACION DEL TAMANO DE ABERTURA APARENTE (TAA) DE UN GEOTEXTIL ASTM D-4751, INV E - 907 Este metodo de ensayo consiste en colocar un especimen de geotextil en un marco de tamiz y sobre e l se colocan unas partfculas de cristal graduadas. EI conjunto se agita energicamente para inducir e l paso de las particulas a traves del geotextil. EI procedimiento se repite para el mismo especimen con varios tamaiios de particulas de cristal hasta determinar e l Tamaiio de Abertura Aparente (TAA). Esta propiedad tambien se conoce como AOS (Appa rent Opening Size). AI usar un geotextil como un medio para retener particulas de suelo, se necesita una compatibilidad entre el geotextil y el suelo adyacente. Este metodo de ensayo es usado para indicar e l TAA en un geotextil. donde se refleja la dimension de la abertura mas grande disponible para que un suelo pueda atravesarlo. EI equipo requerido para realizar este ensayo es e l siguiente: 1. Tamizador: Se usa un tamizador meciinico que imparta movimientos laterales y ve rtica les al tamiz, causando que las particulas salten y giren a l mismo tiempo, presentando asi diferentes o rientaciones sobre la superficie del geotextil. EI tamizador debera ser un mecanisme de frecuencia constante que utiliza un brazo recubierto de corcho

0

caucho que propicia impactos. (Ver Griifica 2.5)

2. Fondo, tapa y tamiz de 200 mm de abertura, designacion u.S. estiindar. 3. Material para el tamizado: consiste en unas partfculas esfericas de crista l en fracciones de tamaiios va riables,

se deben preparar por 10 menos SO gramos de cada fraccion de tamaiio para ser usados antes de empezar e l ensayo. 4. Balanza de la capacidad adecuada para la masa que se anticipa usary una precision de ± O.OS g. S. Eliminacion de la estiitica: para prevenir la acumulacion de e lectricidad estatica, cuando las particulas son tamizadas sobre la superficie del geotextil. Dispositivos comerciales disponibles

0

compuestos anti-estiiticos se

pueden usar para este fin. 6. Homo de secado. 7. Fondo para la recoleccion de particulas tamizadas.

Griifica 2.5 Tamiz suelos


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~ Tabla de contenido PROCEDIMIENTO 1. Pese los especfmenes de ensayo y sumerjalos en agua destilada por 1 hora a la atmosfera estiindar de ensayo. 2. Realizar la prueba a la temperatura atmosferica para ensayos de geotextiles de tal manera que se prevenga que la electricidad estiitica afecte los resultados. 3. Asegurar el geotextil de tal manera que quede templado y sin arrugas. EI geotextil no debe ser estirado

0

deformado de tal manera que este cambie 0 distorsione sus aberturas. 4. Antes de usar las particulas de cristal, tamizarlas en ellaboratorio para verificar el tamaiio de las mismas. 5. Comenzar el ensayo con las partfculas de menor tamalio. Colocar 50 gramos de un solo tamalio de particulas en el centro del especimen de ensayo. 6. Colocar la tapa y el fondo en el marco del tamiz y tamizar durante 10 minutos. 7. Coloca r las particulas que quedan en la superficie del especimen en un fondo aparte y pesarlas. Incluir las partfculas que se quedan adheridas en el especimen y en el bordey la tapa del tamiz. 8. Pesar las partfculas de cristal que pasan a traves del especimen y registrar la informacion. 9. Repetir los pasos 3 a 7 usando partfculas de la siguiente fraccion de mayor tamaiio. Repetir el experimento usando sucesivamente fracciones de tamalio miis grande hasta que el peso de las particulas que pasan a traves del especimen sea 5% 0 menos del peso inicial. Llevar a cabo el ensayo de tal manera que el porcentaje que pasa sea menor 0 igua l al5% del peso inicial. 10. Repetir los pasos para los cinco especfmenes de ensayo que corresponden a una misma muestra de laboratorio. REFERENCIAS ASTM D4751 - 95 ICONTEC

2.B METODO DE MUE5TREO DE GE051NTETl C05 PARA EN5AY05 A5TM D-4354 Y 4439, INV E - 90B En esta priictica se dan las instrucciones correspond ientes para dividir un despacho en lotes y la determinacion del numero de unidades de produccion en un lote muestra. EI numero

0

metodo para determinar el numero de

especfmenes para ser ensayados de la muestra de labo rato rio estiin establecidos por el metodo de ensayo especffico, que evalua la propiedad del geosintetico. Esta priictica cubre dos procedimientos para el muestreo de geosinteticos para ser ensayados. Se requie re que las instrucciones de toma de muestras de laboratorio y especfmenes de ensayo sean parte de cada metodo de ensayo para geosinteticos. 1. EI primer procedimiento describe la division del emba rque de geosinteticos en lotes y define el tamalio de la muestra tomada dellote mencionado para establecer la conformidad de las especificaciones.

44 )


2. EI segundo procedimiento describe el muestreo de las unidades de produccion con el proposito de asegurar la ca lidad durante el proceso de fabricacion. Esto requiere que se conserve el soporte de los valores que se involucran en el proceso estadistico, durante el proceso de fabricacion. PROCEDIMIENTO A: Muestreo para ensayos de conformidad de especificaciones 1. Division en lotes. Considere como un lote separado cualquie r porcion de despacho que el usuario este ensayando, o que el productor este ensayando como cantidad de produccion planeada, que difiera de otras porciones en especificaciones, referencias

0

caracteristicas fisicas. Si la s porciones que han side designadas como lote

separado son enviadas de diferentes plantas de produccion, trate cada porcion despachada por sepa rado como un lote separado. Cuando se requiere el muestreo durante la manufactura, considere un lote como si fuera una cantidad de produccion planeada. 2. Determinacion del tamano dellote muestra a) Tome para el lote muestra, unidades de produccion de material aplicable,

0

0

empaque, como se menciona en una especificacion

como se acuerde entre el vendedo r y el comprador. Considere las unidades de

produccion aplicables como las unidades primarias de muestreo. b) En ausencia de especificaciones del material u otros acuerdos, seleccione aleatoriamente un numero de unidades de produccion de cada lote equivalente a la raiz cubica del numero total de unidades induidas en el lote. En lote de dos unidades

0

menos, tome una unidad. Si la raiz cubica calcu lada es un numero

fraccionario, tome el sigu iente numero entero de unidades. La Tabla 1 muestra el numero de unidades a seleccionar, de lotes de va rios tamanos. c) Si la especificacion requiere muestreo durante la manufactura, seleccione las unidades del lote muestra uniformemente espaciadas en intervalos de tiempo a 10 largo del periodo de produccion. d) Para propiedades que sean evaluadas como at ributos, las unidades en el lote muestra sirven tanto como muestras de laboratorio 0 especimenes de ensayo. PROCEDIMIENTO B: Muestreo para ensayos de aseguramiento de ca lidad en la producci6n 1. Division en lotes. Considere como un lote separado cualquier porcion de despacho que el usuario este ensayando o que el productor este ensayando como cantidad de produccion planeada, que difiera de otras porciones en especificaciones, refe rencias

0

caracteristicas fisicas. Si la s porciones que han side designadas como lote

separado han side enviadas de diferentes plantas de produccion, trate cada porcion despachada por separado, como un lote separado. Cuando se requiere muestreo durante la manufactura, considere un lote como si fuera una cantidad de produccion planeada. 2. Determinacion del tamano del lote muestra. Utilice la Tabla 2 para determinar el tamano dellote muestra para ensayos de aseguramiento de la calidad. a) Cuando un ensayo de aseguramiento de la calidad es en un tiempo determinado, como la degradacion por los rayos ultravioleta, no se utilizan mas ensayos que dos unidades por un lote unico. Mantenga la informacion sobre el numero de dicho ensayo por lote y suministre la informacion si es requerida por el comprador.

CAPITULO 2: NORMAS DE ENSAYO Y ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION

45 )

~

Tabla de contenido

Tabla 1 Numero de unidades a ser seleccionadas como late muestra

Numero de unidades en ellote

Numero de unidades seleccionadas

1 ,2

3,8

2

9 a 27

3

28a64

4

65a125

5

126a216

6

217a343

7

344a512

8

513 a 729

9

730a 1000

10

10010mas

11

Tabla 2 Numero de unidades a ser selecc ionadas como lote muestra Aseguramiento de la calidad

Numero de unidades en ellote

Numero de unidades seleccionadas

1 a 200 20 1 a 500

2

501 a 1000

3

10010mas

4

REFERENCIA5 A5TM D 4354 - 89 A5TM D4439

2.9 PRACTICA PARA E5TABLECER LA CONFORMIDAD DE E5PECIFICACIONE5 DE GE051NTEll C05 A5TM D- 4759 Y 4439, INV E - 909 Esta practica establece e l procedimiento para determinar la conformidad de las propiedades de los geosinteticos frente a unas especificaciones establecidas por parte del diseiiador. Esta priictica ofrece una manera con la que un comprador puede determinar la conformidad de las propiedades de un geosintetico, obteniendo la aprobacion 0 rechazo de un producto segun la especificacion de los materiales. Esta priictica ha side desarrollada con un enfasis especial para la puesta en marcha y realizacion de un estricto programa de contro l de ca lidad, del que todo geosintetico es sometido antes de ser despachado, situacion que debe ser verificada por parte del intervento r responsable de la obra.

46 )


PROCEDIMIENTO 1. Dividir en lotes. seleccionar las muestras de lote y obtener las muestras de labo ratorio tal como 10 exige la norma INV E - 908.

2. Ensayar el numero de especimenes, tal como 10 establece el metodo de ensayo que se estii aplicando. 3. 5i el promedio de los resultados de los ensayos practicados a las unidades individuales de muestreo por cada lote

satisface todos los va lores establecidos por las especificaciones, ellote es aceptado. 4. 5i el promedio obtenido de una

0

algunas de las especificaciones establecida s de las unidades individuales

de muestreo del lote no cumple uno

0

miis valores establecidos por las especificaciones. el lote deberii ser

muestreado nueva mente y se deberiin realizar los ensayos, excepto 10 anotado en el numeral c. a) 5i cua lquier unidad individual de muestreo dellote no alcanza los va lores especificados, esta no debera ser incluida en ellote para nuevos muestreos. b) La utilizacion de las unidades de muestreo que no alcancen los valores especificados. serii establecida entre el interventory el contratista. c) 5i todas las unidades de muestreo no alcanzan los valores establecidos, se rechazara ellote completamente, sin posibilidad de re-muestreos y ensayos. d) EI tamario del re-muestreo deberii ser determinado al menos por 10 indicado en el numeral 1. 5. EI lote es aprobado, si el promedio de los valores de los ensayos de las unidades del remuestreo satisface los valores establecidos por las especificaciones. 6. Ellote se rechazara si el promedio de los va lores de los ensayos de las unidades del remuestreo, no satisface uno

o miis de los valores especificados. 7. 5e rechazarii cualquier lote que no alcance las especificaciones. REFERENCIA5 ASTM D 4759 - 88 (Reaprobada 1992) ASTM D4439

2. 10 METODO DE ENSAYO PARA MEDIR EL DETERIORO DE GEOTEXTILES A LA EXPOSICI6N DE LU Z ULTRAVIOLETA Y AGUA, (APARATO DEL TIPO ARCO XENON) ASTM D-4355, INV E - 910 Este metodo cubre la evaluacion de la disminucion de la resistencia a la tension de geotextiles expuestos a luz ultravioleta y al agua. EI aparato para la exposicion a la luz y al agua, emplea como fuente de luz un arco de xenon. Los geotextiles son elaborados con diferentes procesos y formulaciones de polimeros. haciendo que posean diferentes sensibilidades a la radiacion ultravioleta. Esta radiacion proveniente del Sol, cambia segun el tiempo de exposicion, el angulo de inclinacion sobre el horizonte; condiciones topogriificas. atmosfericas y la geografia dellugar. EI ensayo que usa el arco de Xenon no puede simular todas estas va riables, por 10 que se debe relacionar directamente este ensayo a la luz artificial, con resultados de ensayos de exposicion directa al sol para cada geotextil especifico, al igual que para cada lugar.


47 )

~ Tabla de contenido Este procedimiento eva lua geotextiles bajo condiciones normalizadas de humedad y temperatura para tres diferentes periodos de tie mpo junto con probetas sin exposicio n a la luz ultra violeta. Este metodo de ensayo permite al usuario desarrollar curvas de degradacio n de los geotextiles que se esten ensayando. La curva de deterioro obtenida de este e nsayo permite al usuario determinar la forma de como se dete rio ra un geotextil cuando esta expuesto simultiineamente a la luz ultra violeta y al agua. EI equipo reque rido para rea lizar este ensayo es el siguiente: 1. Aparato de a rco Xenon, bie n de tipo BH 0 C: el aparato debe estar en capacidad de exponer a los especime nes a cidos de luz solamente, seguido de un rocio de agua junto con exposicion a la luz bajo condicio nes controladas de atmosfera de ensayo y debera estar equipado con un filtro de vid rio de bo rosilicato tanto interna como externamente. 2. Miiqu ina para el ensayo de traccio n: conforme al 0 descrito para el ensayo GRAB, (ASTM D-4632, 0 INV E-90 1). PREPARACION DE LOS E5PECfMENE5 To mar de cada muestra de laboratorio, dos pedazos que posean un metro cuadrado,

(1

mlj cada uno. 5e debe

desechar una franja e n cada bo rde de la muestra de laboratorio correspo ndiente a 1110 del ancho de esta para to mar cada una de las iireas de 1 nY, de donde se tomaran los especimenes de ensayo. Uno de estos serii usado para realizar las evaluaciones en el sentido de la produccio n

0

urdimbre y el otro en el sentido transversal 0 trama.

5e seleccio nariin aleato riamente 20 especimenes con una dimensio n de 150 mm de largo, por 20 mm de anc ho. PROCEDIMIENTO Usar el aparato de ensayo Xenon - Argon tal como 10 establece la practica G 26, usando al metodo A y aparato tipo BH 0 C. 5e usarii un cicio de camara de 120 minutos, como se define a continuacio n. 90 minutos de luz a una temperatura de 65 +/- SoC, de panel negro, y 30 +/- 5% de humedad relativa, seguido de 30 minutos de luz y rocio deagua. Cuando esten dispo nibles rad io me tros capaces de medir porciones discre tas de espectro continuo, se establecerii un ni vel de radiacio n minima de 0.35W/m1 con una pasabanda de 1nm a 340 nm. Cuando no se cuente con rad iometros,. se dete rminara el ni vel de wattios segun la practica G 26. Aleatoriamente seleccione 5 especimenes por cada direccion principa l de la muestra de laboratorio y a los que se les asignara a cada uno los siguientes tiempos de exposicion: 0 (sin exposicio n),150, 300 y 500 ho ras. Coloq ue e n el aparato 15 especimenes de cada direccio n principal tomados de la muestra de laboratorio, se coloca ra con la ca ra que estarii miis expuesta en el campo, de tal fo rma que quede mas expuesto ese lade dentro del apa rato. Rote la posicio n de los especimenes como se establece en la practica G-26. al final de cada tie mpo de exposicion, extraiga del aparato 5 especimenes de cada direccion para ser sometidos al e nsayo de tension Grab, INV E - 901, (ASTM D 4632). REFERENCIA5 ASTM D 4355-92

48 )

Tabla de contenido

~

2.11 METODO ESTANDAR PARA DETERMINAR LA RETENCION DE ASFALTO DE GEOTEXTILES USADOS EN REPAVlMENTACIONES ASFALTICAS ASTM D-6140, INV E - 911 Esta norma consiste en medir la capacidad de retencion asfaltica de los geotextiles de repavimentacion la cual se define como el volumen de cemento asfaltico retenido por geotextiles de repavimentacion por unidad de area del especimen despues de ser sumergido en cemento asfaltico. EI uso de este metodo esta dado para establecer un valor indice para proveer criterios estandar y una base para reportes uniformes. Los especimenes de ensayo son pesados individualmente antes de ser sumergidos en cemento asfaltico que sera usado para la capa superio r. EI cemento asfaltico se mantiene a una temperatura especifica. Despues de ser sumergidos, los especimenes son colgados para ser secados en horno por un periodo de tiempo especificado en el horno a la misma temperatura. Despues de haber side completado el proceso de ser los especimenes sumergidos y secados, cada especimen es pesado y la retencion asfaltica es determinada. Este metodo de ensayo se refiere al procedimiento para determinar la retencion de asfalto para geotextiles. Geotextiles de repavimentacion son usados en un sistema de membrana textil como intercapa en pavimentos previa a la colocacion de una capa asfaltica superior. EI equipo requerido para realizar este ensayo es e l siguiente: 1. Escala

0

balanza: la balanza debe tener una capac idad y una sensibilidad suficiente para pesar los especimenes

con una precision de ± 0.1 gramos. La precision de la esca la debera ser certificada por una autoridad reconocida. 2. Troquel de corte: e l troquel debe medir 100 mm por 200 mm (4 por S pulg) con una tolerancia de lmm (1116

pulg) en cada dimension. 3. Horno convencional mecanico: debera tener la capacidad de mantener la temperatura requerida de ensayo con una tolerancia de ± 2"C (4"F). 4. Cemento Asfaltico: debe cumplir con unas condiciones de penetracion 60 - 70 decirnas de milimetros,

0

equivalente,o recomendado por la agencia especifica. EI cemento asfaltico no debera ser usado por mas de tres series de ensayos. Calenta r y enfriar repetidamente pueden va ri ar los resultados del ensayo debido al manejo del asfalto. Nota: Calentar y enfriar el asfalto repetidamente puede cambiar la viscosidad de este y conducir a valores mas altos de retencion de asfalto. Si se observa una tendencia de incremento en los valores de retencion asfaltica, e l cemento asfaltico deberfa ser cambiado. EI numero de especimenes necesarios para la prueba es de cuatro, cortados en la direccion transversal de la maquina

y cuatro especimenes en la direccion de la maquina para cada muestra con una dimension de 100 por 200 mm. PROCEDIMIENTO 1. Seleccione en forma aleatoria cuatro especimenes en la direccion transversal y longitudinal de la maquina con una medida de lOa por 200 mm (4 porS pulgadas) de la muestra individual de ensayo.


49 )

~ Tabla de contenido 2. Acondicione los especimenes de ensayo individual mente y luego peselos de manera individual aproximandolos a10.1 gr. 3. Precaliente el cementa asfaltico a 135 ± 2°C (275 ± 4"F). 4. Sumerja los especimenes de ensayo en el cementa asfaltico especificado mantenido a una temperatura de 135 ± 2"( (275 ± 4"F) en un homo convencional mecanico. Mantenga los especimenes sumergidos por 30 min. Dos mordazas pueden ser colocadas en el geotextil, una en cada extreme para facilitar la manipulacion del especimen. 5. Oespues de la sumersion requerida, remueva el cementa asfa ltico ad iciona l de los especimenes satu rados y cuelguelos para que se sequen (Longitud mayor vertical) en el homo a 135 ± 2°C (275 ± 4°F). Cuelgue los especimenes de ensayo por 30 minutos de un extreme y luego 30 minutos del otro extreme para obtener una saturacion uniforme del geotextil. Antes de cambiar la direccion del colgado de la muestra, coloque dos mordazas en la parte inferior, 10 cual hara mas fac il colga r el especimen. Oespues de que el especimen es asegurado remueva la primera mordaza. 6. Permita que el cementa asfaltico se enfrie por 30 minutos y luego deseche cualqu ier exceso de cementa asfaltico tales como los goteos en los bordes, despues de remover las mordazas que sostenian el especimen. 7. Pese los especimenes saturados con una precision de 0.1 gramos. Nota: 5e ha encontrado que este procedimiento puede no resu ltar en una completa saturacion para geotextiles con una masa por unidad de area mayor a 170 glml. Para estos geotextiles. el interio r de los especimenes debe ser inspeccionado visualmente buscando fibras que no han side banadas con asfa lto. 5i esta cond icion es encontrada, debe ser reportada con los resultados del ensayo. REFERENCIA5 ASTMD6 140-oo

2. 12 METODO ESTANDAR PARA MEDIR LA MASA POR UNIDAD DE AREA DE GEOTEXTILES ASTM D-S26 1, INV E - 912 En esta norma se dan las instrucciones para determinar la masa por unidad de a rea mediante la medida del peso de los especimenes de ensayo de dimensiones conocidas, obtenidos de lugares va riados sobre el ancho total de la muestra de laboratorio. Los valores obtenidos se promedian para obtener la masa promedio por unidad de area de la muestra de labo ratorio, la que a su vez se usara para determinar el valor minima promedio por rollo dellote, como resultado de la eva luacion comparativa con los otros va lores correspond ientes de las muestras dellote. Este metodo de ensayo es utilizado para determinarsi un geotextil cumplecon la masa por unidad de a rea establecida por las especificaciones tecnicas de un proyecto. Este metodo tambien puede ser utilizado para establecer la conformidad de un material dentro de las actividades de control de calidad durante el proceso industrial de produccion. EI equ ipo requerido para realizar este ensayo es una balanza, calibrada y con capacidad de hasta 5000 9 con una precision de 0.0 1 g. EI minima numero de especimenes de ensayo sera de 5, obten idos de manera que representen el anc ho del rollo y en combinacion con un area minima de 100000 mml. Cada especimen de ensayo debera poseer un a rea minima de 10000 mml. EI corte entre especimenes de ensayo tendra una precision de ± 0.5% de su area.

50 )


No se tomariin espedmenes para ensayo dentro de los dedmos de ancho de ro llo a cada lade medido desde los bordes. Se acondicionan los espedmenes hasta que alcancen la atmosfera para ensayos de geotextiles. Se considera que se ha alcanzado el equilibrio cuando el incremento en masa del especimen en pesajes sucesivos, a intervalos no menores de 2 horas. no exceda el 0. 1% de la masa del especimen. PROCEDIMIENTO 1. Evaluar el peso de los especimenes acondicionados a la atmosfera para ensayos para geotextiles. 2. Pese cada uno de los espedmenes en forma separada, usando una balanza con precision de O.O l g. REFERENCIAS ASTM D 526 1-92

2. 13 METODO DE ENSAYO ESTANDAR PARA DETERMIN AR LA RESISTENCIA AL PUNZONAMIENTO ESTATICA DE GEOTEXTILESUSANDO UN PISTON DE PRUEBA DE 50 MM DE DIAMETRO ASTM D-6241 , INV E- 913 Esta norma establece el procedimiento para determinar la resistencia al punzonamiento estiitico de los geotextiles tomando una muestra que es sujetada por medio de ab razaderas sin ser tensionada entre placas circulares y es ase9urada en una miiquina de tension

0

compresion,

0

ambas. Una fuerza es ejercida en el centro de la parte que

esta sin apoyar por un piston de acero fijo al indicador de carga hasta que ocurre la ruptura. La fuerza miixima registrada es el valo r de la resistencia al punzonamiento. Esta metodologia de ensayo es un indice usado para medir la fuerza requerida para punzonar un geotextil y/o productos relacionados. EI tamafio relativamente grande del piston provee una fuerza multidireccional en el geotextil. EI equipo requerido para realizar este ensayo es el siguiente: (Ver Griifica 2.6) 1. Miiqu ina de Ensayo de Penetracion. debe ser del tipo tasa - constante de Extension (CRE), con registrador griifico que se ajuste a la especificacion D 76. 2. EI piston. con un diiimetro plano de SO milimetros ± 1 mm con un borde radial de 2.5 mm ± 0.5 mm. 3. Aparatos de fijacion. constan de platos concentricos con un diiimetro interne de 150 mm, capaz de sujetar el especimen sin que este se deslice (I:.I limite del deslizamiento de la muestra durante la prueba es de 5 mmJ. EI diiimetro externo se sugie re sea de 250 mm. EI diiimetro de los aguje ros usados para ase9u rar la abrazadera en anillo se sugiere sea de 11 mm y esten igualmente espaciados en un diiimetro de 220 mm. 4. Las superfides de estas placas pueden ser de estrias de caucho en forma de 0,

0

papellija iispero pegadas en

ambas superficies. Se recomienda que los pernos de 9.5 mm esten soldados al plato inferior de modo que la placa superior pueda montar sobre los pernos y las tuercas se puedan apretar con facilidad. Un bloque guia puede facilitar la puesta de la muestra que se qu iere fijar. Otros metodos de fijacion que eviten el deslizamiento de la muestra son aceptables.


51 )

~

Tabla de contenido

Piston para apkar presiOn

\

I

I, I

! I

I, I

I,

Superfieie lisa Y lim

pal>

fil

~

I

I,

, ?

2.5 ±0.5

superflCie ISO Y ~mpio

I2l SOI± 1

"---d"

Grafica 2.6 Ensayo de punzonamiento

PROCEDIMIENTO 1. Lleve las muestras al equ ilibrio de humedad en las condiciones ambientales para evaluar geotextiles. Se considera haber lIegado al equilibrio cuando e l aumento en la masa de la muestra en pesajes sucesivos hechos a inte rva los no menores de 2 h no sobrepasa en 0.1 % la masa de la muestra. En la practica se conoce que en los geotextiles frecuentemente no es facil controla r los incrementos de peso y por ende determinar cuando se ha alcanzado e l equ ilibrio. En estos casos puede ser suficiente en la s pruebas de rutina exponer la tela a la atmosfera especificada por un periodo de tiempo razonable antes de que los especfmenes sean evaluados. En la mayorfa de los casos se ha encontrado que un tiempo deal menos 24 horas es aceptable. 2. Escoja el rango de carga en la maquina de ensayos de tension de forma que la ruptura ocurra entre 10 y 90 % de dicho rango. 3. Centre y asegure la muestra entre las placas asegurandose que la muestra se extienda mas alia de los bordes

exterio res de las placas luego se sujetar con abrazaderas. 4. Marque en la muestra e l cfrculo interior del an illo. Esto permite contro lar el deslizamiento de la muestra. S. Si se observa un desplazamiento mayor a 5 mm, la prueba debe ser descartada y repetida. 6. Realice e l ensayo a una velocidad de SO mm/min ha sta que el piston de punzonamiento rompa completamente

la muestra. Lea e l va lor de resistencia maxima y e l desplazamiento registrada por e l instrumento de medicion durante el ensayo. Para eva luar geotextiles compuestos, puede presentarse un pico doble. Si es asi, e l valo r inicia l debe ser e l reportado incluso si e l segundo es mas alto.

REFERENCIAS ASTM D6241 - 99

52 )


2.14 METODO DE ENSAYO ESTANDAR PARA DETERMIN AR EL COEF ICIENTE DE FRICCION SUELO - GEOSINTETICOY GEOSINTETICOGEOSINTETICO POR EL METODO DE CORTE DIRECTO ASTM D 532 1 - 02 La resistencia al corte entre un geosintetico y un suelo, u otro material. es determinado colocando el geosintetico y una 0 mas superficies de contacto, como un suelo, dentro de la caja de corte directo. Una fuerza normal constante y representativa del nivel de esfuerzos es ap licada sobre la muestra y una fuerza tangencial 0 cortante es aplicada al aparato, para que una seccion de la caja se mueva en relacion a la otra seccion, la fuerza cortante es tomada en funcion del desplazamiento horizontal entre las secciones de la caja de corte. La prueba es desarrollada con un minima de tres diferentes esfuerzos normales, seleccionados por el usuario, para modelar las condiciones apropiadas de campo. Los valores tornados de esfuerzo cortante son graficados contra los esfuerzos normales aplicados usados en la prueba. Los datos de la prueba son representados por la linea de falla cuya inclinacion es el coeficiente de friccion entre los materiales y el punto de corte en el eje de las ordenadas sera el valor de adhesion. Este metodo de prueba cubre el procedimiento para determinar la resistencia al corte de un geosintetico contra un suelo, 0 geosintetico contra geosintetico, bajo una tasa constante de deformacion. EI metodo de prueba se lIeva a cabo para ind icar el desempeiio de los materiales seleccionados modelando las condiciones de campo. Los resultados obtenidos por este metodo, pueden ser limitados en la medida de su aplicabilidad en las condiciones especificas consideradas para el ensayo. EI equipo necesario para realizar este ensayo es el siguiente: 1. Equipo de corte: el equipo consiste en dos contenedores uno fijo y uno movil, ambos deben ser capaces de contener la muestra de suelo humeda 0 seca, y deben ser 10 suficientemente rigidos para no distorsionar los resultados durante el ensayo de corte. EI contenedor movil debe tener un mecanisme que asegure el movimiento de la caja con una friccion minima y unicamente en la direccion paralela a la fuerza de corte aplicada. 2. Contenedores de la muestra: estos pueden ser cuadrados y rectangulares y deben tener una dimension minima de 30 mm 0 15 veces el d85 del suelo de muestra 05 veces el maximo de la abertura de poros del geosintetico de la muestra. La profundidad de cada caja debe ser de al menos 50 mm 0 6 veces el tamaiio maximo de la particula del suelo de muestra. 3. Equipo de aplicacion de carga vertical: debe ser capaz de aplicar y mantener una fuerza normal constante sobre la muestra durante la prueba. EI tipo de aplicacion de carga, puede ser por peso, por sistemas hidriiulicos 0 neumaticos, o pistones. 4. Equipo de aplicacion de carga de corte: debe ser capaz de aplicar y mantener una fuerza cortante sobre la muestra a una tasa de desplazamiento constante en direccion paralela a la caja movil. La tasa de desplazamiento debe ser controlada con una precision de ±10% con un range de desplazamiento de al menos 6.35 mmlmin a 0.025 mm/ min. Este equipo debe ser conectado al aparato de prueba de tal manera que el punto de aplicacion de la fuerza este en el plano de la interfa se de cortey se mantenga igual para todas las muestras. 5. Indicadores de desplazamiento: estos indicadores deben ser capaces de medir desplazamiento de al menos 75 mm para desplazamientos horizontales y 25 mm para desplazamientos verticales. La sensibilidad de estos indicadores debe ser de 0.02 mm para desplazamientos horizontales. 6. Preparacion del suelo de muestra: en pruebas que utilicen suelo como superficie de fricdon se deben lIevar las recomendaciones de compactacion dadas en las normas ASTM D 698 0 D 1557 0 D 3080.

CAPITULO 2: NORMA5 DE ENSAYO YESPECIFlCACIONES DE CONSTRUCCION

53 )

~ Tabla de contenido PROCEDIMIENTO 1.

Colocar la muestra de suelo en el contenedor inferior, compactiindolo al contenido de humedad optima para obtener la densidad deseada. Llene el contenedor inferio r con suelo hasta alcanzar una altura por encima del borde de la caja de al menos un medio del dS5 del suelo, como se desc ri be en el metodo de corte directo (consolidado drenado) del metodo ASTM D 30S0.

2. Colocar el geosintetico sobre el suelo de sustrato. Remueva todos los dob leces y a rru gas que tenga el geosintetico. 5ujete

0

fije de alguna manera el borde del geosintetico y verifique que su superficie este en

completo contacto con el suelo de sustrato. 3. Fije las dos mitades de la caja de corte, en la posicion de inicio, sujete la caja movil para evitar su movimiento durante la colocacion y compactacion del suelo de muestra ubicado sobre el geosintetico. 4.

EI suelo de relleno de la caja movil debe ser compactado a la densidad y humedad deseada para minimizar el dane al geosintetico.

5.

Aplicacion de la carga normal inicial. Si la prueba es para una cond icion humeda, se debe saturar el material y monitorear el desplazamiento vertical hasta que la muestra logre el equ ili brio.

6. Si la carga inicial es menor que la carga de prueba, aplicar la carga normal de prueba y monitorear el desplazamiento vertical, hasta que la muestra lIegue al equilibrio. Verifique que el equ ilibrio es obtenido antes de proceder. 7.

Ubique los indicadores de desplazamiento horizontales y ensamble el equipo de carga cortante.

S.

Aplique la fuerza cortante usando una tasa constante de desplazamiento suficientemente lenta para disipar la presion de

po r~s,

como es descrito el metodo A5TM D 3080. La tasa de corte debe ser definida segun los

requerimientos del usuario. Si no existe presion de poros en la muestra, se recomienda aplicar la carga cortante a una tasa de 1mm/min. 9. Tomar la fuerza cortante en funcion del desplazamiento horizontal, tomar como minimo 50 puntos por muestra. 10. Lleve a cabo la prueba hasta que la fuerza cortante aplicada se mantenga constante con un incremento del desplazamiento. Los rangos de desplazamiento van desde 25 hasta 75 mm que son valores necesarios para generar una fuerza de corte constante entre suelo y geosinteticos. 11. Remueva la ca rga normal y desensamble el equipo al final de la prueba. Inspeccione cuidadosamente e identifique la superficie de falla. Las fallas deben ser consistentes para todas las pruebas realizadas para que los datos de las pruebas puedan ser comparables. 12. AI final de la prueba se debe tomar una muestra del suelo utilizado pa ra determinar el contenido de humedad y densidad de la muestra. 13. Repetir el procedimiento por un minimo de dos esfuerzos de compresion normales adicionales. 14. Graficar los datos de la prueba de fuerza cortante aplicada contra desplazamiento horizontal. Para esta griifica identifique los valores miiximos de la fuerza cortante. Determine el desplazamiento horizontal para estas fuerzas cortantes.

54 )


REFERENCIAS ASTMDS32 1-02 ASTM D698 ASTM D l SS7 ASTM D3080

2.15 METODO DE ENsAYO PARA DETERMIN AR LA TAsA DE FLUJOY LA TRANsMlslVIDAD HIDRAuLiCA DE UN GEOslNTETI CO UTILIlANDO UNA CABElA CON STANTE AsTM D 4716 - 03 La tasa de flujo por unidad de anc ho es determinada midiendo la cantidad de agua que pasa por un especimen de prueba en un interva lo especffico de tiempo bajo un esfuerzo normal y un gradiente hidraulico especitico. La transmisividad hidraulica deberia ser determinada solo por pruebas que exhiben una tasa de flujo linea l por unidad de ancho contra el gradiente relacionado, es decir, flujo laminar. EI equipo necesario para realizar este ensayo es el siguiente: 1. Base: es una superticie plana y lisa, con una medida suticiente para poder aloja r al especimen de prueba. Para pruebas con geotextiles. todas las superticies deberan estar cubiertas con una capa de caucho para tiltraciones. 2. Reservorio: este puede ser de material plastico, de vidrio

0

metal. Su altura debe ser al menos igua l a la longitud

total del especimen, este debe tener la capacidad de mantener un nivel constante de agua para cualqu ier altura de ensayo. 3. Mecanismo de carga: este mecanisme debe ser capaz de genera r un esfuerzo normal a la com presion sobre el especimen de la prueba en un rango desde los 10kPa hasta por 10 menos SOOkPa sobre un area aproximada de 300 mm por 300 mm que son las dimensiones recomendadas para el tamalio del especimen. 4. Vertedero de desague: debe ser por 10 menos del anc ho de la base 0 ancho del especimen, puede ser rectangular o triangular y debe estar localizado a una altura mayor a la del especimen. S. Colector de desague: el colector debe tener el tamalio suticiente para poder captar el flujo de salida del aparato para poder ser medido para posteriores calcu los. 6. Manometros: estan ubicados a la entrada y a la salida del especimen, los manometros deben ser en tuberia transparente y deben tener una altura por 10 menos igua l a la altura del nivel maximo de agua alcanzado en el reservorio. PROCEDIMIENTO Los grad ientes hidraulicos y las superficies de contacto del especimen son seleccionados por el usuario, ya sea para una prueba indice

0

como una prueba de desempelio para modelar una serie de parametros dados, tan cercano como sea

posible. Estas medidas pueden ser repetidas bajo el incremento del esfuerzo normal seleccionado por el usuario. 1. Poner el material de base, si 10 hay, sobre el aparato de prueba. 2. Cortar el especimen de prueba a las dimensiones requeridas y luego poner el especimen de prueba sobre el de base, asegurandose que todas las arrugas, dobleces, etc, sean eliminados. CAPITULO 2: NORMAS OE ENSAYO Y ESPECIFlCACIONES DE CONSTRUCCION

55 )

~ Tabla de contenido 3. Sellar los lados del especimen paralelos a la direccion del flujo recubriendo el especimen de prueba con una membrana delgada de caucho

0

plastico, de baja compresividad, usando un sello de borde de caucho

0

cera

para prevenir la filtracion. 4.

Poner el recubrimiento sobre el material de prueba, si 10 hay.

5.

Ubicar el plato de carga en el montaje de prueba, aplicando un pequeno esfuerzo, entre 5 a 10 kPa, e ir lIenando lentamente el emba lse con agua, permitiendo que el agua fluya porel especimen de prueba.

6.

Desde este punto de la prueba en adelante, el especimen debe mantenerse saturado en todo momento.

7. La temperatura de la prueba debe estar controlada y debe mantenerse a 21± 2°C durante la prueba. 8. Verificar si existen corrientes de fluj o en los limites del especimen, si los hay se debe reacomodar el especimen como es requerido en el procedimiento. 9.

Ponerel especimen bajo el mfnimo esfuerzo normal por un periodo minimo de 15 minutos.

10. EI periodo minimo de posicionamiento sugerido puede no ser suficiente para pruebas en geosinteticos que puedan presentar inestabilidad estructural con el paso del tiempo u otra respuesta a la compresibilidad que impacten la tasa de flujo para esfuerzos aplicados por mas de 15 minutos. EI periodo de prueba se debe establecer con base a la compresion a largo plazo y esfuerzos comparables a los que posiblemente se pueda someter el material. 11. Para pruebas de desempeno, el periodo establecido de prueba se tiene que extender considerablemente para poder determinar la tasa de flujo a largo plazo, especial mente para cierto tipo de geosinteticos y secciones que incluyan suelos que puedan presentar compresiones 0 deformaciones a largo plazo. 12. Luego de que el periodo de prueba haya finalizado, Ilenar el reservorio al nivel correspondiente para el gradiente seleccionado para la prueba. 13. Para determinar el gradiente hidraulico se computa la diferencia entre las elevaciones del nivel del agua entre el reservorio y los manometros, dividiendo esta diferencia por la longitud del especimen de prueba. Para la mayoria de las pruebas la longitud del especimen es de 300 mm. Para variar el gradiente se debe ajustar la altura en el reservorio y calcu lar de nuevo este va lor. 14. En el momento que se observe flujo laminar a traves del especimen, que permita por 10 menos un flujo de 0.0005 ml a traves del especimen. Tomar el tiempo requerido por 10 menos por otros 0.0005 ml de agua adicionales que pasen a 10 largo del especimen, si este tiempo excede los 15 minutos, anota r la cantidad recolectada a los 15 minutos para calcular la tasa de flujo por unidad de ancho

0

la transmisividad hidraulica,

o ambas. Repetir esta lectura por 10 menos 3 veces por cada gradiente hidraulico seleccionado. 15. Incrementar el esfuerzo normal a compresion y repetir el procedimiento mencionado para el calculo de la tasa de flujo, hasta alcanzar el nivel maximo de esfuerzo deseado. 16. Comparar los datos de la tasa de flujo de cada prueba realizada, en una curva de ca libracion apropiada para el aparato. Para la tasa de flujo dada, si el valor del gradiente hidraulico por bloque de calibracion es mayor al 5% del gradiente correspondiente al geosintetico, entonces los datos de la prueba se invalidan, y el aparato no puede ser usado para evaluar la condicion de la prueba modelada. 17. Repetir el anterior procedimiento para los demas especimenes de prueba.

REFERENCIA5 ASTMD47 16 - 03

56 )


2.1 6 MEDIDA DEL POTENCIAL DE COLMATACION DE UN SISTEMA SUELO - GEOTEXllL POR LA VARIACION DEL GRADIENTE HIDRAu Li CO ASTMDS 10l -90 Este metodo de ensayo es aplicado para determinar el comportam iento que tiene un sistema suelo - geotextil frente al efecto de la colmatacion en la va riacion de la permeabilidad con el paso del tiempo. EI ensayo requiere una camara de filtracion vertical, un filtro al cual se Ie aplicara el ensayo y el suelo con el cua l se quiera ensayar el filtro. A este sistema se Ie hara circular agua a diferentes gradientes hidrau licos y se Ie medira en diferentes intervalos de tiempo las alturas piezometricas y los cauda les para asi dete rmina r el taponamiento y la permeabilidad del filtro. EI equipo necesario para realizar este ensayo es el siguiente: 1. camara de filtracion vertica l: tres secciones principa les, dos an illos con rosca, mangueras y soportes de entrada a la camara. 2. Tabla de piez6metros: consta de once tubos para lelos y una escala graduada. 3. Dos recipientes graduados: con una capacidad de 700 cm] y con una entrada y sa lida de fluj o. 4. Un recipiente graduado: con una capacidad de 100 cm} para medir caudales. 5. Filtro: si es un filtro diseliado en geotextil solo se Ie realiza la prueba a la tela. 6. Sistema de recirculacion deagua. 7. Sistema de desaireamiento de agua. 8. Cilindro de madera: 50 mm de diametro por 150 mm de largo, este cilindro se utilizara para compactar el material. PROCEDIMIENTO EI agua usada en la prueba debe permanecer a una temperatura ambiente de 16 a 27"C; ademas tendra que someterse a un proceso de desaireacion, en donde el aire disuelto en el agua no supere las 6 partes por millon. Si el agua no se somete a este proceso, se pueden presentar problemas de burbujas de aire, causando una disminucion de la permeabilidad y en consecuencia los datos medidos en el ensayo resultaran errados. La norma ASTM recomienda que la extraccion del aire se debe realizar por medio de una bomba de vacio, la cual abso rbe el aire disuelto en el agua. Ensamble de la Camara de Filtracion ,. Colocar la seccion inferior de la camara de filtracion en un luga r total mente horizontal y de facil acceso. 2. Colocar el soporte de filtro sobre el anillo interne de la camara. 3. Enroscarel primer anillo de la camara. 4. Colocar una capa del material del filtro de4 cm de espesor. 5.

Enroscar la seccion intermed ia de la cama ra de filtracion al anillo y seccion inferio r.

6. Colocar el material del filtro restante hasta el anillo inte rior de la seccion inte rmed ia. 7.

Preparary secar el material que se va a ensayar con una ante rio ridad de minimo tres dias, despues de seco pasar por el material por el tamiz No. 10 y seleccionar aproximadamente 1350 9 del material que pasa. EI material con un tamalio superior al del tamiz No. 10 se puede eliminar.

CAPITULO 2: NORMAS DE ENSAYO YESPECIFlCACIONES DE CONSTRUCCION

57 )

~ Tabla de contenido 8. Colocar el material en capas de 25 mm aproximadamente y distribuirlo con una cuchara 0 una herramienta parecida. La compactacion del material se hace golpeando 6 veces la cama ra de filtracion con un cilindro de madera. Cuando el material lIegue al borde de la seccion superior de la camara se debe enrasar con una espatula y retirar el material sobrante. 9.

Enroscar el anillo superior de la seccion intermedia para enroscar la seccion superior al anillo.

10. Conectar con piez6metros 1 al11 a los respectivos de la tabla de piezometros. 11. Purgar el sistema con cal a un fluj o constante de 2 1/min y por un minima de 5 min. 12. Remover todas las burbujas de aire presentes en los piezometros. 13. Conectar el tubo de salida de agua de la camara, al del recipiente de entrada, e iniciar la operacion de lIenado. Cuando el nivel de agua alcance el filtro, iniciar una operacion de lIenado lento (cada media hora se asciende el nivel del agua 25 mm) con el fin de prevenir la formacion de burbujas de aire en el suelo, las cuales distorsionan las medidas. 14. Una vez se Ilene completamente la camara, se cierra la valvu la de ventosa (ubicada en la parte superior de la camara) y se deja el sistema en reposo por un espacio de 12 h. Esta operacion se realiza con el fin de saturar completamente el sistema. 15. Revisar y remover de nuevo las burbujas de aire que se encuentren dentro de los tubos de los piez6metros. 16. Medir la temperatura del agua dentro del permeametro. Toma de datos: 1. Tomar un datum 0 ni vel de referencia con respecto a la tabla de piezometros. 2. Conectar el recipiente de entrada al tubo de entrada de la camara luego calcu lar y ajustar la elevacion de este para lograr un gradiente hidraulico de 1. 3. Tomar los sigu ientes datos cada 0, v" 1,2,3, 4,5,6,24 h. 4. Tiempo en horas (acumulado) 5. Volumen deagua medido en em]. Con una duracion y cantidad minima de 30 s y 10 cm l . 6. Temperatura del agua en

0c.

7.

EI nivel de cada uno de los piezometros.

8.

Despues de leer el dato de las 24 h, elevar el dispositivo de entrada hasta obtener un gradiente hidraulico de 2.5. A los 30 minutos escribir todos los datos.

9.

Despues de leer el dato de la media hora elevar el dispositivo de entrada hasta obtener un gradiente hidraulico de 5. En este gradiente hidraulico se leen todos los datos a partir de las 0 hasta las 24 h.

10. Despues de leer el dato de las 24 h, elevar el dispositivo de entrada hasta obtener un gradiente hidraulico de 7.5. A los 30 minutos escribir todos los datos. 11. Despues de leer el dato de la media hora elevar el dispositivo de entrada hasta obtener un gradiente hidraulico de 10. En este gradiente hidrau lico se leen todos los datos a partir de las 0 hasta las 24 h. 12. Siguiendo este procedimiento se puede leer cualquier grad iente que se desee, 10 impo rtante es que la elevacion debe sergradual, siendo el maximo gradiente 2.5 y conservando esta por un minima de 30 min. REFERENCIA5 ASTMD5 101- 90

58 )


ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION ARTICULO 231

SEPARACI6N DE SUELOS DE SUBRASANTE Y CAPAS GRANULARES CON GEOTEXTIL 231.1 DE5CRIPCION Esta especificacion se refiere al uso de geotextiles para prevenir la mezcla entre los suelos de subrasante y agregados o materiales seleccionados para conformar subbases, bases,

0

materiales para construir terraplenes; los que se

colocariin sobre el geotextil de acuerdo a un espesor de diserio y valores de compactacion establecidos, en los sitios serialados por los pianos del proyecto

0

los indicados por el Intervento r. Esta especificacion se basa en la

supervivencia de los geotextiles frente a los esfuerzos producidos durante la instalacion. 231.2 MATERIALE5 Las propiedades requeridas del geotextil para separacion deben esta r en funcion de la gradacion del material granular, de las condiciones geomeciinicas del suelo de subrasante y de las cargas impuestas durante la ejecucion de los trabajos, permitiendo en todo momenta ellibre paso del agua. 231.2.1 Geotextil 5e empleariin geotextiles Tejidos 0 No Tejidos elaborados a partir de polfmeros sinteticos de cadena larga, compuestos con un porcentaje minima del 95% en peso de poliolefinas

0

poliester. EI geotextil a utilizar deberii cumplir con las

propiedades meciinicas e hidriiulicas que se presentan a continuacion. 231.2.1.1 Requerimientos de las propiedades meca nicas Las propiedades de resistencia de los geotextiles dependen de los requerimie ntos de supervivencia y de las condiciones

y procedimientos de instalacion. Estas propiedades corresponden a cond iciones normales de instalacion . CAPITULO 2: NORMAS DE ENSAYO Y ESPECIFlCACIONES DE CONSTRUCCION

59 )

~

Tabla de contenido

Tabla 1 Requerimi entos de las propiedades m eca nicas del geotextil (medidas en el sentido mas d ebil del geotextil )

Propiedad

Norma de ensayo

Valor minima promedio por rollo (VMPR)(l1

Va lor minima promedio por rollo (VMPR)(l1

Elongacion medida

INV E - 901

Elongacion <50%11)

Elongacion ;;0, 50%111

Resistencia a la tension (Grab)

INV E - 901

1l 00N

700N

Resistencia a la costura

INV E - 901

990N

630N

INV E - 913

2200N

1375 N

INV E - 903

400 Ni41

250N

Resistencia a la penetration con piston 50 mm de diiimetro Resistencia al rasgado trapezoidal

(1) Lo. v~Ior... numericos d .. III TlIbla corr... ponden al vlIlor minimo promedio per rollo (VMPR). EI valor minimo promedio per rolla, ... eI vlIlor

minimo d .. los r... ultados de un mu .."reo d .... n"')'OS de un proc .. K1

p"r~

du conformidad a un lot.. qUl' ...tiI bajo comprobad6n, "I promedio 00 los

",.u ltado. cor""P"ndi .. nt"" d .. los .. n ... yos prlKlklldo. a culllqui .... rollo d .. llot.. qu .. ......'" analiZilndo, 001>.- .er ""'yor 0 iguallli vlIlor p", ... ntado .. n ..
"speci/iaodon y corr"'ponde a la trI.ducdon del nombre en Ingl'" ' Minimun A""'rlIg" Roll V~lu .. (MARV),. O... de ..1 punto 00 vi"a del produclor,

cor .... sponde III valor promedio del lot .. meno. do. (2) v..,e.la d ... villc:i6n ""ilndar de los valo ..... d .. la produc:don. (2) La .. Ionguion < SO% hac .. ",ferenda a 10. geotextil"" t ..jidos, medida segun .. nsayo INVE-901. (3) La .. Iongadon > SO% hac.. r.. f.. renda a los geol ..xtil"" no l ..jido.. medic!.. ... gun .. n ... yo INV E-901. (4) EI valor (VMPR) parllill r... i"enc;" al ra.gado trapezoidal d .. lo. geot ..xtil"" I..jidos monofilllmenlo ... d .. 250 N.

231.2.1.2 Requerimientos de propiedades hidraulica s

Tabla 2 Requerimientos minimos de propiedades hidraulicas del geotextil

Propiedad

Norma de ensayo

Permitividad l' l

INV E - 905

Tamano de abertura apa rente~

INV E - 907

Estabilidad ultravioleta

INVE-910

Va lor minima promedio por rollo (VMPR) 0.02

S·I

0.60 mm 50% despues de 500 h de exposicion

(5) La Permilividad del geot ..xtil d .. be ... r mayor q"" fa permilivic!..d del ..,..10 (III.>"")' EI inl""""'lor Ulmbi"" podril exigir una perm .... bilidad del gI<.). (6) EI valor 001 Ta"",no d .. Abertura Apa",nl" (TAA) ... pre.enta el valo. maximo promedio po. rollo.

60 )


231.2.2 Material granular Este material debe cumplir con las especiticaciones y caracteristicas para Ati rmado (Articulo 311), Subbase Granular (A rticu lo 320) y Base Granular (Articulo 330) en el caso de que se este proyectando la conformacion de estructura para via, 0 con caracteristicas de material seleccionado para la conformacion de terraplenes. 231.2.3 Sub rasa nte Para conside rar que la funcion de separacion se de por parte del geotextil. el suelo de subrasante deberii presentar un CBR mayor

0

igual a 3 (CBR ::. 3,

0

que la resistencia al corte sea mayor a 90 kPa aproximadamente) y estar en

cond icion de no saturacion. 231.3 EQUIPO Se debera disponer de los equ ipos necesarios para colocar el geotextil correctamente y el requerido para explotar, triturar, procesar, cargar, transportar, colocar y compactar el material granula r. 231.4 EJECUCION DE LOS TRABAJOS 231.4. 1 Generalidades Ellnterventor exigirii al Constructor que los trabajos se efectuen con una adecuada coordinacion entre las actividades de preparacion del terreno, la colocacion del geotextil y la colocacion y compactacion del material de relleno, de manera que el geotextil quede expuesto el menor tiempo. Sera responsabilidad del Constructor la colocacion de elementos de seiializacion preventiva en la zona de los trabajos, la cual deberii ser visible durante las veinticuatro (24) horas del dia. EI diseiio de la seiializacion requeririi la aprobacion dellnterventor. 23 1.4.2 Preparacion del terreno La colocacion del geotextil solo serii autorizada por el Interventor cuando el terreno se haya preparado adecuadamente, removiendo los bloques de roca, troncos, a rbu stos y demiis materiales inconvenientes sobre la subrasante, excavando proyecto

0

0

rellenando hasta la rasante de diseiio, de acue rdo con los datos indicados en los pianos del

los ordenados por ellnterventor.

231.4.3 Colocacion del geotextil EI geotextil se deberii extender en la direccion de avance de la construccion, directamente sobre la superticie preparada, sin ar ru gas

0

dobleces. Si es necesario colocar rollos adyacentes de geotextil, estos se deberiin traslapar

o unir mediante la realizacion de costura, de acuerdo al numeral 23 1.4.4 de esta especiticacion. EI minima traslapo deberii ser de treinta centimetros (0.30 m) y dependera tanto del CBR de la subrasante como del tratico que vaya a circu lar sobre la via durante la construccion. En las curvas, el geotextil puede ser cortado con sus correspond ientes traslapos 0 costu ras, 0 dob lado, para desarrollar la geometria de la curva propuesta. EI minima traslapo permitido para las ap licaciones que se retieren a la separacion de materiales que trata esta especiticacion, es de 0.30 m. Para todo tinal de rollo el traslapo minima sera de 1.00 m; en reemplazo de este traslapo podra usarse una costura bajo las condiciones descritas en el numeral 23 1.4.4, que se expone a continuacion.

CAPITULO 2: NORMAS OE ENSAYO YESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION

61 )

~

Tabla de contenido

Tabla 3 Traslapos minimos Traslapo minima

CondiciOn CBR Mayor a 3%

30 cm

Todo final de rollo

0

costura

1m

No se permitirii que el geotextil quede expuesto, sin cubrir, por un lapso mayor a tres (3) dias. 231.4.4 Elaboraci6n de costu ras Para obtener una buena ca lidad en las costuras se deben tener en cuenta los sigu ientes condicionamientos. Usual mente las costuras tanto realizadas en campo como las desarrolladas durante la manufactura deben considerar los siguientes aspectos que dependeriin del diseno correspondiente y son: 1. Tipo de hila: Kevlar, Aramida, Polietileno, Poliester

0

Polipropileno. No se permitiriin hilos e laborados 100% a

partir de fibras naturales, e incluso Nylon. Cuando se propongan hilos compuestos por fibras sinteticas y fibras naturales, no se permitiriin aquellos que tengan 10%

0

miis en peso de fibras naturales. No se permitiriin

costuras e laboradas con alambres. 2. Densidad de la puntada: minima de 150 a 200 puntadas por metro lineal. 3. Tension del hila: debe ajustarse en campo de tal forma que no corte e l geotextil. pero que sea suficiente para asegurar una union permanente entre las superficies a coser. 5i se hace la costura a mano, deberiin tenerse los cuidados necesarios para que al pasar e l hilo, e l rozamiento no "funda" las fibras del geotextil. Deberiin tenerse en cuenta los requerimientos del inciso 2 del presente numeral. 4. La resistencia a la tension de la union, de acuerdo a la norma IN V E-901 , debe ser minima e l 90% de la resistencia a la tension Grab del geotextil que se estii cosiendo, medida deacuerdo a la norma de ensayo, IN V E-901. 5. Tipo de costura. Dependiendo del esfuerzo solicitado y e l tipo de geotextil, se pueden reali za r diferentes configuraciones para asegurar la correcta transferencia de la tension. 6. Cantidad de lineas de costura, que se determinariin tambien segun diseno. 7. Tipo de puntada, la que puede ser simple (Tipo 101) 0 de doble hilo, tambien lIamada de seguridad (Tipo 401 ).

231.45 Colocaci6n del material de cobertura EI material de relleno se descargarii en un lugar previa mente escogido y autorizado por e l Interventor. Luego el material se esparcirii sobre el geotextil. empleando un metodo que no de lugar a danos en el geotextil. No se permitirii el triinsito de maquinaria sobre e l geotextil hasta que se conforme la primera capa de material de relleno compactada. No se permite el g iro de maquinaria sobre la primera capa de material granular. Para agregados de tamanos menores a 50 mm, e l espesor de la primera capa compactada de material de relleno debe ser mayor a 30 cm. Para agregados de tamanos menores a 30 mm, e l espesor de la primera capa compactada debe ser mayor a 15 cm. EI material de relleno se compactarii con e l equipo adecuado, para lograr el grado de compactacion exigido del material o e l solicitado por ellnterventor, antes de dar paso al triifico temporal sobre la vfa

0

comenzar las labores de colocacion

de las siguientes capas. EI relleno se lIevarii a cabo hasta la altura indicada en los pianos 0 la indicada por ellnterventor.

62 )


231.5 COND ICIONES PARA EL RECIBO DE LOS TRABAJOS 231.5.1 Contro les Durante la ejecucion de los trabajos. el Interventor adelanta ra los sigu ientes controles: Verificar el estado y funcionamiento de todo el equipo empleado por el Constructor. Verificar que el terreno se prepare adecuadamente y que se cumplan las dimensiones de la rasante de diselio selia ladas en los pianos 0 las ordenadas por el, antes de autorizar la colocacion del geotextil. Verificar que el material de relleno cumpla las especificaciones del diselio du rante el periodo de ejecucion de la obra. Supervisar la correcta aplicacion del metodo aceptado, en cuanto a la preparacion del terreno, la colocacion del geotextil y la colocacion de la capa de relleno. Comprobar que los materiales a utilizar cumplan con los requisitos exigidos por la presente especificacion. Efectuar ensayos de control sobre el geotextil, en un la boratorio independ iente al del fabricante y al material granu lar del relleno. Los ensayos de control relacionados con el geotextil, deberan hacerse de conform idad con

10 establecido en las normas INV E-909 e INV E-908 Verificar que cada rollo de geotextil tenga en forma clara la informacion del fabricante, el nlimero del lote y la referencia del producto, as! como la composicion quimica del mismo, junto con una decla racion del fabricante, que debera incluir la informacion que se exige en el numeral 23 1.5.3.2 que se refiere a la conformidad del geotextil. Comprobar que durante el transporte y el almacenamiento, los geotextiles tengan los empaques que los protejan de la accion de los rayos ultravioleta, agua, barro, polvo, y otros materiales que puedan afectar sus propiedades Med ir, para efectos de pago, las cantidades de obra ejecutadas a satisfaccion. 231.5.2 Muestreo en obra Esta actividad de caracter obligatorio, debera desarrollarse para todo despacho de geotextiles que lIeguen a la obra, para ser usados de acuerdo a los requerimientos establecidos por el diselio 0 donde ellnterventor hu biera aprobado su utilizacion y forma parte del proceso de aseguramiento del control de calidad de la construccion, desarrollado independientemente del programa de control de calidad de la produccion

0

manufactura. Para esto, debera seguir

10 establecido por las normas INV E-908 e INV E-909 que se refieren a la metodologia de muestreo para ensayos y la practica para dar la conformidad de las especificaciones de los geosinteticos. Para el muestreo en obra se trabajaran rollos estandar con un area entre 400 y 600 ml. En el caso de rollos con areas diferentes, el total de metros cuadrados se debe ra convertir a unidades de rollos equivalentes en relacion con 500 ml. Para el muestreo del control de calidad en obra de los geotextiles, por cada envio

0

despacho de materiales, se

debera escoger al azar un nlimero de rollos equivalentes a la raiz clibica de los rollos suministrados por cada envio

0

despacho, al que se Ie dara conformidad

0

aceptacion par parte de la obra y a los que se les utilizara

para el uso que trata esta especificacion, teniendo en cuenta que si el nlimero de rollos es mayor

0

igual a 1000,

el nlimero de muestras seleccionadas debe ser igual a 11. De cada rollo se deberan descartar las dos primeras vueltas de geotextil para el muestreo. Posteriormente, se debera tomar una muestra como minima de un metro lineal por el anc ho correspondiente al rollo, verificando


63 )

~ Tabla de contenido que este tota lmente seca y limpia y se deberii empacar y enviar a un labo rato rio distinto al del fabricante, debidamente identificada (numero de lote, refe rencia del producto, etc.). EI numero de especimenes se determina aplicando 10 previsto en las normas de ensayo para eva luar las propiedades indicadas en la Tabla 1 del Aparte 231.2.1.1 yen la Tabla 2 del Aparte 23 1.2. 1.2 de esta especificacion. 2315.3 Condiciones especificas para el recibo y tolerancias 2315.3.1 Ca lidad del geotextil Cada despacho de geotextil deberii ser sometido a un proceso de conformidad de las especificaciones de acuerdo con 10 establecido en el numeral 231.5.2 y de la normas INV E-909 e INV E-908, para dar conformidad del geotextil a usar, segun los valores establecidos por esta especificacion, independientemente que venga acompaiiado de una certificacion

0

declaracion dellaboratorio del fabricante que garantiza que el producto satisface las exigencias

indicadas en los documentos del proyecto. Por ningun motive se acepta riin geotextiles rasgados, agujereados

0

usados. Las especificaciones de los geotextiles deben presentarse en va lores minimos promedio por rollo (VMPR). 2315.3.2 Declaraci6n del fabricante del geotextil con respecto a su producto EI Constructor suministrarii allnterventor una declaracion donde se establezca el nombre del fabricante, el nombre del producto, composicion quimica relevante de los filamentos

0

cintas y otra informacion pertinente que describa

totalmenteal geotextil. EI fabricante es responsable de establecer y mantener un programa de control de calidad. Este deberii estar disponible cuando se requie ra, mediante un documento que describa el programa de control de calidad de la produccion. La declaracion del fabricante hace consta r que el geotextil sum inistrado ofrece valo res minimos promedio por rollo 'VMPR: de acuerdo a 10 establecido en su hoja de especificaciones de producto, obtenidos bajo el programa de control de calidad del fabricante. La declaracion deberii ser extendida por una persona que tenga el reconocimiento legal, de tal forma que comprometa al fabricante. Un e rror en el etiquetado 0 de presentacion de los materiales, serii rawn suficiente para rechazar estos geotextiles. 2315.3.3 Ca lidad de la obra terminada Ellnterventor aceptarii el trabajo realizado donde las dimensiones y los lineamientos se ajusten a los requerimientos del proyecto y cuyos materiales y procedimientos de ejecucion se realicen segun 10 prescrito en esta especificacion. 231.6 MEDIDA La unidad de medida del geotextil serii el metro cuadrado (rW), ap roximado al decimo del metro cuadrado de geotextil medido en obra, colocado de acuerdo con los pianos y esta especificacion, sin incluir traslapos, debidamente aceptado por ellnterventor. 231.7 FORMA DE PAGO EI pago se harii al respectivo precio unitario del contrato par toda obra ejecutada, de acue rdo con los pianos y esta especificacion, y aceptada a satisfaccion por el Interventor. EI material de cobertura se pagarii de acuerdo a la especificacion del material utilizado siguiendo el numeral 23 1.2.2.

ITEM DE PAGO 23 1.1 Geotextil para separacion de suelos de subrasante y capas granulares Metro cuadrado (rW).

64 )


ARTfcULO 232

ESTABILIZACI6N DE SUELOS DE SUBRASANTE Y CAPAS GRANULARES CON GEOTEXll L 232.1 DE5CRIPCION Este trabajo consiste en la preparacion del suelo de subrasante que se quiere estabilizar y el suministro, transporte y colocacion de materiales compuestos por el geotextil y el suelo granular, en los sitios sefia lados en los pianos del proyecto

0

indicados por el Interventor. Esta especificacion se basa en la supervivencia de los geotextiles frente a los

esfuerzos de insta lacion.

232.2 MATERIALE5 Las propiedades requeridas del geotextil para estabilizacion deben estar en funcion de la gradacion del material granular, de las condiciones geomeciinicas del suelo de subrasante y de las cargas impuestas durante la ejecucion de los trabajos, permitiendo en todo momenta ellibre paso del agua. Esta especificacion no es apropiada para el refuerzo de terraplenes donde las condiciones de esfuerzos puedan causar fallas globales de la fundacion

0

de

estabilidad. EI refuerzo de la seccion del pavimento es un punto de disefio especffico del proyecto.

232.2.1 Geotextil 5e empleariin geotextiles Tejidos 0 No Tejidos elaborados a partir de polimeros sinteticos de cadena larga, compuestos con un porcentaje minima del 95% en peso de poliolefinas

0

poliester. EI geotextil a utilizar deberii cumplir con las

propiedades mecimicas e hidriiulicas que se presentan a continuacion.


65 )

~

Tabla de contenido

232.2.1.1 Re querimie ntos de propiedades mecanicas Las propiedades de resiste ncia de los geotexti les dependen de los reque rimie ntos de supervi ve ncia y de las condiciones y procedimientos de instalacio n. Estas propie dades correspo nde n a condiciones no rmales de instalacion. Tabla 1 Requerimientos minimos de propiedades mecanicas del geotextil (medidos e n e l sentido mas d e bil del geotexti lj

Propiedad

Norma de ensayo

Va lor minima promedio par ro llo (VMPR)(11

Valor minima promedio par rollo (VMPR)111

Elongacion medida

INV E - 901

Elongacion < 50%(11

Elongacion ;;.50%1JI


INV E - 901

1400N

900 N


INV E - 901

1260 N

810 N

INV E - 913

2750 N

1925 N

INV E - 903

SOON

350 N

Resistencia a la penetracion con piston 50 mm de diiimetro Resistencia a l rasgado trapezoidal

(I) Lo.

v~Ior...

nu""',kos d .. llI TlIbla cor .... pond"" al valor minimo promedio par rolla (VMPR). EI valor minimo promedio par roIlo, ... eI valor

minimo d .. los ...... ltados d .. un mu ...Ueo d .... n"')'OS de un pnx .. so pIIra dar conformidad a un lot.. qUI! estiI bajo comprobad6n, ..1promedio de los .... u(Qdo. corr"'P"ndi .. ntes d .. los .. n ... )'OS practKlIdo, a c""lqui .... rollo d .. llot.. qu ........ta analiZilndo, debe ..... mayor 0 igual al valor p...... ntado .. n ...III ... pecificad6n y cor .... ponde a la traducd6n del nombr .... n Ingle. "Minimun Averllg .. Roll V.. lu .. (MARV)". O",de ..1 punta de vi.t .. d ..1 productor, cor .... ponde ..1valor promedio del lot .. m""o. do. (2) V<'ce. la de.viaciOn "'tanda, de los valo .... d .. l.. produc:d6n. (2) La .. longllCi6n <: SO%hac.. ref.. renda .. 10. g<'01 ..)(\il", t ..jidos, medida ><'gun .. n... yo INVE-901. (3) La .. long .. d6n" 50% hac .. ref..... ndlla los g<'01..)(\i(.,. not..jidos, "",dida ,egun .. nSll)'O INV E-90I.

232.2.1.2 Requerimientos de propie dades hidriiulicas y de filtra c i6n

Tabla 2 Requerimientos minimos de propiedades hidraulic as del geotexti l

Propiedad

Norma de ensayo

Permitividad 141

INVE-905

Tamaiio deabertura aparente l5l

INVE-907

Estabilidad ultra vio leta

INVE-9 10

Valor minima promedio por ro llo (VMPR) 0.05

S· I

0.43 mm 50% despues de 500 h de exposicion

(4) La permitividad del geot ..)(\il debe ... r mayor qu .. la p.... mitividad del ......10 (111. > IIIJ . La permeabilidad deber" ..... mayor que I.. permeabilidad del.u .. lo(ko>

k.J.

(5) EI valor del Tamano de Abertura Apar.. nt.. (TAA) r"pr.. ,enta el valor maximo promedio por ,0110.

66 )


232.2.2 Material Granular Este material debe cumplir con las especiticaciones y caracteristicas para Ati rmado (Articulo 311), Subbase Granular (Articu lo 320) y Base Granular (Articulo 330) en el caso de que se este proyectando la conformacion de estructura para via, 0 con caracteristicas de material seleccionado para la conformacion de terraplenes.

232.2.3 Sub rasa nte Para conside ra r que la funcion de estabilizacion se de por parte del geotextil, el suelo de subrasante debe ra presentar un CSR entre 1 y 3

(1

cond icion de no saturacion.

232.3 EQUIPO Se debera disponer de los equ ipos necesarios para colocar el geotextil correctamente y el requerido para explotar, triturar, procesar, cargar, transportar, colocar y compactar el material granula r.

232.4 EJECUCION DE LOS TRABAJOS 232.4. 1 Generalidades Ellnterventor exigirii al Constructor que los trabajos se efectuen con una adecuada coordinacion entre las actividades de preparacion del terreno, la colocacion del geotextil y la colocacion y compactacion del material de relleno, de manera que el geotextil quede expuesto el menor tiempo. Sera responsabilidad del Constructor la colocacion de elementos de seiializacion preventiva en la zona de los trabajos, la cual deberii ser visible durante las veinticuatro (24) horas del dia. EI diseiio de la seiializacion requeririi la aprobacion dellnterventor.

232.4.2 Preparacion del terreno La colocacion del geotextil solo serii autorizada por el Interventor cuando el terreno se haya preparado adecuadamente, removiendo los bloques de roca, troncos, a rbu stos y demiis materiales inconvenientes sobre la subrasante, excavando proyecto

0

0

rellenando hasta la rasante de diseiio, de acue rdo con los datos indicados en los pianos del

los ordenados por ellnterventor.

232.4.3 Colocacion del geotextil EI geotextil se deberii extender en la direccion de avance de la construccion, directamente sobre la superticie preparada, sin ar ru gas

0

dobleces. Si es necesario colocar rollos adyacentes de geotextil, estos se deberiin traslapar

o unir mediante la realizacion de costura, de acuerdo al numeral 232.4.4 de esta especiticacion. EI minima traslapo deberii ser de sesenta centimetros (0.60 m) y dependerii tanto del CSR de la subrasante como del triitico que vaya a circu la r sobre la via durante la construccion. En las curvas, el geotextil puede ser cortado con sus correspond ientes traslapos 0 costu ras, 0 dob lado, para desarrollar la geometria de la curva propuesta. EI minima traslapo permitido para las ap licaciones que se retieren a la separacion de materiales que trata esta especiticacion, es de 0.60 m. Para todo tinal de rollo el traslapo minima sera de 1.00 m; en reemplazo de este traslapo podra usarse una costura bajo las condiciones descritas en el numeral 232.4.4, que se expone a continuacion.


67 )

~

Tabla de contenido

Tabla 3 Traslapos minimos en funci6n del CBR

Traslapo minima

Condicion CBR entre l %y 3%

60 cm

Todo tinal de rollo

0

costura

1m

No se permitira que e l geotextil quede expuesto, sin cubrir, por un lapso mayor a (3) dias. 232.4.4 Elaboraci6n de costu ras Para obtener una buena ca lidad en las costuras se deben tener en cuenta los sigu ientes condicionamientos. Usual mente las costuras tanto realizadas en campo como las desarro lladas durante la manufactura deben considerar los siguientes aspectos que dependeran del diseiio correspondiente y son: 1. Tipo de hila: Kevlar, Aramida, Polietileno, Poliester

0

Polipropileno. No se permitiran hilos e laborados 100% a

partir de tibras naturales, e incluso Nylon. Cuando se propongan hilos compuestos por tibras sinteticas y tibras naturales, no se permitiran aquellos que tengan 10%

0

mas en peso de tibras naturales. No se permitiran

costuras e laboradas con alambres. 2. Densidad de la puntada: minima de 150 a 200 puntadas por metro lineal. 3. Tension de l hila: debe ajustarse en campo de tal forma que no corte e l geotextil, pero que sea suticiente para asegurar una union permanente entre las superticies a coser. Si se hace la costura a mano, deberan tenerse los cuidados necesarios para que a l pasar e l hilo, e l rozamiento

0

"funda " las tibras de l geotextil. Deberan tenerse

en cuenta los requerimientos de l inciso 2 del presente numeral. 4. La resistencia a la tension de la union, de acuerdo a la norma INV E-90 1, debe ser minima e l 90% de la resistencia a la tension Grab del geotextil que se esta cosiendo, medida deacuerdo a la norma de ensayo, INV E-90 1. 5. Tipo de costura. Depend iendo de l esfuerzo solicitado y e l tipo de geotextil, se pueden realizar diferentes contiguraciones para asegurar la correcta transferencia de la tension. 6. Cantidad de lineas de costura, que se determinaran tambien segun diselio. 7. Tipode puntada, la que pueden sersimple (Tipo 101) ode doble hilo, tambien lIamada de seguridad (Tipo 401). 232.4.5 Colocaci6 n del material de cobertura EI material de relleno se descargara en un lugar previa mente escogido y autorizado por e l Interventor. Luego, e l material se esparcira sobre el geotextil, empleando un metodo que no de luga r a dalios en el geotextil. No se permitira e l transite de maquinaria sobre e l geotextil hasta que se conforme la primera capa de material de relleno compactada. No se permite el g iro de maquinaria sobre la primera capa de material granular. Para agregados de tamalios menores a 50 mm, e l espesor de la primera capa compactada de material de relleno debe ser mayor a 30 cm. Para agregados de tamalios menores a 30 mm, e l espesor de la primera capa compactada debe ser mayor a 15 cm. EI material de relleno se compactara con e l equipo adecuado, para lograr e l grado de compactacion exig ido del material

0

e l solicitado por e llnterventor, antes de dar paso al tratico temporal sobre la via

0

comenzar las labores

de colocacion de las siguientes capas. EI relleno se lIevari! a cabo hasta la a ltura indicada en los pianos por e llnterventor.

68 )

0

la indicada


232.5 COND ICIONES PARA EL RECIBO DE LOS TRABAJOS 232.5.1 Contro les Durante la ejecucion de los trabajos. el tnterventor adelanta ra los sigu ientes controles: Verificar el estado y funcionamiento de todo el equipo empleado por el Constructor. Verificar que el terreno se prepare adecuadamente y que se cumplan las dimensiones de la rasante de diselio selia ladas en los pianos 0 las ordenadas por el, antes de autorizar la colocacion del geotextil. Verificar que el material de relleno cumpla las especificaciones del diselio du rante el periodo de ejecucion de la obra. Supervisar la correcta aplicacion del metodo aceptado, en cuanto a la preparacion del terreno, la colocacion del geotextil y la colocacion de la capa de relleno. Comprobar que los materiales a utilizar cumplan con los requisitos exigidos por la presente especificacion. Efectuar ensayos de control sobre el geotextil, en un la boratorio independ iente al del fabricante y al material granu lar del relleno. Los ensayos de control relacionados con el geotextil, deberan hacerse de conform idad con

10 establecido en las normas tNV E-909 e tNV E-90S. Verificar que cada rollo de geotextil tenga en forma clara la informacion del fabricante, el nlimero del lote y la referencia del producto, as! como la composicion quimica del mismo, junto con una declaracion del fabricante que debera incluir la informacion que se exige en el numeral 232.5.3.2 que se refiere a la conformidad del geotextil. Comprobar que durante el transporte y el almacenamiento, los geotextiles tengan los empaques que los protejan de la accion de los rayos ultravioleta, agua, barro, polvo, y otros materiales que puedan afectar sus propiedades. Med ir, para efectos de pago, las cantidades de obra ejecutadas a satisfaccion. 232.5.2 Muestreo en obra Esta actividad de caracter obligatorio, debera desarrollarse para todo despacho de geotextiles que lIeguen a la obra, para ser usados de acuerdo a los requerimientos establecidos por el diselio 0 donde el tnterventor hu biera aprobado su utilizacion y forma parte del proceso de aseguramiento del control de calidad de la construccion, desarrollado independientemente del programa de control de calidad de la produccion

0

manufactura. Para esto, debera seguir

10 establecido por las normas tNV E-90S e tNV E-909 que se refieren a la metodologia de muestreo para ensayos y la practica para dar la conformidad de las especificaciones de los geosinteticos. Para el muestreo en obra se trabajaran rollos estandar con un area entre 400 y 600 ml. En el caso de rollos con areas diferentes, el total de metros cuadrados se debe ra convertir a unidades de rollos equivalentes en relacion con 500 ml. Para el muestreo del control de calidad en obra de los geotextiles, por cada envio

0


debera escoger al azar un nlimero de rollos equivalentes a la raiz clibica de los rollos suministrados por cada envio

0

despacho, al que se Ie dara conformidad

0

aceptacion par parte de la obra y a los que se les utilizara

para el uso que trata esta especificacion, teniendo en cuenta que si el nlimero de rollos es mayor

0

igual a 1000,

el nlimero de muestras seleccionadas debe ser igual a 11. De cada rollo se deberan descartar las dos primeras vueltas de geotextil para el muestreo. Posteriormente, se debera tomar una muestra como minima de un metro lineal por el anc ho correspondiente al rollo, verificando

CAPITULO 2: NORMAS OE ENSAYO YESPECtFtCACtONES DE CONSTRUCCtON

69 )

~ Tabla de contenido que este tota lmente seca y limpia y se deberii empacar y enviar a un labo rato rio distinto al del fabricante, debidamente identificada (numero de lote, refe rencia del producto, etc.). EI numero de especimenes se determina aplicando 10 previsto en las normas de ensayo para evaluar las propiedades indicadas en la Tabla 1 del Aparte 232.2. 1.1 yen la Tabla 2 del Aparte 232.2 .1.2 de esta especificacion.

232.5.3 Cond iciones espedficas para el recibo y tolerancias 232.5.3.1 Calidad del geotextil Cada despacho de geotextil debera ser sometido a un proceso de conformidad de las especificaciones de acuerdo con 10 establecido en el numeral 232.5.2 y de la normas INV E - gOg e INV E - 908, para dar conformidad del geotextil a usar, segun los valores establecidos por esta especificacion, independientemente que venga acompaliado de una certificacion

0

declaracion del laborato rio del fabricante que garantiza que el producto satisface las exigencias

indicadas en los documentos del proyecto. Por ningun motive se aceptaran geotextiles rasgados, agujereados

0

usados. Las especificaciones de los geotextiles deben presentarse en va lores minimos promedio por rollo (VMPR).

232.5.3.2 Declaraci6n del fabricante del geotextil con respecto a su producto EI Constructor suministrara allnterventor una declaracion donde se establezca el nombre del fabricante, el nombre del producto, composicion quimica relevante de los filamentos

0


totalmenteal geotextil. EI fabricante es responsable de establecer y mantener un programa de control de calidad. Este deberii estar disponible cuando se requiera, mediante un documento que describa el programa de control de calidad de la produccion. La declaracion del fabricante hace constar que el geotextil sum inistrado ofrece valo res mfnimos promedio por rollo ·VMPR ~

de acuerdo a los establecidos en su hoja de especificaciones de producto, obtenidos bajo el programa de

control de calidad del fabricante. La declaracion debera ser extendida por una persona que tenga el reconocimiento legal. de tal forma que comprometa al fabricante. Un e rror en el etiquetado 0 de presentacion de los materiales, sera raz6n suficiente para rechazar estos geotextiles.

232.5.3.3 Ca lidad del producto terminado Ellnterventor aceptarii el trabajo realizado donde las dimensiones y los lineamientos se ajusten a los requerimientos del proyecto y cuyos materiales y procedimientos de ejecucion se realicen segun 10 prescrito en esta especificacion.

232.6 MEDIDAS La unidad de medida del geotextil sera el metro cuadrado (ml), ap roximado al decimo del metro cuadrado de geotextil medido en obra, colocado de acuerdo con los pianos y esta especificacion, sin incluir traslapos, debidamente aceptado por ellnterventor.

232.7 FORMA DE PAGO EI pago se harii al respectivo precio unitario del contrato por toda obra ejecutada, de acuerdo con los pianos y esta especificacion, y aceptada a satisfaccion por ellnterventor. EI material de cobertura se pagarii de acuerdo a la especificacion del material utilizado siguiendo en numeral 232.2.2.

ITEM DE PAGO 232. 1 Geotextil para estabilizacion de suelos de subrasante y capas granulares Metro cuadrado (ml).

70 )

ARTfcULO 464

PAVIMENTACION Y REPAVIMENTACION CON GEOTE XTILES 464.1 DESCR IPCION Este trabajo consiste e n la utilizacion de geotextiles para conformar una me mbrana visco-elasto-pliistica, la que puede ser usada sobre pavimentos de concreto asfii ltico fatigad os y retardar el calcado de fi su ras;

0

bajo nuevas

capas de concreto asfiiltico para ofrecer una barrera permanente contra el ingreso del agua. Ambas estrategias pueden ser usadas e n el mantenimiento y construccio n de vias pavimentadas, el desarrollo de esta membrana estarii de te rminado por los sitios selialados e n los pianos del proyecto 0 indicados por ellnterventor. La me mbrana descrita se obtie ne mediante la saturacion con cementa asfiiltico de un geotextil que ha side colocado sobre la superficie existente, previa preparacio n, para luego colocar la nueva capa de concreto asfiiltico. Esta especificacio n se basa en la super vive ncia del geotextil frente a los esfuerzos producidos durante la instalacio n. 464.2 MATERIALE5 464.2.1 Geotextil 5e utilizariin geotextiles elaborados a partir de polfmeros sinteticos de cadena larga, compuestos con un porcentaje minima de 95% en peso de poliolefinas

0

poliester; del tipo no tejido, punzo nado por agujas. Los que deberiin

tener la capacidad de absorber la suficie nte cantidad de ligante asfiiltico y presentar los siguientes requerimientos de propiedades meciinicas. 464.2.1. 1 Propiedades Requeridas Las propiedades de resistencia de los geotextiles dependen de los requerimientos de supervive ncia y de las condiciones y procedimientos de instalacio n. Las propiedades corresponden a condicio nes no rmales de instalacio n.


71 )

~ Tabla de contenido Tabla 1 Requerimientos del geotextil (medidos en e l sentido mas debil del geotextil)

Propiedad

Norma de ensayo

Valor minima promedio por rollo VMPR)(l1

Elongacion medida

INV E- 90 1

Elongacion ;;,,50%111


INV E- 90 1

450 N

Retencion asfaltica

INV E- 911

Nota 3

Masa por unidad de area

INVE-912

140g/ml

A5TM D276

Nota 4

Punto de fusion

(1) Los v~lores numerieos de la Tablll corre.ponden

~I v~lor

minimo promedio por roIlo (VMPR).EI valor minima promedio por rollo, e. eI valor minima

de los resultados de un muestreo de ens"Yo, de un proce-so p"r~ dar conformidad a un lote que ....Ia blljo comprobadon, eI promedio de 10........ I!.!Ido. correspondienle. d e 10. en ... )'OS practieado. a cualquier roIlo dellote que se ,m~

~nalizando,

debe..". moyer 0 igual lli v~lor p"'sentado en .... Ia

... pecificadon y corresponde a la traducciOn del nombr.. en Ingle, "Minimun Average Roll Value (MARV)c Desde 0'1 punto de vista del produclor, corre.ponde a l v~lor promedio dellote meno. do. (2) vea-.la desviaciOn estandar de los valo ..... de la producdon. (2) La e1onguion " 50% hace referendll aios geot..xtile. no lejido •. (3) La relendo n asfaltica minima .....0 de 0.9 11m'; 'in .. mborgo. la retendon

~.Mlliea medid~

geotextil debe ... r .umini.trada par 0'1 fllbricllnle. EI valor no indica la la ... de apliead';" d ..

en lilro. por cadi> metro cuad rado (11m') parll cada

~sfalto

... qu ... ido en la conmucdon, solamenle indiea 0'1

vllior parll ,alurllr 0'1geotextil. La retendon lI.fliltiea del prodUCIO, rep ....... nla 0'1 VMPR ,umini'trado par 0'1 fllbricanle. EI vllior de retend6n lI,fliitiea estll d ado en lerminos de lI.falto re,idual en u'o de tr~bojar con emul'lon .... asf.. ltic .... (4) EI punlo de fu.ion delgeolextil ...",,. 150"C cuando la nueva up" a,f.oitiea...a

prep"r~da

con a,falto tradieional. EI punto de fu,ion delgeotexlil

... r.o " 250"C CUllndO la nueva clIpa ll.faltk" ..." prepa rada con lI.falto, modificados con poIimeros 0 cuando lalemperalura de compacllld6n su pere los 150"C.

464.2.2 Ligante asfaltico EI material que se utiliza ra para saturar el geotextil y desarrollar la mencionada membrana visco elastoplastica, ademas de garantizar una adecuada adhesion de esta membrana a la base granu lar ya la capa superior (capa de refuerzo,

0

0

a la mezcla asfaltica existente,

de mantenimiento), podra ser un cementa asfaltico de penetracion 60-70

mml1 0 (segun el ensayo INV E-706), emul sion cationica de rompimiento rapido tipo 1 0 una emulsion cationica de rompimiento rapido tipo 1 modificada con polimeros, de conformidad con 10 establecido por el Articulo 400 de estas especificaciones, de tal forma que se satisfaga la cantidad de cementa asfaltico establecida por el diseliador. EI geotextil se podra colocar solo despues del correspondiente rompimiento de la emulsion. Los asfa ltos diluidos que contienen solve ntes no deberan ser usados.

464.3 EQU IPO 5e debe ra disponer de los equipos adecuados para la imprimacion, la colocacion del geotextil, la colocacion y la compactacion del concreto asfaltico de la ca pa de repavimentacion, pavimentacion 0 mantenimiento. EI irrigador de asfalto de be ser ca paz de aplica r el asfalto

0

emulsion de liga, a la tasa de aplicacion especificada por el diseliador

de manera uniforme. EI irrigador tam bien debe estar equipado con una boquilla de aspersion. EI equipo mecanico

72 )

o manual de instalacion del geotextil debe ser capaz de instala rlo uniformemente, cu idando de producir la minima cantidad de arru gas. Se deben suministrar los sigu ientes equipos misceliineos: Escobas de cerda rigida 0 rodill05 para uniformizar la superficie del geotextil; tijeras 0 cuchillas para cortar el geotextil; cepillos para aplicar el sellador asfiiltico a los traslapos del geotextil. Puede requerirse para ciertos trabajos, equipos de compactacion neumiitica para uniformizar la im primacion del geotextil con elligante. La utilizacion de un compactador neumiitico puede ser requerida especialmente en trabajos donde se coloquen capas delgadas de mezcla asfiiltica, esto se realiza para mejorar la adhesion del geotextil a las superficies debido a la ausencia de peso y temperatura asociadas con capas delgadas.

464.4 EJECUCI6N DE LOS TRABAJOS 464.4.1 Generalidades Ellnterventor exigirii al Constructor que los trabajos se efectuen con una adecuada coordinacion entre las actividades de limpieza de la superficie de la base granular terminada 0 la capa asfiiltica antigua, la reparacion de grietas, la imprimacion, la instalacion del geotextil y la colocacion de la capa de mezcla asfiiltica, de manera que se minim ice el tiempo de duracion de la obra. Serii responsabilidad del Constructor la colocacion de elementos de seiializacion preventiva en la zona de los trabajos, la cual deberii ser visible durante las veinticuatro (24) horas del dia.

464.4.2 Limpieza de la superficie y repa racio n de g rietas La imprimacion e instalacion del geotextil solo seriin auto ri zadas por ellnte rventor cuando la limpieza de la superficie y la reparacion de las g rietas se hayan rea lizado, de acuerdo a los trabajos indicados en el proyecto y a 10 ordenado por ellnterventor. Para garantiza r que la adhesion del geotextil a la capa asfiiltica antigua y a la de repavimentacion sea la adecuada, deberii preverse que la superficie sobre la cua l se coloca riin los rollos de geotextil este li bre de elementos tales como polvo, agua, vegetacion y escombros que pudiesen entorpecer el contacto entre el li gante asfiiltico y la carpeta vieja. Los equipos recomendables utilizados en este tipo de operaciones son compresores neumiiticos con boquillas adecuadas para limpieza 0 incluso se permite la utilizacion de escobas, como tambien se usan equipos de barrido meciinico. Despues de terminar el proceso de limpieza, las grietas que excedan los tres milimetros (3 mm) de ancho deberiin ser sopladas y selladas de acue rdo con las especificaciones particulares de cada proyecto.

464.4.3 Tasa y forma de aplicacion delligante asfiiltico La cantidad de ligante asfiiltico a utilizar depende de la porosidad relativa de la capa antigua y del geotextil a utilizar en el proceso de repavimentacion, para garantizar el desempelio de la membrana visco-elasto-pliistica lograda con la saturacion del geotextil. La cantidad de ligante asfiiltico deberii ser la suficie nte para satisfacer los requerimientos de la saturacion del geotextil. Adicionalmente, se debe inclu ir la cantidad necesaria para adherir el geotextil y la nueva capa asfii ltica a la superficie de la capa antigua. Para esto, se recurririi a los ciilculos de acuerdo con las cantidades previstas en el diseiio. Sobre la superficie tratada se deberii extender el ligante asfiiltico seleccionado, de tal forma que se obtenga una distribucion uniforme de la tasa calculada y logra r asi la mencionada membrana viscoelasto-pliistica. Las tecnicas de CAPITULO 2: NORMAS DE ENSAYO Y ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION

73 )

~ Tabla de contenido imprimacion requieren que los equipos coloquen elligante a una tasa uniforme, siendo necesario el uso de equipos mecanicos, tales como camiones irrigadores. Cuando se utilicen equipos manuales se puede lograr una aplicacion adecuada delligante, teniendo en cuenta que esta deberii ser homogenea y uniforme. 464.4.4 Temperaturas de trabajo Las temperaturas del camion irrigador con cementa asfaltico no deben exceder los 150°C. Los patrones de riego con emulsiones asfiilticas son mejorados con calentamiento. Es deseable un range de temperaturas entre 55°C y 70°C. No debe excederse una temperatura de 70"C, puesto que a partir de esta puede romperse la emulsion. Ni el sellador asfaltico ni el geotextil deben colocarse cuando las condiciones del clima a juicio del Interventor no sean las adecuadas. Las temperaturas del aire y del pavimento deben ser las suficientes para permitir que el sellante asfiiltico haga que el geotextil permanezca adherido en su sitio. 464.4.5 Colocacion del geotextil EI geotextil deberii ser colocado sobre elligante asfaltico con una minima cantidad de arrugas, antes que elligante o cementa asfaltico se enfrie y pierda adhesividad. La colocacion del geotextil podrii realizarse manual

0

mecanicamente, mediante equipos especiales para la colocacion

de los rollosy asi de esta manera se podrii eliminar al miiximo la formacion de arrugas. Los cuidados principales para el tratamiento de las arrugas incluyen los sigu ientes: Las arrugas y dobleces de miis de 25 mm deberiin rasgarse y aplanarse siempre en el sentido del avance de los equ ipos utilizados en las labores de pavimentacion 0 repavimentacion, para evitar levantamientos. En el caso de que la arruga 0 doblez sobrepase los 50 mm, este exceso deberii sereliminado. EI traslapo del geotextil en reparacion de arrugas debera contemplar el uso de ligante ad iciona l para saturar las dos capas de geotextil y formar una membrana visco-elasto-plastica uniforme y manteniendo el efecto impermeabilizador ode disipacion de esfuerzos. Deberii contemplarse la menor dimension posible para la conformacion de los traslapos entre rollos adyacentes; los traslapos en cua lquier direccion, no deberan exceder quince centimetros (15 cm). En las zonas de traslapos se deberii hacer una imprimacion adicional con ligante asfiiltico para garantizar la saturacion total del geotextil segun las expectativas mencionadas anteriormente. Para facilitar un mayor contacto del geotextil con elligante y eliminar en mayor proporcion las arrugas del geotextil, se podran utilizar equipos mecanicos como es el caso de un compactador de lIantas en una pasada sobre el geotextil transitando a bajas velocidades. 464.4.6 Colocacion de la capa nueva asfaltica Una vez instalado el geotextil se colocarii en el menor tiempo posible. La temperatura de colocacion de la nueva capa estarii de acuerdo al tipo de mezcla asfaltica que se haya disenado para el proyecto previamente aprobada por el interventor. Cuando el asfalto de liga traspasa el geotextil por sobre saturacion, de tal forma que se puedan causa r algunos problemas especialmente al transite del equipo de construccion produaendo desprendimientos del geotextil, se permitira esparcir una pelfcula de arena limpia sobre la huella de las lIantas del equ ipo, para que el

74 )

exceso sea absorbido por esta a rena y se impida el despre ndimie nto del geotextil. Posteriorme nte estos excesos de arena seran retirados para proceder a la colocacio n de la nueva ca rpeta asfaltica. Norma lmente no es necesario la utilizacion de arena, sin embargo en cl imas muy ca lidos es posible que el asfa lto de liga fluya a traves del geotextil en algunos puntos de la via, resultando en una condicion poco adecuada para desa rrollar una buena ad hesio n de la nue va carpeta asfaltica. Para evitar que la membrana visco-elasto-plastica lograda mediante la correcta colocacio n del geotextil se desplace y se produzcan danos, las manio bras de la pavimentadora y demas equipo deben ser gradua les y el trafico sobre esta supe rficie debera ser mantenido a un minima posible. Se deben tener cuidados especiales ante las condicio nes climatologicas adversas, no se podra instalar el geotextil cuando la ca pa de pavimento existe nte este en condicio nes humedas. En el caso de que rer hacer grandes avances en la instalacio n del geotextil es necesario prever que no lIovera en la zona. Esta es la unica condicion que pud ie ra Ilegar a afectar el avance de o bra. Los procesos de colocacio n de la nueva capa asfa ltica sera n los establecidos como la bue na practica de la ingenie ria 10 indica en cuanto a su densificacio n y demas condicio nes de acabado esperado de la via e n consideracion. 464.5 COND ICIONES PARA EL RECIBO DE LOS TRABAJOS 464.5.1 Cont ro les Durante la ejecucio n de los trabajos, ellnterventor adelanta ra los sigu ientes controles: Ve rificar el estado y fun cionamiento de todo el equipo e mpleado por el Constructo r. Ve rificar la limpieza de la superficie de la capa asfaltica antigua y la correcta reparacio n de las grietas exi ste ntes, de acuerdo a 10 definido en la ejecucio n de los trabajos de esta especificacion. Vigilar la correcta dosificacio n de la ca ntidad de ligante asfaltico segun las especificacio nes particulares del proyecto y las previsiones conside radas en esta especificacio n. Ve rificar la temperatura del ligante e n el mo me nta de colocacio n del geotextil, de acuerdo a 10 descrito en la ejecucio n de los trabajos de esta especificacio n. Ve rificar la correcta colocacio n del geotextil, los tratamie ntos de las arrugas y los traslapos entre los rollos de geotextil, de acuerdo a 10 desc rito en la ejecucion de los trabajos de esta especificacio n. Ve rificar la colocacio n y la dens ificacio n de la nueva capa asfaltica y sus dimensio nes, segun 10 especificado en el diseno. Supervisa r la correcta aplicacio n del metodo aceptado. Comproba r que los mate ria les a utili za r cumplan co n los requisitos de ca lidad exigidos po r la presente especificacio n. Vigilar las condiciones climaticas durante los procesos de aplicacio n delligante asfaltico e instalacio n del geotextil y la colocacion de la capa asfaltica . Efectuar e nsayos de control sobre el geotextil, el ligante asfaltico, los agregados petreos y el material de la capa de asfaltica. Los e nsayos de control relacio nados con el geotextil, deberan hacerse de confo rmidad con 10 establecido en las no rmas INV E-908 e INV E-909.


75 )

~ Tabla de contenido Veriticar que cada rollo de geotextil tenga en forma clara la informacion del fabricante, el numero del lote y la referencia del producto, asi como la composicion quimica del mismo, junto con una declaracion del fabricante que deberii incluir la informacion que se exige en el numeral 464.5.3.2 que se retiere a la conformidad del geotextil. Comprobar que durante el transporte y el almacenamiento, los geotextiles tengan los empaques que los protejan de la accion de los rayos ultravioleta, agua, barro, polvo y otros materiales que puedan afectar sus propiedades. Medir, para efectos de pago, las cantidades de obra ejecutadas a su satisfaccion. 464.5.2 Muestreo en obra Esta actividad de cariicter obligato rio, deberii desarrollarse para todo despacho de geotextiles que lIeguen a la obra, para ser usados de acuerdo a los requerimientos establecidos por el diselio 0 donde ellnterventor hubiera aprobado su utilizacion y forma parte del proceso de aseguramiento del control de calidad de la construccion, desarrollado independientemente del programa de control de calidad de la produccion

0

manufactura. Para esto, deberii seguir

10 establecido por las normas INV E - 908 e INV E - 909 que se retieren a la metodologia de muestreo para ensayos y la priictica para dar la conformidad de las especiticaciones de los geosinteticos. Para el muestreo en obra se trabajariin rollos estiindar con un iirea entre 400 y 600 m1 . En el caso de rollos con iireas diferentes, el total de metros cuadrados se deberii convertir a unidades de rollos equivalentes en relacion con 500 ml. Para el muestreo del control de calidad en obra de los geotextiles, por cada envio

0


deberii escoger al azar un numero de rollos equiva lentes a la raiz cubica de los rollos suministrados por cada envio

0

despacho, al que se Ie darii conformidad

0

aceptacion por parte de la obra y a los que se les utilizarii

para el uso que trata esta especiticacion, teniendo en cuenta que si el numero de rollos es mayor

0

igual a 1000,

el numero de muestras seleccionadas debe ser igual a 11. De cada rollo se deberiin descartar las dos primeras vuelta s de geotextil para el muestreo. Posteriormente, se deberii tomar una muestra como minima de un metro lineal por el ancho correspondiente al rollo, veriticando que este totalmente seca y limpia y se deberii empacar y enviar a un labo ratorio distinto al del fabricante, debidamente identiticada (numero de lote, referencia del producto, etc.). EI numero de especimenes se determina aplicando 10 previsto en las normas de ensayo para evaluar las propiedades indicadas en la Tabla 1 del Aparte 464.2.1.1 de esta especiticacion. 464.5.3 Condiciones especiticas para el recibo y tolerancias 464.5.3.1 Calidad delligante asfiiltico La calidad delligante (cemento asfiiltico

0

emulsion asfiiltica), deberii cumplir los requisitos del Articu lo 400 de estas

especiticaciones. 464.5.3.2 Calidad del geotextil Cada despacho de geotextil deberii ser sometido a un proceso de conformidad de las especiticaciones de acuerdo con 10 establecido en el numeral 464.5.2 y de la normas INV E - 908 e INV E - 909 para dar conformidad del geotextil a usar, segun los valores establecidos por esta especiticacion, independientemente que venga acompaflado de una certiticacion

0

declaracion dellaboratorio del fabricante que garantiza que el producto satisface las exigencias

indicadas en los documentos del proyecto. Por ningun moti ve se aceptariin geotextiles rasgados, agujereados usados. Las especiticaciones de los geotextiles deben presentarse en va lores minimos promedio por rollo (VMPR).

76 )

0

464.5.3.3 Declaraci6n del fabricante del geotextil co n respecto a s u producto EI Constructor suministrarii allnterventor, una declaracion donde se establezca el nombre del fabricante, el nombre del producto, composicion quimica relevante de los filamentos

0


totalmente al geotextil. EI fabricante es responsable de establecer y mantener un programa de control de calidad. Este deberii estar disponible cuando se requiera mediante un documento que describa el programa de control de calidad de la produccion. La declaracion del fabricante hace consta r que el geotextil suministrado ofrece va lores minimos promed io por rollo ' VMPR~

de acue rdo a 10 establecido en su hoja de especificaciones de producto, obtenidos bajo el programa de

control de calidad del fabricante. La decla racion deberii ser exped ida por una persona que tenga el reconocimiento lega l de tal forma que comprometa al fabricante. Un error en el etiquetado 0 de presentacion de los materiales. sera raz6n suficiente para rechazar estos geotextiles. 464.5.3.4 Ca lidad del trabajo terminado EI Interventor acepta rii todos los trabajos de pavimentacion

0

repavimentacion donde las dimensiones y los

lineam ientos se ajusten a los requerimientos del proyecto y cuyos materiales y procedimientos de ejecucion se aj usten a 10 prescrito en esta especificacion. 464.6 MEDIDAS 464.6.1 Geotextil La unidad de medida del geotextil serii el metro cuadrado (mlj, aproximado al decimo del metro cuadrado de geotextil medido en obra, colocado de acue rdo con los pianos y esta especificacion, sin inclu ir traslapos, debidamente aceptado por ellntervento r. 464.6.2 Ligante asfiiltico La unidad de medida delligante asfaltico serii el kilogramo (kg) si se utiliza cementa asfiiltico

0

ellitro (L) en caso

de que se emplee emulsion asfiiltica. Nota: Las cantidades de geotextil y material de ligante en exceso de las indicadas en los documentos del proyecto o las ordenadas por ellnterventor, no se mediriin para efectos del pago. 464.7 FORMA DE PAGO EI pago se harii al respectivo precio unitario del contrato por toda obra ejecutada, de acuerdo con los pianos yesta especificacion, y aceptada a satisfaccion por ellnterventor. fTEMDE PAGO 464. 1 Geotextil para pavimentacion y repavimentacion

Metro cuad rado (mlj

464.2 Emu lsion asfii ltica

Litro

464.3 Cemento asfiiltico

Kilogramos

(Ll (Kg)


77 )

~

78 )

Tabla de contenido

ARTfcULO 673

SUBDRENES CON GEOTEXTIL Y MATERIAL GRANULAR 673. 1 DESCR IPCION Este trabajo consiste e n e l suministro, transporte y colocaci6 n de mate ria les para la construccio n de filtros para subdrenaje compuestos por geotextil y mate rial d renante, e n los sitios seiialados e n los pianos de l proyecto

0

indicados po r e llnte rve nto r. Esta especificac io n se basa en la supe rvive ncia de los geotextiles frente a los esfuerzos de instalac i6 n.

673.2 MATERIALES Esta especifi cacio n es aplicable a la colocaci6 n de un geotextil contra el sue lo para permitir el paso del agua a la rgo plazo dentro del sistema de drenaje subsupe rficial. reteniendo e l suelo adyacente. La funci6 n principal del geotextil

en esta ap licacion es la filtra cion. Las propiedades del geotextil para filtra cio n estii n e n fun cion de la gradacion del suelo del sitio y de las condicio nes hidriiulicas del mi smo. 673.2.1 Geotextil Se usariin geotextiles elaborados con fibra s sinteticas, del tipo no tejidos

0

tejidos . EI geotextil escogido en el diselio

debe rii tener capacidad para dejar pasar el agua, reteniendo el suelo del sitio. EI geotextil a utilizar debera presentar los siguie ntes requerimientos de propiedades meciinicas, hidraulicas y de filtra cio n. 673.2. 1.1 Requerimi e ntos de propiedades mecanicas Las propiedades de resistencia de los geotextiles dependen de los requerimie ntos de supervive ncia y de las condiciones y procedimientos de instalacio n. Las propiedades corresponden a condicio nes no rmales de instalacio n.


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~

Tabla de contenido

Tabla 1 Requerimientos minimos de propiedades mecanica s del geotextil

Propiedad

Norma de ensayo

Valor minima promedio por rollo (VMPR)ni

Valor minima promedio por ro llo (VMPR)ll)

Elongacion medida

IN V E - 901

Elongacion ~ 50%111

Elongacion <50%111


INV E - 901

700 N

11 00N


IN V E - 901

630 N

990N

IN V E - 913

1375 N

2200N

IN V E - 903

250 N

400 NI41

Resistencia a la penetracion con piston 50 mm de diiimetro Resistencia a l rasgado trapezoidal

(I) Los valore. nume..ico. de la Tablll I cor .... ponden III valor m'nimo promedio por rollo (VMPR>. EI valor minimo promedio por rollo, ... eI v"lor minim" d .. l", .... uhad'" de un mu .."reo d .. """')'OS de un proc .. so pIIra dar conformidad a un lot.. que...u. bajo comptob"d6n, ..1p.omedio de I", re.uit.odo. correspondi .. nt"" d .. los .. n ... yes practielldo. " cualqui .... .olio d .. llot.. qu .. .....

m analiZ/lndo, debe .et mayor 0 igual,,1 valor pre...ntado ..n

...tII"'pecificacion y corr... ponde a la traducci6n del nombr .... n Ingle. "Minimun A"",rllg" Roll Valu .. (MARV)". O... de ..1 punto de vist" d ..1 productor, corre.pond .. " I valor p.omedio del lot .. m .. no. do. (2) v..",.la de.vi.ociOn """ndar d .. los valores d .. la ptoducci6n. (2) llI .. longaci6n <: 50% hac .. r.. f"renci" a 10. g..ot ..",il... t ..jid.... medida segun "n... yo INVE-90I. (3) llI .. longaci6n" 50% hac .. ref"",,,,i,, ,, los geot..",i1e. not..jidos, medida .egiin .. nsay<> INV E·90I. (4) EI vl!lor (VMPR) pore I" r... ist""cil! al ra .gado trapezoidal de 10. g<'<>t""'il",, tejid", monofil" mento ... d .. 250 N.

673.2.1.2 Requerimientos de propiedades hidriiulicas y de filtracion

Tabla 2 Requerimientos minimos de propiedades hidraulicas del geotextil

Propiedad

Permitividad Tamafio de abertura apa rente lll Estabilidad ultravioleta

Valor minima promedio por ro llo (VMPR) Porcentaje de suelo pasa Tamiz No. 200 (0.075 mm)ISI

Norma de ensayo

< 15

15 a 50

>50

0.43 mm (Tamiz 40)

0.25 mm (Tamiz 60)

0.22 mm (Tamiz 70)

INVE-905 INV E - 907 INVE-910

50% despues de 500 horas de exposicion

(5) EI porc .. ntllj .. de "",10 que pa ... eI t.!Imiz No. 200 corre.ponde a la fracdon de I" grllnulometrill (lNV E - 123) del s""lo agua. lIrriba del geotextiL (6) L", v"lor ... del Tamlliio de Abertura Apor.. nte (TAAJ r.. pre.entan .. I v" lor maximo ptomedio por rollo. ParI! suel", coh ... ivos con un 'ndie .. de pla5licidad mayor " 7, eI vl!lor maximo promedio por rollo de Tamafio de Abertur" Apar.. nte .... 0.30 mm.

673.2.2 Material Drenante Podrii provenir de la trituracion de piedra

0

roca,

0

ser una mezcla de ambos y estarii constituido po r fragmentos

duros y resistentes a la accion de los agentes de intempe rismo po r 10 que de beriin tene r una alta composicion de materiales siliceos.

80 )

Deberii ademiis cumplir los siguie ntes requisitos: 673.2.2.1 Granu lometrfa EI mate rial dre nante deberii estar constituido por particulas con tamanos compre ndidos entre el tamiz (3") y el ta miz (112"). Si se va n a utiliza r frag mentos de un solo tamario, las particulas deben ser de gradacion especial. Las particu las pueden ser angu lares

0

1~

No se req uie re ninguna

redondeadas. EI mate rial deberii estar limpio, sin material

fin o, sin material o rgiinico y deberii ser durable. 673.2.2.2 Ca lidad de los agregados La resiste ncia a la abrasion deberii ser medida e n la Miiquina de los Angeles, segun la no rma de ensayo INV E-2 1g, el desgaste no podrii ser mayor al cuarenta por ciento (40%). Las perdidas en e nsayo de Solidez (lNV E-220), para material granular son las siguie ntes: En sulfato de sodio: 12% miiximo En sulfato de magnesio: 18% miiximo EI indice de desleimiento - durabilidad, med ido segun la no rma de e nsayo INV E-236, no deberii ser mayo ral 2%. La ca ntidad de ma te ria o rgiinica, segu n la no rma de ensayo INV E-121, debe rii ser igual a o.

673.2.3 Tuberia d e drenaje De ser necesa rio utiliza r tuberias de drenaje, estas se ajustariin a las caracte risticas, diiime tros y minima superficie de filtra cion establecidos en el proyecto por el diseriador 0 por el interve nto r segun sea el caso y estariin de acuerdo con los diiimetros come rciales del me rcado, si 10 req uiere el proyecto. Estos tubos se utiliza riin e n la construccion de drenes lo ngitudinales al borde del pavime nto. 673.3 EQU IPO Se deberii disponer de los equipos necesa rios para colocar el geotextil y pa ra explotar, triturar, procesar, cargar, transportar, colocar y compactar el material drenante. Tambien para colocar y compactar el suelo que cubririi el filtro. 673.4 EJECUCI6N DE LOS TRABAJOS 673.4.1 Genera lidades EI Interventor exigirii al Constructor que los trabajos se efectuen con una adecuada programacio n e ntre las acti vidades de ape rtura de la excavacio n y de construccio n del subdre n, de manera que aquella quede expuesta el me no r tiempo posible para evitar que el mate rial in-situ alrededor de la excavacio n pierda sus condicio nes iniciales ya la vez se disminuyan los riesgos contraidos con te rceros durante la ejecucion de la obra.

Serii responsabilidad del Constructo r la colocacio n de ele mentos de senalizacio n preventiva e n la zo na de los trabajos, la cual deberii ser visible durante las veinticuatro (24) ho ras del dia. 673.4.2 Preparacion del terreno La construccion del subdren solo serii autorizada por el Intervento r cuando la excavacio n haya side terminada, de ac ue rdo con las dime nsio nes, las pendientes, las cotas y las rasa ntes indicadas en los pianos del proyecto 0


81 )

~

Tabla de contenido

las ordenadas por e l Interventor. La excavacion se deberii ejecutar de acuerdo con 10 indicado en e l Articulo 600 "Excavaciones Variasw dellnstituto Nacional de Vias. 673.4.3 Cond iciones normales de in stalaci6n del geotextil EI geotextil se deberii colocar cubriendo totalmente la parte inferior y las paredes laterales de la excavacion, evitando las arrugas del geotextil, acomodiindolo para asegurar un buen contacto con la excavacion y dejando por encima la cantidad de geotextil suficiente para que, una vez se acomode e l material drenante, se cubra en su totalidad con un traslapo de 0.30 m como minima

0

mediante la realizacion de costura industria l. En caso de que e l anc ho de la

excavacion sea menor a 0.30 m e l traslapo minima deberii ser igua l a l ancho de la excavacion. Los tramos sucesivos del geotextil se traslapariin 0.45 m como minima y se deberii traslapar

0

coser e l geotextil aguas arriba sobre e l

geotextil aguas abajo. No se permitirii que e l geotextil quede expuesto, sin cubrir, por un lapso mayor a tres (3) dias. 673.4.4 Elaboraci6n de costu ras Para obtener una buena calidad en las costuras se deben tener en cuenta los sigu ientes condicionamientos. Usual mente las costuras tanto realizadas en campo como las desarro lladas durante la manufactura deben considerar los siguientes aspectos que dependeriin del d iseiio correspondiente y son: 1. Tipo de hila: Kevlar, Aramida, Polietileno, Poliester

0

Polipropileno. No se permitiriin hilos e laborados 100% a

partir de fibras naturales, e incluso Nylon. Cuando se propongan hilos compuestos por fibras sinteticas y fibras naturales, no se permitiriin aquellos que tengan 10%

0

miis en peso de fibras naturales. No se permitiriin

costuras e laboradas con alambres. 2. Densidad de la puntada: Minimo de 150 a 200 puntadas por metro lineal. 3. Tension de l hila: debe ajustarse en campo de tal forma que no corte e l geotextil, pero que sea suficiente para asegurar una union permanente entre las superficies a coser. 5i se hace la costura a mano, deberiin tenerse los cuidados necesarios para que a l pasar e l hilo, e l rozamiento no "funda" las fibras de l geotextil. Deberiin tenerse en cuenta los requerimientos de l inciso 2 del presente numeral. 4. La resistencia a la tension de la union, de acuerdo a la norma INV E-90 1, debe ser minima e l 90% de la resistencia a la tension Grab del geotextil que se estii cosiendo, medida deacuerdo a la norma de ensayo, INV E-90 1. 5. Tipo de costura. Dependiendo de l esfuerzo solicitado y e l tipo de geotextil. se pueden realizar diferentes configuraciones para asegurar la correcta transferencia de la tension. 6. Cantidad de lineas de costura, que se determinariin tambien segun diseiio. 7. Tipo de puntada, la que puede ser sim ple (Tipo 101) 0 de dob le hilo, tambien lIamada de seguridad (Tipo 401). 673.45 Colocaci6n del material drenante EI material drenante, cuya explotacion y e laboracion se realizarii conforme a 10 que se indica en el Aparte 500.4. 1 del Articulo 500 dellnstituto Naciona l de Vias, se colocarii dentro de la zanja en capas con el espesor autorizado por e llnterventor y empleando un metodo que no de lugara daiios en e l geotextil 0 en las paredes de la excavacion. Para las condiciones normales de instalacion, la altura miixima de caida del material no deberii exceder un (1) metro.

82 )

EI relleno se lIevarii a cabo hasta la altura indicada e n los pianos 0 la autorizada porellnterventor. 673.4.6 Insta laci6n de la tuberia La tube ria de dre naje se instalarii despues de habe r colocado entre 3 y 5 centimetros de material drenante en el fo ndo de la zanja. Los extremos de cada seccio n de tube rfa seriin unidos con un pegamento recomendado por el fabri cante de los tubos; este deberii ser utilizado a ntes de su fecha de ve ncimiento. Las pendientes minimas de instalacion se realiza rii n segun 10 indicado e n los pianos 0 la autorizada po r el interventor. 673.4.7 Cobertura del s ubdren Completado el relle no del filtro con material dre nante, este se cubririi totalmente con el geotextil haciendo los traslapos o las costuras segun los partes 673.4.3 y 673.4.4 de esta especificacion. EI geotextil se cubrira inmediatamente con un mate rial que cumpla las ca racte risticas de subba se granular, colocado y compactado en capas sucesivas, hasta la altura reque rida en los pianos 0 la orde nada por ellnterventor. La compactacion del mate rial de cobertura debera cumplir e19S% del Proctor modificado. 6735 COND ICIONES PARA EL RECIBO DE LOS TRABAJOS 6735.1 Contro les Durante la ejecucio n de los trabajos. ellnte rve nto r adelanta ra los sig uientes contrales: Ve rificar el estado y fun cionamiento de todo el equipo empleado por el Constructo r. Ve rificar que las excavacio nes tengan las dime nsio nes y pe ndie ntes sefia ladas e n los pianos 0 las o rdenadas por el. antes de autoriza r la construccion del filtro. Vigilar la reg ularidad en la produccion de los agregados durante el periodo de ejecucio n de la obra. Supervisa r la correcta aplicacio n del metodo aceptado, en cuanto a la elaboracio n y colocacion de los agregados, la colocacio n del geotextil y la colocacio n de la capa de sello de filtro. Supervisa r la correcta disposicio n de los mate riales en los sitios definidos para este fin. Comprobar que los mate riales a utilizar cumplan con los requisitos exigidos po r la presente especificacio n. Efectuar ensayos de control sobre el geotextil, e n un laboratorio independ ie nte al del fabri cante y al material granu lar del relle no. Los ensayos de control relacio nados con el geotextil, debera n hacerse de confo rmidad con 10 establecido e n las no rmas INV E-909 e INV E-90S. Verificar que cada rollo de geotextil te nga en forma clara la informacio n del fab ricante, el nume ro del lote y la refe re ncia del praducto, asi como la composicio n quimica del mismo, junto con una declaracio n del fabri ca nte que debera incluir la info rmacion que se exige e n el numeral 673.5.3.2 que se refi ere a la conformidad del geotextil. Comprobar que durante el transpo rte y el almacenamiento, los geotextiles te ngan los empaques que los protejan de la accion de los rayos ultravioleta, agua, barra, polvo, y otros materiales que puedan afectar sus propiedades. Med ir, para efectos de pago, las cantidades de obra ejecutadas a satisfaccio n. Supe rvisa r la correcta disposicio n de los mate riales e n los sitios definidos para este fin.

CAPITULO 2: NORMAS OE ENSAYO Y ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION

83 )

~ Tabla de contenido 673.5.2 Muestreo en obra Esta acti vidad de cariicter obligatorio, deberii desa rrollarse para todo despacho de geotextiles que lIeg ue n a la o bra, para ser usados de acuerdo a los req uerimientos establecidos po r el d iselio 0 donde ellnte rve nto r hubiera aprobado su utilizacion y fo rma parte del proceso de aseguramiento del control de calidad de la construccion, desarro llado independie nte me nte del programa de control de calidad de la produccio n

0

manufactura. Para esto, deberii seguir

10 establecido por las normas INV E - 908 e INV E - 909 que se refiere n a la metodologia de muestreo para e nsayos y la priictica para dar la conformidad de las especificacio nes de los geosinteticos. Para el muestreo e n o bra se trabajarii n rollos estiindar con un iirea entre 400 y 600 ml . En el caso de rollos con iireas dife re ntes, el total de metros cuadrados se debe rii conve rtir a unidades de rollos equivalentes en relacio n con 500 ml. Para el muestreo del control de calidad e n obra de los geotextiles, po r cada envio

0

despacho de mate riales, se

deberii escoger al azar un numero de rollos equivale nte a la raiz cubica de los rollos suministrados por cada envio o despacho, al que se Ie darii confo rmidad

0

aceptacio n por parte de la obra y a los que se les utilizarii para el uso

que trata esta especificacion, te nie ndo e n cue nta que si el numero de rollos es mayo r 0 igual a 1000, el numero de muestras seleccio nadas debe ser ig ual a 1 1. De cada rollo se debe riin descartar las dos primeras vueltas de geotextil para el muestreo. Poste rio rme nte, se deberii to mar una muestra como minima de un metro lineal por el ancho correspondiente al rollo, ve rificando que este totalme nte seca y limpia y se debe rii empaca r y enviar a un labo rato rio distinto al del fa bricante, debidamente ide ntificada (nume ro de lote, referencia del prod ucto, etc.). EI nume ro de especimenes se determina aplicando 10 previsto e n las no rmas de e nsayo para eva luar las propiedades indicadas e n la Tabla 1 del Aparte 673.2.1.1 ye n la Tabla 2 del Apa rte 673.2.1.2 de esta especificacio n. 673.5.3 Cond iciones espedficas para e l recibo y tolerancias 673.5.3.1 Ca lidad de los agregados De cada procedencia de los agregados petreos y para cualquier volumen previsto se tomariin cuatro (4) muestras y de cada fra ccio n de elias se determinarii el desgaste en la Miiqu ina de Los Angeles (lNV E - 219), la solidez (lNV E220), el desleimie nto (lNV E-236) Yel conte nido de mate ria o rgiinica. Los resultados de be riin satisfa cer las exigencias indicadas e n el Apa rte 673.2.2.2. Durante la etapa de prod uccio n, el Interventor examinarii las descargas de los acopios y o rde narii el retiro de los agregados que, a simple vista, presenten restos de tierra vegetal, materia o rgiinica y tamalios superio res

0

inferio res

al maximo y al minima especificados. Ade miis efectuarii, al me nos, una (1) determinacio n de la granu lometria (lNV E - 123) por jornada.

673.5.3.2 Ca lidad del geotextil Cada despacho de geotextil deberii ser sometido a un proceso de confo rmidad a las especificacio nes de acuerdo con 10 establecido e n el nume ral 673.5.2 y de la no rmas INV E-909 e INV E-908, para dar confo rmidad del geotextil a usar, segun los valo res establecidos por esta especificacio n, independie ntemente que venga acompaliado de una certificacio n

0

decla racio n dellabo ratorio del fabri cante que garantiza que el producto sati sfa ce las exigencias

indicadas e n los documentos del proyecto. Po r ningun moti ve se acepta riin geotextiles rasgados, agujereados usados. Las especificaciones de los geotextiles deben presentarse e n va lo res minimos promedio por rollo (VMPR).

84 )

0

673.5.3.3 Declaraci6n del fabricante del geotextil con respecto a su producto EI Constructor suministrara allnterventor, una declaracion donde se establezca el nombre del fabricante, el nombre del producto, composicion quimica relevante de los filamentos

0


totalmente al geotextil. EI fabricante es responsable de establecer y mantener un programa de control de calidad. Este debera estar disponible cuando se requiera, mediante un documento que describa el programa de control de calidad de la produccion. La declaracion del fabricante hace constar que el geotextil suministrado ofrece va lores mfnimos promedio por rollo · VMPR ~ de acuerdo a 10 establecido en su hoja de especificaciones de producto, obtenidos bajo el programa de control de calidad del fabricante. La declaracion debera ser extendida por una persona que tenga el reconocimiento legal, de tal forma que comprometa al fabricante. Un error en el etiquetado 0 de presentacion de los materiales. sera ra z6n suficiente para rechazar estos geotextiles. 673.5.3.4 Calidad del producto terminado Ellnterventor aceptara el trabajo realizado donde las dimensiones y los lineamientos se ajusten a los requerimientos del proyecto y cuyos materiales y procedimientos de ejecucion se realicen segun 10 prescrito en esta especificacion. 673.6 MEDIDAS 673.6.1 Geotextil La unidad de medida del geotextil sera el metro cuadrado (mlj, aproximado al decimo del metro cuadrado de geotextil medido en obra, colocado de acuerdo con los pianos y esta especificacion, sin incluir traslapos, debidamente aceptado por ellnterventor. 673.6.2 Material drenante La unidad de medida del material drenante sera el metro cubico (m l ), aproximado al decimo del metro cubico de material suministrado y colocado en obra, debidamente aceptado por el Interventor. EI volumen se determinara multiplicando la long itud de la zanja medida a 10 largo del eje del subdren, por el ancho de la misma y por la altura de colocacion del material drenante prevista en el diseiio. Este volumen sera el que se considera para efectos del pago del filtro. 673.6.3 Tuberfa La unidad de medida de la tuberia sera el metro lineal (ml), aproximado al decimo del metro lineal de tuberia medida en obra, instalada de acuerdo con los pianos y esta especificacion, debidamente aceptada por ellnterventor. 673.6.4 Material de cobertura La unidad de medida del material de cobertura sera el metro cubico (m)), aproximado al decimo del metro cubico de material sumini strado y colocado en obra, debidamente aceptado por ellnterventor. 673.7 FORMA DE PAGO EI pago se hara al respectivo precio unitario del contrato por toda obra ejecutada, de acuerdo con los pianos yesta especificacion, y aceptada a satisfaccion por ellnterventor.


85 )

~ Tabla de contenido fTEMDE PAGO

86 )

673. 1

Geotextil

Metro cuadrado

(m~

673.2

Material drenante

Metro cubico

(ml)

673.3

Tuberfa

Metro lineal

(mil

673.3

Material de cobertura

Metro cubico

(ml)

ARTfcULO 811

PRODUCTOS ENROLLADOS PARA CONTROL DE EROSION 811.1 DESCR IPCION Esta especificacio n se refie re a l usa e instalaci6 n de siste mas para contro l de e rosio n que fa cilitan e l establecimie nto de la vegetacio n natural e n taludes y/o laderas geotecnica me nte estables, con e l objetivo de contro lar el proceso e rosivo. Incluye la instalaci6 n de prod uctos e nrollados para contro l de erosio n (PECE).

811.1.1 Defin iciones a) Producto Enrollado para Control de Erosio n (PECE): es un material tempo ral

0

permanente fab ricado e n rollos y

disenado para reducir la erosio n del sue lo y ayudar en el crecimie nto, asentamiento y proteccion de la vegetacio n

b) Producto Enrollado para Contro l de Erosio n Te mporal: para ap licaciones donde la vege tacion natural (por sf sola) provee suficiente proteccio n contra la erosio n. Los productos que se utiliza n e n estos casos tienen la duracio n y las propiedades necesa rias para establecer la vegetacio n a corto plazo bajo las condicio nes naturales de l sitio. c) Producto Enrollado para Control de Erosio n Pe rmanente: para aplicacio nes do nde la vegetacion natural (por si sola) no es suficie nte para resistir las condiciones de fluj o y no provee la proteccio n suficie nte para la e rosio n a largo plazo. Los productos que se emplean en estos casos tiene n las propiedades necesaria s para reforzar la vegetacio n bajo las condicio nes de l sitio a largo plazo Los productos enrollados para Control de Erosion pueden ser: a) Textil de Tejido Abierto (TTA): es un PECE tempo ral integrad o por hilos naturales 0 sinteticos, tejidos dent ro de una matriz bidimensional, utilizados para brinda r contro l de erosio n y fa cilitar e l establecimiento de la vegetacion.


87 )

~ Tabla de contenido b) Mantos para control de erosion (MCE): es un PECE temporal, degradable compuesto de fibras naturales sinteticas unidas mecanica, estructural

0

0

qufmicamente para formar una matriz continua que provee control de

erosion y facilita el establecimiento de vegetacion. c) Mantos para refuerzo de la vegetacion (MRV): PECE permanente a largo plazo, compuestos por fibras sinteticas no degradables estabilizadas UV, hilos y/o filamentos procesados en matrices de refuerzo tridimensionales diseriadas para aplicaciones hidrau licas crfticas en donde las descargas proyectadas excedan las velocidades y esfuerzos cortantes soportados por la vegetacion natural. Los MRV deben tener un espesor, resistencia y vados suficientes para permitir retener particulas de suelo y permitir el desarrollo de la vegetacion a traves de la matriz. 811.2 MATERIALES 811.2.1 Productos Enrollados para control de erosion temporales: Se deben proveer los productos enrollados para control de erosion temporales de acuerdo a la tabla 811.1 y a 10 siguiente. a) Tipo 1.A. Redes para control de paja de ultra rapida degradacion: Proveer una red para controlar la paja consistente en una malla sintetica fotodegradable de rapida degradacion

0

una red tejida de fibras naturales

biodegradable con una longevidad funcional tfpica de tres meses y diseriada para uso en taludes

0

laderas

geotecnicamente estables con inclinaciones hasta de SH 1V. b) Tipo 1.B. Manto para control de erosion sin red de ultra rapida degradacion: Proveer un manto para control de erosion compuesto de fibras sinteticas

0

naturales de rapida degradacion trabadas mecanicamente

0

adheridas

quimicamente para formar una matriz continua con una longevidad funcional tfpica de tres meses y diseriada para usarse en taludes y laderas geotecnicamente estables con inclinaciones hasta de 4H 1V. c) Tipo 1.e. Textil de tejido abierto y mantos para control de erosion de red simple y ultra rapida degradacion: proveer uno de los siguientes materiales: (1) Manto para control de erosion compuesto de fibras naturales sinteticas degradables mecanicamente unidas por una red de fibras naturales

0

0

sinteticas de rapida degradacion

para formar una matriz continua; 0 (2) Un textil de tejido abierto compuesto de hilos polimericos

0

naturales de

rapida degradacion formando una matriz continua. EI material debera tener una longevidad funcional tfpica de tres meses y esta diseriado para ser utilizado en taludes

laderas geotecnicamente estables con inclinaciones

0

hasta de 3H 1V. d) Tipo 1.D. Manto para control de erosion de red doble y ultra rapida degradacion: proveer un manto para control de erosion compuesto de fibras naturales

0

sinteticas mecanicamente unidas entre dos redes de fibras naturales

o sinteticas de rapida degradacion formando un matriz continua, con una longevidad funcional tipica de tres meses y diseriado para ser utilizado en taludes

0

laderas geotecnicamente estables con inclinaciones de hasta

2H lV.

e) Tipo 2.A. Red para control de paja de corto plazo: proveer una red para control de paja consistente en una red sintetica fotodegradable

0

una red tejida de fibras naturales biodegradables con una longevidad funcional tipica

de doce (12) meses y diseriada para ser utilizado en taludes

0


hasta de SH 1V. f)

Tipo 2.B. Mantos para control de erosion de corto plazo sin red: proveer un manto para control de erosion compuesto por fibras naturales

0

sinteticas degradables trabadas mecanicamente

0

adheridas qufmicamente

para formar una matriz continua con una longevidad funcional tipica de doce (12) meses y diseriada para ser utilizado en taludes 0 lade ras geotecnicamente estables con inclinaciones hasta de 4H 1V.

88 )


g) Tipo 2.C. Textil de tejido abierto

manto para control de erosio n de red simple de corta duracion: se debe

0

suministrar uno de los dos materiales que se presentan a continuacion: (1) un manto para control de e rosion compuesto por fibras degradables naturales por una red simple sintetica degradable

0

0

sinte ticas procesadas meciinicamente para mantenerlas unidas

de fibras natu rales para formar una matriz continua. 0 (2) Un textil de

tejido abierto compuesto por hilos naturales

0

polimericos en una matriz continua. EI material debe tener una

longevidad funcional tipica de doce (12) meses y ser d iseliado para trabajar en taludes

0

laderas geotecnicamen-

te estables con inclinaciones infe rio res a 3H:l V. h) Tipo 2.0. Manto para control de e rosion de red doble de corta duracion: se debe suministrar un manto para control de e rosion compuesto por fibras degradables naturales para mantenerlas unidas entre dos redes sinteticas degradables

0

0

sinteticas procesadas meciinicamente

de fibras naturales para formar una matriz

continua con una longevidad funcional tipica de (12) meses y ser diseliado para trabajar en taludes

0

laderas

geotecnicamente estables con inclinaciones inferiores a 2H:l V. i) Tipo 3.A. Redes de control de paja de plazo extendido: proveer una red para control de paja consistente en una red sintetica de degradacion lenta

0

una red tej ida de fibras naturales con una longevidad funcional tipica de

veinticuatro meses y diseliada para ser utilizado en taludes

0


hasta de SH 1V. j)

Tipo 3.B. Textiles de tej ido abierto

0

mantos para control de e rosion de plazo extendido: se debe suministrar uno

de los dos materiales que se presentan a continuacion: (1) un manto para control de e rosion compuesto por fibras de degradacion lenta, naturales

sinteticas procesadas meciinicamente para mantenerlas unidas entre

0

dos redes sinteticas de degradacion lenta

0

de fibras naturales para formar una matriz continua. 0 (2) Un textil

de tejido abierto compuesto por hilos naturales

0

polimericos de degradacion lenta en una matriz continua.

EI material debe tener una longevidad funcional tipica de 24 meses y ser diseliado para trabajar en taludes

0

laderas geotecnicamente estables con inclinaciones inferiores a 1,SH:l V. k) Tipo 4. Textiles de tejido abie rto

0

mantos para control de e rosion de largo plazo: se debe suministra r uno de los

dos materiales que se presentan a continuacion: (1) un manto para control de e rosion compuesto por fibras de degradacion lenta, naturales

0

sinteticas procesadas meciinicamente para mantenerlas unidas entre dos redes

sinteticas de degradacion lenta

0

de fibras naturales para formar una matriz continua. 0 (2) Un textil de tejido

abierto compuesto por hilos naturales

0

polimericos de degradacion lenta en una matriz continua. EI material

debe tener una longevidad funcional tipica de 36 meses y ser disenado para trabajar en taludes

0

lade ras

geotecnicamente estables con inclinaciones de hasta 1H:l V.

Tab la 8 1 1.1 Productos e nro llados para contro l de erosio n Tipo Propiedad

Longevidad (2) funcional ("......,.) Resin...-..:;" (3) a lensiOn minima

"1M'

Max;mov~1or

faclOl C (4) Minimo duerzo corUInl<' permisibie (S)(6)(P.. )

1A(1)

m

" "

'0

3A(1)

"

" "

"

,.00

0.073

0.73

on

0"'

o.lOa 5H:1V

0.10~

4H:1V

0.1Sa 3H:1V

K

,

" ,

,

,

0.073

0.073

0.73

0.10 .. SH:1V

0.10~

4H:1V

0.15a 3H:1V

"

"

"

de producto para control de erosiOn

2H:1V

"

2A(2)

"

"

"

,

M~odod ..

"

" "

"

"

,.00

0.36

1.4S

1.82

ASTMD459S

0.20 .. 2H:1V

0.10a SH:1V

o.2Sa 1.SH:1V

0.25 a 1H:1V

ASTM06459u ouos en"')'OS independienleS(7)

"

"

"

' 0",",

,,.

ASTMD6460u ouos en"')'OS independienleS(7)

(1) La obt""ciOn del maximo faClo,'C ' y ' ... i

89 )

~ Tabla de contenido (2) La longevidod

fundon~l

.. s solo UM guia. La longevidad fundonal podra vari" r d .. lICuerdo a I"s condicion .. s dimaticas y microbiol6gka. del .itio

del proyeo fi5ico 0 con perdida de .uelo ""'yor a 12.7 mil,melros uniform ... a 10 I.'Irgo d .. l" superfid.. durant .. UM prueba de flujo por 30 minutos en una pru .. b.. a ""'al.'l .....1. ESla prUebll . .. debera ..... lizar d .. IKUerdO a 10. cril .. rio. del rr-.etodo 3 del ECTC. (6)Los ni""I ... d .....fuerzo cortant .. permi.ibl .........tabl .. c.. n para cada categoria con b.. ..... n ">
""')'Of'"

I" aplicaciOn dellTlllnto debe

v.. nir acompafiad5 d .. un di.Mo d .. un consultor. Longitud ... ...fi..... "la Iongitud incliMd5 delllllud, cuando elllIlud presenl.. I",raza. la longitud

...... fi",.. " III longilud indinada enl ... lerrazas. En ...1.. casa ... debe ... II'«ionar un MRV.

811.2.2 Productos enrollados para control de erosi6n permanentes (MRV) Se de be n proveer los productos enrollados para control de erosi6 n pe rmanentes de acuerdo a la tabla 811.2 y a 10 siguie nte. a) Tipo S.A, Manto para refuerzo de la vegetacio n permanente: se debe suministrar un manto no degradable para refue rzo de cesped con suficie nte espesor, resistencia y espacios vados para una pe rmane nte proteccio n de e rosio n y refue rzo de vegetacio n e n taludes 0 laderas geotecnicamente estables con inclinaciones no supe rio res a O,SH:1 V. b) Tipo S.B, Manto para refuerzo de la vegetacio n pe rmane nte: se debe suministrar un manto no degradable para refuerzo de cesped con suficiente espesor, resiste ncia y espacios vados para una pe rmane nte proteccio n de erosion y refue rzo de vegetacio n e n taludes 0 laderas geotecnicamente estables con inclinaciones no supe rio res a O,SH:1 V. c) Tipo S.C, Manto para refu e rzo de la vegetacio n permane nte: se debe suministrar un manto no degradable para refuerzo de cesped con suficie nte espesor, resiste ncia y espacios vados para una pe rmane nte proteccio n de erosion y refuerzo de vegetacio n e n taludes 0 laderas geotecnicamente estables con inclinaciones no supe rio res a O,SH:1 V. d) Tipo S.D, Manto para refuerzo de la vegetacio n permanente: se debe suministrar un manto no degradable, 100% fibra s sinte ticas, para refue rzo de la vegetacio n con suficie nte espesor, resistencia y espacios vados para una permanente proteccion de erosion y refuerzo de vegetacion e n taludes

0

lade ras geotecnicame nte

estables. Esta categorfa de be ser usada especialme nte cuando e n el sitio existe n condiciones con cargas altas y/o requerimie ntos de supervi ve ncia altos, para cualquie r inclinacio n de talud, induso para inclinacio nes mayo res a O,SH:1 V.

90 )


Tabla 81 1.2 Mantos para refuerzo de la vegetaci6n MRV

Tipo de producto enrollado para contro l de erosion Propiedades (1)

5.A

5.8

5.(

5.0

Metodo de ensayo

Resistencia a tension (2) (KN/ m)

1.82

2. 19

2.55

44

A5TM 06818

80%@500

80%@500

90%@500

90%@500

horas

horas

horas

horas

Espesor minimo (2) (mm)

6.35

6.35

6.35

6.35

A5TM 06525

Resistencia a esfuerzo cortan te minima (3) (Pa)

288

384

480

575

A5TM 06460 u otros ensayos independientes (4)

Estabilidad UV %

(1) MRV que conten!Jlln componente. degradable .. .., deben obIener tooo.los

v~lore.

A5TM 04355

de la. propi .. d~de. emblecido. en la

ta bl~

':'nicamente pilra

la pilnedel manto no degr~dobl ... (2) Los valo ..... numericos de la TabJ.. corresponden como .. I valor tipico "",nos do. vee ... cu~lquier

I~

~

valo ..... VMPR en

I~

di .... ccion principal Indican el

de.viad6n ... undor. EstlKIinicamente, cor ..... ponde

~I

V~lor

Minimo Promedio par Rollo, cakullKlo

97.7% de probabilidad de coofianZll, e. d..dr,

mUl'nrft tomada dur~nte una prueb.. de gftrant'.. de calidod, exc .. der" el valor divulglKlo.

(3) La ..... i
81 1.3 EQUIPO EI constructo r deberii dispo ner de los equipos y he rramientas necesari os para asegu rar que los trabajos de proteccio n de los taludes y lade ras tengan la calidad exig ida y se ga rantice e l cumplimie nto de su trabajo de ejecucio n. Los e le mentos para la aplicacion de los riegos peri odicos de beriin ser de tipo aspe rsor u otros simi la res que apliquen e l ag ua en fo rma de lIu via fina. EI constructo r debe rii d ispo ne r, ademiis de las he rramientas, rastrillos, azado nes, ho rcas, ganchos, para fo rmar surcos, cuerdas, cinturo nes de seg uridad, cascos, estacas, palas, balanzas, envases calibrados y todos los demiis e lementos que sea n necesari os para ejecutar correctame nte los trabajos especificad os. 8 11 .4 EJECUCION DE LOS TRABAJOS 811.4.1 Preparaci6n de la supe rfi c ie ex istente Para la pre paracio n del sitio ri ge 10 que sea pertinente del numeral 810.4.2 de l Articulo 810 · Proteccio n vege tal de taludes· de las presentes especificaciones. En especial, es necesa ri o ve rifica r si e l sue lo del sitio a revegetalizar posee las condicio nes necesa rias, es decir, si el ta lud posee una capa de suelo orgiinico que garantice la germinacion de las semillas y e l sostenimie nto de la vegetacio n a largo plazo; en caso de no presentar las condiciones necesarias, se recomie nda la colocacio n de una capa supe rficial de sue lo, y junto con ella me zclar los fe rtilizantes, semillas e hidro rretenedores necesari os.

CAPITULO 2: NORMA5 DE ENSAYO Y ESPECIFlCACIONES DE CONSTRUCCION

91)

~ Tabla de contenido 5i el suelo posee las condiciones necesarias para la germinacion de las semillas, se debera proceder como se indica a continuacion: Remover todas las rocas, raices, vegetacion

0

cualquie r tipo de obstruccion que pueda evitar el contacto del

manto con la superficie del suelo. Nivelar el area de sembradio de la s semillas segun el alineamiento y pendiente establecidas en los documentos del proyecto. Preparar el suelo donde se van a sembrar las semilias, escarificando de cincuenta a setenta y cinco milimetros (SO a 75 mm) de profundidad, en el area ya preparada. Con el fin de evitar derrumbes desde la cima del talud e infiltracion de agua de escorrentia entre el suelo del talud y el manto para control de erosion, el extrema superio r del rollo del manto se deberii enterrar en una zanja, excavada unicamente con dicho proposito, asegurando el manto al extrema superior de la zanja en forma de doble faz y fijandolo al terreno con tres (3) ganchos por metro lineal, despues de 10 cual se tapara la zanja. Dicha zanja de anclaje debera ser de quince por quince centimetros (15 x 15 cm) y a una distancia de sesenta a noventa centimetros (60 a 90 cm), medidos desde la corona del talud. 811.4.2 Insta lacion del manto para control de erosion Tal como se indico en el ultimo piirrafo del numeral anterior, a continuacion se debera colocar el rollo a una distancia de sesenta a noventa centimetros (60 a 90 cm) sobre la corona del talud, asegurarlo en la zanja con los dispositivos de anclaje y rellenar y compactar con el material proveniente de la excavacion 0 segun 10 indique ellnterventor. Desenrollar el manto hacia abajo del talud, traslapando siete con cinco centimetros (7,5 cm), como minimo, los rollos adyacentes. Extender el material libremente, manteniendo contacto directo con la superficie del talud

0

la

lade ra. En el traslapo se colocarii una hilera de ganchos separados entre si una distancia no mayor de cincuenta centimetros (SO cm). Asegurar el manto al talud con dispositivos de anclaje, con la frecuencia que se indica en la Tabla 811 3 . Tabla 81 1.3 Frecuencia de los dispositivos de anclaje

Pendiente del Talud (lnclinacion)

Frecuencia del anclaje (1)

Hasta3H:1V

1,35 anclajes/metro cuadrado

3H:1Va 2H:1V

2 anclajes/metro cuadrado

2H:1ValH:1V

2 a 4,1 anclajes/metro cuadrado

Mayor a lH:1V

4,1 anclajes/metro cuadrado

(1) Po. indicacion del inlervenlor.e pod", modifica r la f"",uenda del andaje

Como dispositivos de anclaje para la fijacion del manto, se podriin utilizar elementos tipo gancho en

· U~

metalicos,

de ocho milimetros (8 mm) de diametro, de 20 x 10 x 20 cm para terrenos blandos y 15 x 5 x 15 cm para terrenos duros. Los ganchos se deberiin colocar en un iingulo aproximado de 30° con respecto a la superficie del talud y en el sentido de la pendiente.

92 )


A discrecion del tnterventor, se podra rellenar un MRV, cuando este se encuentre diseliado para tal fin, teniendo en cuenta 10 siguiente: Despues de sembrar, se deberii esparcir sobre el manto, rastrillando ligeramente, de doce a veinte centimetros (12 a 20 cm) de tierra fina para lIenario completamente.

Esparcir semillas adicionales sobre el manto relleno y regar con agua. 811.4.3 Riego y mantenimiento No se debera hacer corte a las areas sembradas antes del establecimiento de una densidad del setenta por ciento (70%) de la vegetacion y con un crecimiento minima de las especies de siete con cinco centimetros (7.5 cm). La altura de corte no debera ser menor a siete con cinco centimetros (7.5 cm). Durante la etapa de ejecucion, el Constructor sera responsable por el mantenimiento de la vegetacion establecida. Adicionalmente, el Constructor debera regar las areas sembradas tan frecuentemente como sea necesario, para ayudar a establecer satisfactoriamente la vegetacion y propiciar su crecimiento. 811.4.4 Limitaciones en la ejecuci6n No se permitiran los trabajos de colocacion de productos enrollados para control de erosion en momentos en que haya Iluvia 0 fundado temor que ella ocurra, ni cuando la temperatura ambiente sea inferior ados grados Celsius (2"C). Los trabajos se deberan realizar en condiciones de luz solar. Sin embargo, cuando se requiera terminar el proyecto en un tiempo especificado por el tNvtAS

0

se deban evitar horas pico de transite publico, el tnterventor podrii

autorizar el trabajo en horas de oscuridad, siempre y cuando el Constructor garantice el sum inistro y operacion de un equ ipo de iluminacion artificial que resulte satisfactorio para aquel. Si el Constructor no ofrece esta garantia, no se Ie permitira el trabajo nocturno y deberii poner a disposicion de la obra el equ ipo y el personal adicionales para completar el trabajo en el tiempo especificado, operando unicamente durante las horas de luz solar. 811.4.5 Manejo ambiental Todas las labores de instalacion de sistemas para control de e rosion se realizaran teniendo en cuenta 10 establecido en los estudios 0 evaluaciones ambienta les del proyecto y las disposiciones vigentes sobre la conservacion del medio ambiente y los recursos naturales. 811.4.6 Reparaciones Todas las a reas que se erosionen antes de la aceptacion definitiva de los trabajos, deberiin ser reparadas por cuenta del Constructor, incluyendo la reparacion

0

sustitucion de los PECE, la resiembra y el riego.

811.5 COND ICIONES PARA EL RECIBO DE LOS TRABAJOS 811.5.1 Cont roles Durante la ejecucion de los trabajos, el tnterventor adelantara los sigu ientes controles principales: Verificar el estado y funcionamiento del equ ipo empleado por el Constructor para la ejecucion de los trabajos. Comprobar que los materiales cumplan los requisitos de calidad exigidos en el inciso que corresponda del numeralSl 1 .2, segun el tipo de proteccion por utilizar.

CAPITULO 2: NORMAS OE ENSAYO YESPECtFtCACtONES DE CONSTRUCCtON

93 )

~ Tabla de contenido Verificar que el trabajo se ejecute de acuerdo con los documentos del proyecto y las exigencias del presente Articulo. Verificar el cumplimiento de todas las medidas ambientales y de seguridad requeridas. Vigilar que el Constructor efectue un mantenimiento adecuado del iirea protegida, hasta su recibo definitivo. Med ir, para efectos de pago, el trabajo correctamente ejecutado. 811.5.2 Condiciones especificas para el recibo de los trabajos Ellnterventor no recibirii las obras antes de noventa (gO) dias de conclu idos los trabajos de proteccion. Igua lmente, ellnterventor tam poco recibirii la obra antes de que el setenta por ciento (70%) del area sembrada se encuentre cubierta por vegetacion especifica y sin lugares desnudos mayores a un metro cuadrado (1 m 1 ). EI Constructor deberii mantener el riego, si es necesario, para ayudar en el establecimiento de la vegetacion, hasta el momenta del recibo definitivo de la obra. En el momenta del recibo definitivo, el iirea protegida no podrii presentar irregularidades 0 desperfectos. 811.6MEDIDA La unidad de medida del producto enrollado para control de erosion serii el metro cuadrado (m1j, aproximado al decimetro, de area protegida de acuerdo con los documentos del proyecto y las indicaciones dellnterventor, a plena satisfaccion de este. La medida se harii sobre la proyeccion inclinada de la superficie del talud. Si al medir el trabajo aceptado se obtiene una medida con una fraccion igual

0

superior a cinco centesimas de

metro cuadrado (.. O.OS ml), la aproximacion al decimetro se realizarii por exceso. En caso contra rio, se aproximarii al decimetro inferior. No se incluiriin en la medida areas con proteccion vegeta l por fuera de los limites establecidos en los documentos del proyecto 0 autorizados por ellnte rventor. 811.7 PAGO EI pago se hara al respectivo precio unitario del contrato por toda obra ejecutada de acuerdo con los pianos y esta especificacion, y aceptada a satisfaccion por el Interventor. EI precio unitario deberii incluir todos los costos de preparacion de la superficie existente, salvo que dicha labor forme parte de otra partida de trabajo del mismo contrato; el sum ini stro en ellugar y la colocacion de todos los materiales requeridos para la proteccion, incluidos los anclajes; la compactacion

0

escarificacion de la superficie tratada, cuando corresponda; la excavacion y relleno de

las zanjas requeridas para asegurar los mantos para control de erosion; el riego y poda periodicos del iirea tratada; el sum inistro y aplicacion de fertilizantes, insecticidas y demas materiales requeridos para la conservacion del iirea protegida hasta su recibo definitivo; los desperdicios y el manejo adecuado de ellos y, en general, todo costa adicional relacionado con la correcta ejecucion de los trabajos especificados; la seria lizacion preventiva de la via y el control del triinsito publico durante la etapa de ejecucion de los trabajos. EI precio unitario deberii incluir, tam bien, los costos de administracion e imprevistos y la utilidad del Constructor. ITEM DE PAGO 811.1 Producto enrollado para Control de Erosion del tipo _ _ __

94 )

Metro cuadrado (mlj

MANUAL Y SOFTWARI DE DISENO

Geosoft® PAveo

CAPITULO

METODOLOGfAS DE

DISENO

Volver al indica

~

96 )

Tabla de contenido


Desde la apa ricio n de los geosinte ticos como nuevos mate ria les a emplear en la ingenieria geotecnica, se han desa rrollado distintas metodologias de d iseiio las cuales puede n clasiticarse e n cuatro tipos:

3. ' DISENO POR COSTOS Y DISPON IBILI DAD EI diseiio con geotextiles basados e n el costo y disponibilidad es simplista. Se toman los fo ndos 0 recursos dispo nibles, se dividen por el a rea que necesita recubrirse y se calcula un maximo geotextil admisible segun su precio unitario. EI geotextil con las mejo res propiedades es seleccionado dentro de un precio limite. Este metodo (utilizado e n los aiios setenta) es obviamente deb il

t~k ni ca m e nte

y no debe seguirse por su alto riesgo

en la o peracio n de las obras y su desconocimiento a las no rmativas y requerimientos de cada Geotextil.

3.2 DISENO POR EXPERIENCIA 0 METODO EMPiRICO Basado exclusiva mente en la experiencia, requie re un gran numero de datos experimentales representativos previos. Este me todo no es recome ndable y su uso es mu y delicado ya que es poco preciso, y desconoce el desarrollo tecnologico de los geosinteticos.

3.3 DISENO POR ESPECIFICACIONES En la actualidad cada fabri ca nte o btiene el va lor de las propiedades de su producto, utilizando las no rmativas que rigen el pais donde este ubicado; esto obviamente puede genera r un gran nume ro de criterios que hacen imposible el rea liza r comparacio n e ntre prod uctos de uno u otro pais. Por 10 ante rio r, dos o rganismos la American Associatio n of State Highway and Transpo rtatio n Official s (AASHTO) y el comite TASK FORCE # 2S, el cual 10 confo rman la AASHTO; la American Bu ilding Contracto rs (ABO y la Ame rican Road Bu ilders and Transportatio n Associatio n (ARBTA) estan tratando de uniticar todas las propiedades de estos materiales. Estos grupos han realizado esencialme nte el mismo conjunto

0

recome ndacio nes para las propiedades minimas de

los geotextiles e n las siguie ntes a reas: Separacio n (Para subrasa nte de suelo tirme) Separacio n y Estabilizacion (Para subrasante de suelos blandos) Filtracio n (Geotextiles para drenaje) Control de Erosio n (Debajo de rocas) Control de sedime ntos (Cerramie nto tempo ral de sedime ntos) Control de la reflexi o n de grietas (Estructura de pavime ntos) Cuando se utiliza el me todo de diseiio por especiticacio n a menudo se listan los requerimientos minimos de las propiedades del geotextil. mie ntras que comunmente el fabri cante lista los va lores promed ios por lote 0 el va lor minimo promedio de las propiedades de los rollos. Comparando este valo r de especiticacio n con los valo res listados po r los o rganismos antes citados, no se esta haciendo una comparacio n bajo el mismo criterio; esto porque el va lor pro medio es el resultado de los e nsayos hechos por el fabri ca nte de una propiedad en particular a su histo rico de produccion. Lo anterio r puede ser una recopilacion de miles de ensayos realizados a 10 largo de va rios meses 0 anos de produccio n para un tipo de geotextil. De esta forma el valo r promedio del lote es considerablemente mas alto

CAPITULO 3: METODOLOGIAS DE DISEtiiO

97 )

~ Tabla de contenido que el va lor minima como se ve en la Figura 3.1 en donde el valor intermedio entre estos dos extremos es el valor minima promedio del rollo 0 MARV. EI valo r minima promedio del rollo es el promedio de un respectivo nlimero de ensayos hechos con un nlimero de rollos seleccionados dellote en cuestion, 10 cual es un iirea limitada para eva luar una situacion en particular. Este valo r es probablemente dos desviaciones estandar menores que el promedio del lote. De esta forma se ve que el MARVes el minima de una serie de valo res promedio limites de un rollo. Esto valores son mostrados sistemiiticamente en la Figura 3. 1. En la griifica se puede ver que estadisticamente mas

0

menos el

16% de estos valo res seran menores que X-=-5; 2.5% serii menor que X - 25, Y0. 15% sera menor que X- 35,

Frecuencia de los Resultados

Desviaci6n I Eslandar I I I

s = 2.5%

MAR.Y.

PunloDe Inflexi6n

Resultados De Los

Valor Promedio

Ensayos

Figura 3.1 Relaciones relativas de diferentes valores usados en la especificacion de los Geotextiles y la literatura de los fabricantes. Donde:

x

Valo r medio

5

Desviacion estiindar

Ademas de esto, el MARV con 2.5% de los valores siendo menores que X - 25 es tambien el 95% del nivel de confiabilidad (el otro 2.5% es mayor que X + 25 y esto obviamente no es una preocupacion ya que los va lores estiin por encima de 10 requerido). Otra consideracion que se estii tratando de evaluar son los valores maximos, como por ejemplo el valor de la elongacion miixima, para esto se esta conside rando ellado derecho de la curva de la Figura 3.1 y el valo r comparable para MARV sera logicamente el miiximo del ARV.

EI valor medio Xse obtiene calcu lando:r X1N, la desviacion estiinda r se calcula como:

}~

5

Donde:

98 )

x

Va lo r medio

X;

Va lo r medido

N

EI nlimero de mediciones

(3. 1)


EI coeficiente de variacion V, 0 simplemente variacion se calcula por medio de (51 X )(100). Esta va riacion debe ser 10 mas baja posible, para mantener un buen control de ca lidad. Tanto la AAS HTO, como el comite de TASK FORCE #25, recomendaron el uso del valor minima promedio por rollo para el diselio por especificacion como para ellistado de propiedades de los fabricantes. En resumen, el metodo de diselio de especificacion debe ser comparado bajo un mismo criterio. En este intento, si se lista los valores minimos promedio de los rollos, entonces la lista de fabricante de valo res promedio deben ser reducidos con dos variaciones estandar (aproximadamente 5 a 20%) este promedio de va lores de lote son tomados. Solamente el valor promedio minima de los rollos (MARV) tomados por el fabricante pueden ser comparados con la especificacion de va lores MARV uno a uno. En Colombia existen las especificaciones INvtAS pa ra el diselio por especificaciones las cuales se encuentran anexas en el Capitulo 2 de este manual.

3.4 DISENO POR FUN CION Consiste en evaluar la funcion principal para la cual se especifica el geosintetico (separacion, refuerzo, drenaje, filtracion 0 proteccion) y basandose en ello, calcu la r los valores numericos de la propiedad requerida. De esta forma se realiza una eleccion del geosintetico atend iendo aspectos cua litativos y cuantitativos. En algunos casos se requieren cumplir va rias funciones alternativamente, por 10 tanto, la seleccion del geosintetico a emplea r sera mas segura si este puede desarrollar las funciones simultaneamente. Para que los geosinteticos puedan proporciona r un grado de seguridad suficiente en el desarrollo de sus funciones, su fabricacion a partir de las materias primas debe ser estrictamente controlada mediante la eva luacion de sus propiedades durante el proceso de fabricacion. No obstante, la forma en que el geosintetico desarro llara sus funciones no depende unicamente del proceso de fabricacion, sino que dependera en gran parte de la correcta insta lacion en obra. De esto se deduce la necesidad de realizar una supervision cuidadosa en la instalacion del geosintetico si se desea conseguir un completo desarrollo de sus funciones. EI factor de seguridad sera el resultado de dividir el valo r del ensayo tipico de la propiedad relevante para la funcion principal (valor admisible), entre el va lor requerido para dicha propiedad obtenido segun algun metodo 0 norma de diselio representativo de la realidad. Segun 10 ante rior:

FS

Valor Admisible Valo r Requerido

Si el factor de seguridad asi obtenido es suficientemente mayor que la unidad, el geosintetico seleccionado es el adecuado. En resumen se pueden establecer los siguientes pasos a seguir en el desarrollo del diselio por funcion: 1. Evaluar la aplicacion del geosintetico considerando los materiales que va n a estar en contacto con el. 2. Dependiendo de las cond iciones en la obra, escoger un factor de seguridad adecuado.


99 )

~ Tabla de contenido 3. Especificar la funcion primaria del geosintetico. 4. Calcular numericamente el valor de la propiedad requerida del geosintcHico basandose en su funcion prima ria. 5. Obtener el valor de la propiedad permisible por ensayo. 6. Calcular el factor de seguridad como cociente del valo r de la propiedad permisible entre el va lor de la propiedad requerida. 7. Comparar el factor de seguridad obten ido con el deseado. 8. Si el factor de seguridad no es aceptable, reiniciar el proceso con un geosintetico de caracteristicas superiores. 9. Si el factor de seguridad es aceptable, comprobar si otras funciones del geosintetico pueden ser criticas

0

relevantes y escoger el mas completo. Este cuarto metodo de diseno, metodo por funcion, sera utilizado en el desarrollo de todos los capftulos de este Manual de Diseno, 10 que conllevara a identificar la funcion primaria del geosintetico que se va a utilizar. En el proceso de diseno por funcion, teniendo en cuenta los ensayos de caracterizacion en laboratorio en los que se apoya este metodo no son del todo representativos de las condiciones de comportamiento "in situ" del geosintetico, el valor de la propiedad indice debera dividirse segun diversos factores de seguridad de la siguiente forma:

Valor Admisible

Valor del Ensayo Factores de Reduccion

Los factores de reduccion varian considerablemente dependiendo basicamente de la funcion que vaya a desempenar el geosintetico. A continuacion se explican y especifican los valo res recomendados para aplicaciones de refuerzo, separacion, drenaje y proteccion para diferentes geosinteticos. Posteriormente se especificaran los valores para cada una de las funciones a cumplir por los geosinteticos. 3.4.1 Factores de reduccion para geosinteticos en separacion y refuerzo a.

Danos por insta lacion: Este factor de reduccion ha side estudiado y cuantificado en un gran numero de proyectos, teniendo en cuenta la naturaleza del suelo de subra sante, la del suelo de recubrimiento y la posibilidad de que exista transite de maquinaria pesada sobre el geosintetico en el periodo de instalacion. Todas estas condiciones de campo hacen que el valo r del factor de reduccion por insta lacion no sea constante en todos los proyectos, por 10 para cada uno se debe estimar este factor. Existe tambien la opcion de realizar pruebas de campo en el sitio del proyecto para observar el comportamiento del geosintetico y de esta forma establecer un factor mas acorde con el desempeno del material en el sitio del proyecto.

b. Fluencia

0

creep: Este factor se refiere a la deformacion del material en el tiempo, sometido a una ca rga

o esfuerzo constante. En general todos los tipos de geotextiles experimentan este efecto, con mas

0

menor

intensidad segun la carga a la que este es sometido. Los ensayos mas conocidos en el mundo para el estudio de este fenomeno son realizados en condicion inconfinada, donde se cuelga una pesa a una muestra de geosintetico y se mide la elongacion del material con el paso del tiempo; sin embargo, el estudio de este fenomeno ha encontrado que este efecto disminuye conside rabl emente bajo esfuerzos de confinam iento y segun el tipo de geosintetico. Asi como los geotextiles, la resistencia de las geomallas tambien se ve afectada por este efecto, sin embargo, para este tipo de geosinteticos el efecto es menor debido al espesor y rigidez del material.

100)


Actualmente, no existe unanimidad por la s entidades gubernamenta les y oficiales que expiden normas para el diseno con este tipo de materiales, por 10 que la experiencia y criterio del disenador es fundamental en la escogencia de un factor que este acorde a las cond iciones de cada proyecto. c.

Degradacion Quimica y Biologica: En las ediciones previas de este manual para funciones de refuerzo y separacion se tomaban por separado los factores de reduccion quimico y biologico. Segun los trabajos realizados por R. Koerner se pudo demostrar que los agentes biologicos que atacan a las materias primas de los geosinteticos son casi nulos y no presentan ninguna afectacion a las propiedades del material con el paso del tiempo. Segun

10 anterior el factor por degradacion biologica deberfa ser eliminado. Sin embargo se combino con el factor de degradacion quimica para evitar la confusion de la gente, de haber desaparecido completamente. Con respecto a la degradacion quimica se deben determinar las condiciones ambientales especificas del sitio y tener presente para el diseno condiciones adversas como la presencia de solventes o rganicos, agua subterranea con pH muy bajo

0

muy alto, 0 cua lquier sustancia presente en ellugar que amenace con la integridad del geosintetico. Los

valores mostrados para este factor se presentan en la Tabla 3. 1 y 3.2 Yson menores comparados con los factores anteriormente mencionados; esto se debe a que este factor presenta menos impacto sobre la resistencia del geosintetico con el paso del tiempo. d. Costuras: Para aplicaciones de refuerzo donde se vean involucradas las costuras del geotextil, se puede incluir un factor de reduccion adicional en la ecuacion de diseno. EI va lor de este factor se determina usando el valor de resistencia a la tension del geosintetico contra dicho valor pero con la inclusion de la costura. La relacion entre estas dos resistencias varian entre 1.0 a 3.0 y es independiente a la aplicacion en la que se vaya a conside rar. La AAS HTO en la norma M288 - OS recomienda que la resistencia a la tension de la union, debe ser minima el 90% de la resistencia a la tension Grab del geotextil que se esta cosiendo. (Ver Capitulo 2, norma INV E -901J. Tabla 3.1 Factores de reducci6n para geotextiles en aplicaciones de sepa raci6n y refuerzo

Area

Danos por instalacion

Fluencia

Degradacion Quimica/Biologica

FR.

FR.

FRooo

Separacion

1.1a2.5

15 a 2.5

1.0a1.5

Caminos no pavimentados

1.1 a 2.0

1.5a2.5

1.0al.5

Muros de contencion

1.1 a 2.0

2.0 a 4.0

1.0al.5

Terraplenes sobre suelos blandos

1.1 a 2.0

2.0 a 3.5

1.0al.5

Fundaciones

1.1 a 2.0

2.0 a 4.0

1.0a1.5

Estabilizacion de taludes

1.1al.5

2.0 a 3.0

1.0al.5

Ferrocarriles

1.5a3.0

LOa 1.5

1.5a2.0

Tabla 3.2 Factores de reducci6n para geomalias en aplicaciones de refuerzo

Area

Danos por instalacion

Fluencia

Degradacion Qufmica/Biologica

F~"

FR.,

FRooo

Caminos no pavimentados

1.1a1.6

loS a 2.5

1.0 a 1.6

Caminos pavimentados

1.2 a 1.5

1.5a2.5

1.1 a 1.7

Terraplenes sobre suelos blandos

1.1a1.4

2.0 a 3.0

1.1 a 1.5

Estabilizacion de taludes

1.1a1.4

2.0 a 3.0

1.1 a 1.5

Muros de contencion

1.1a1.4

2.0 a 3.0

1.1 a 1.5

Fundaciones

1.2 a 1.5

2.0 a 3.0

1.1 a 1.6


101 )

~

Tabla de contenido

3.4.2 Factores de red ucci6 n para geotextiles e n ap licacio nes de drenaje Los geotextiles son tal vez uno de los geosinteticos mas ve rsatiles debido a sus numerosas aplicaciones y funcio nes. La mas conocida es la de filtra cion. Sin e mbargo con un espesor suficiente puede servir como mate ria l drenante. En filtra cion, e l flujo va perpendicular a a l plano del geotextil, mientras que para d re naje, e l fluj o va parale lo

0

po r

dentro del mismo. A continuacio n se me ncio nan los fa cto res a tener e n cuenta para e l d iseiio po r fun cio n pa ra geotextiles en aplicacio nes de filtra cio n y dre naje. a. Colmatacio n y tapo namie nto: Este fa cto r de reduccion compensa e l bloqueo de los po ros aguas arriba del geotextil por partfculas de sue lo las cuales reducen e l fluj o a tra ves de los poros del geotextil. EI range de valo res de este facto r se muestra en la Tabla 3.3, notese que los valo res para este fa cto r son los mas a ltos para aplicacio nes de d renaje esto se debe a la incertidumbre de l compo rtamie nto de l tipo de suelo del sitio y el tipo de geotextil utilizado para la ap licacio n. EI estudio de este feno meno se ha realizado por medio de la medicio n y comparacio n de tasas de fluj o para geotextiles vfrg e nes y exhumados, determinando la perm itividad de l material antes y despues del contac to con un dete rminado tipo de suelo. Po r 10 general los valo res mas bajos para este fa cto r son utilizados cuando e l sue lo del sitio de l proyecto tie ne un contenido mfnimo de

fin~s,

mie ntras que los

valo res mas a ltos generalmente ap lican para suelos de g ran o fin o. La recomendacio n que se puede dar para este fa cto r es tener e n cuenta e l tipo de geotextil a utiliza r frenteal tipo de material presente en e lluga r de l proyecto. b. Re duccion de vados por creep

0

fluen cia: Debido a que los geotextiles son sometidos a cargas de compre-

sio n, se debe incluir para la seleccio n del geotextil un fa cto r de reduccio n que te nga en cue nta la va riacio n en e l tiempo del paso de l fluj o a tra ves de l geotextil. Este es un feno me no que se desa rro lla a largo plazo, y los e nsayos para cuantificarl o los rea liza e l fabricante segun el ensayo de perm itividad de l GRI"Geosynthetics Research Institute" GTl e l cual sirve para de terminar e l fa ctor de reduccio n realiza ndo ensayos a 1000 ho ras te nie ndo en cuenta e l gradiente y e l esfuerzo a compresio n a l que es sometido e l geotextil. Cuando se desea utilizar e l geotextil como medio para la transmisio n de agua se realizan ensayos de transmi sividad a la rgo plazo. Sin embargo para ambas situacio nes tanto para perm itividad y para transmi sividad, existe la opcio n de reali za r pruebas de campo para productos espedficos y condicio nes de l sitio espedficas. c. Intrusio n en los vados: Este fa cto r compensa e l compo rtamie nto que tie ne n las pa rtfculas de suelo para e ntrar y ser rete nidas dentro de l geotextil. reducie ndo e l fluj o a traves del mi smo. d. Colmatacio n Qufmica: Este fe no me no se tiene en consideracio n cuando e l Ifqu ido a filtrar qufmicos que puedan quedar atrapados dentro de l geotextil colmatandolo a ltamente alcalinas pueden colmata r e l geotextil con Calcio

0

0

0

a dre nar posee

taponando lo. Ag uas subte rraneas

Magnesio. Uquidos con cantidades mayo res a los

5000 mg/ l de solidos suspendidos totales requiere n fa cto res de reduccio n mayo res. e. Colmatacio n Bio logica : Asf como la colmatacio n qufmica, la naturaleza del Ifquido a drena r tambie n es te nido e n cuenta. Para a plicacio nes de d renaje e l fa cto r de reduccio n po r colmatacio n biologica puede ser releva nte e n proyectos e n los cuales se desee captar y drenar Ifquidos con a lto contenido de microorganismos, como por eje mplo e n siste mas de captacio n y drenaje de lixiviados e n re llenos sanitarios

0

en el manejo de biosolidos. En

dichas ap licaciones este fa cto r de reduccion ocasio na e l uso de un a lto facto r de reduccio n en el d iseiio. Uquidos con valo res de DBD mayo res a 5000 mg/ I requie ren factores de reduccio n mucho mayores.

102)


Tabla 3.3 Factores de reducci6n para geotextiles en aplicaciones de drenajes

Colmataci6n

Reducci6n de vados por Creep

Intrusi6n en los vados

Colmatacion Qufmica

Colmataci6n Biol6gica

FR.I{I

,~"

'Roc

FR.

Filtros en el espald6n de muros de contencion

''',

2.0 a 4.0

15 a 2.0

1.0 a 1.2

1.0 a 1.2

1.0 a 1.3

Sistema de subdrenaje

2.0a 10.0

1.0a1.S

1.0 a 1.2

l.2a 1.5

2.0 a 4.0

Filtros de control de erosion

2.0a 10.0

1.0 a 1.5

1.0 a 1.2

l.Oa 1.2

2.0 a 4.0

Filtros en rellenos sanitarios

2.0a 10.0

1.5a2.0

1.0 a 1.2

l.2a 1.5

2.0 a 5.0

Drenaje por gravedad

2.0 a 4.0

2.0 a 3.0

1.0 a 1.2

l.2a 1.5

1.2 a 1.5

Drenaje por presion

2.0 a 3.0

2.0 a 3.0

1.0 a 1.2

1.1 aU

1.1 a 1.3

Area

3.4.3 Factores de reducci6n para geocompuestos en aplicaciones de drenaje En los piirrafos anteriores se hablo sobre los factores de reduccion para geotextiles como medios filtrantes, es decir para aplicaciones de flujo a traves del plano del geotextil. A continuacion se referencian los factores de reduccion para geocompuestos, en los cua les su funcion primaria es la transmision de flujo en el plano del mismo. Para los geocompuestos el factor de reduccion por colmatacion y taponamiento no es tenido en cuenta, debido a que este no es un factor que altere el drenaje de los fluidos dentro del sistema. a. Reduccion de vados por creep: Este criterio depende de la s condiciones espedficas del lugar donde se va instalar el Geodren y de los esfuerzos aplicados sobre el mismo. EI nlicleo

0

geored del Geodren se verii afectado

por el fenomeno de creep a la compresion, por 10 que a largo plazo puede existir una reduccion de la transmisividad del sistema debido a la disminucion del espesor del mismo. b. Intrusion en los vados: Considerando los espacios que existen en el nlicleo del geocompuesto, en este caso del Geodren, el fenomeno de intrusion representa un factor significative para el diserio. Las variables que afectan este fenomeno son el espaciamiento entre los tendones de la red, la rigidez de la misma y del geotextil de recubrimiento y el esfuerzo a la com presion que es aplicado sobre el sistema. Los factores de reduccion por creep y por intrusion en los vados, pueden ser minimizados, en caso de que el fabricante suministre al disenador las griificas realizadas para el ensayo de transmisividad y tasa de flujo del geocompuesto, en el cual se tienen en cuenta los efectos de los esfuerzos de compresion a los que es sometido el sistema y el gradiente hidriiulico seglin la direccion del flujo y la cabeza hidriiulica. c.

Colmatacion Quimica: Este fenomeno se tiene en consideracion cuando el Ifquido a filtrar quimicos que puedan quedar atrapados dentro del geocompuesto colmatiindolo terriineas alta mente alcalinas pueden colmatar el geotextil

0

0

la geored con Calcio

0

a drenar posee

taponiindolo. Aguas sub0

Magnesio. Uquidos con

cantidades mayores a los 5000 mg tl de solidos suspendidos totales requie ren factores de reduccion mayores. d. Colmatacion Biologica: Asi como la colmatacion quimica, la naturaleza del liquido a drenar tam bien es tenido en cuenta. Para aplicaciones de drenaje el factor de reduccion por colmatacion biologica puede ser relevante en proyectos en los cuales se desee captar y drenar Ifquidos con alto contenido de microorganismos, como por ejemplo en sistemas de captacion y drenaje de lixiviados en rellenos sanitarios

0

en el manejo de biosolidos. En


103)

~

Tabla de contenido

dichas aplicaciones este factor de reduccion ocasiona e l uso de un alto factor de reduccion en el diserio. Liquidos con va lores de DBO mayores a 5000 mg/I requie ren factores de reduccion mucho mayores. Tabla 3.4 Factores de reduccion para geocompuestos en aplicaciones de drenaje

Area

Reduccion de vados par Creep

Intrusion en los vados

Colmataci6n Quimica

Colmatacion Biologica

FRa

F~"

FRoc

F""

Campos deportivcos

1.0 a 1.2

1.0 a 1.5

1.0a l .2

1.1 a 1.3

Roturas capilares

1.1 a 1.3

1.0 a 1.2

1.1 a 1.5

1.1 a 1.3

Muros de contencion, taludes escarpados

1.3 a 1.5

1.2al.4

1.1 a 1.5

1.0 a 1.5

Colchones de drenaje

1.3a1.5

1.2al.4

1.0al.2

1.0 a 1.2

Drenajes de agua superficial para coronas de relleno

1.3 a 1.5

1.2 a 1.4

1.0a l .2

1.5 a 2.0

Coleccion de lixiviados primarios (rellenos sanitarios)

1.5a2.0

1.4 a 2.0

1.Sa2.0

1.5 a 2.0

Coleccion de lixiviados secundarios (rellenos sanitarios)

1.5a2.0

1.4 a 2.0

1.Sa2.0

1.5a2.0

Subdrenes para vias

1.2 a 1.8

15 a 3.0

1.1 a 5.0

1.0 a 1.2

Las Tablas 3.1 ,3.2,3.3,3.4 fueron tomadas dellibro "Designing With Geosynthetics: 5 ED., 2005.

BIBLIOGRAFIA KOERNER R.M., Designing With Geosynthetics, 5 ED. U.5.A., 2005. KOERNER R.M., GSI White Paper # 4: Reduction Factors Using In Geosynthetics Design., U.S.A., 2005. RIVERA L., Muros De Contencion De Suelo Reforzado Con Cintas Meta licas Y Geosinteticos, Colombia, 2005.

104)

MANUAL Y $OFTWAA DE DISI NO

Geosoft® PAveo

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CAPfTULO

SEPARACION DE

SUBRASANTESENVfAS

Volvo, .1 indice

~

106)

Tabla de contenido


4.' GENERALIDADES Desde hace va rias decadas el area de diseno y construccion de vias se ha preocupado por mantener un desarrollo que permita mejorar cada dia las metodologias de diseiio y las tecnicas de construccion, para ofrecer obras de alta ca lidad con un buen nivel de servicio durante su vida util. Dentro de ese desarrollo se ha involucrado la tecnologia de los geosinteticos buscando mejorar de una forma eficiente y economica las diferencias de los elementos y materiales que componen las vias. Uno de los problemas que se presentan con mayor frecuencia es el deterioro prematuro de las vias, causado por diversos factores relacionados con las caracteristicas y propiedades de los materiales que conforman la estructura de las vias y con las condiciones de carga que sobrepasan los valores de diseiio. Desde el punto de vista estructural, la contaminacion de la(s) capa(s) granula r(es), la mezcla de los suelos de diferentes caracteristicas y el comportamiento mecanico del suelo de subrasante son factores de gran influencia en el deterioro de las vias, 10 que se traduce en una reduccion de la capacidad portante de todo el sistema. EI desarrollo de la ingen ieria ha introducido tecnicas y tecnologias en el diseiio y la construccion de obras civiles mejorando sus especificaciones y caracteristicas a corto y largo plazo, aumentando la vida util y buscando un equilibrio en los factores economicos que en muchos casos representan una disminucion de costos. Especificamente, la utilizacion de los geotextiles como una capa de separacion entre los suelos de subrasantes y las capas granulares ha permitido mantener la integridad de los materiales y mejorar su funcionamiento, aumentando la vida util de las estructuras. Esta capa de separacion con geotextil elimina la insta lacion de un material adicional que se emplea en los disenos tradicionales que solo tiene en cuenta el proceso de contaminacion que se produce al inicio del periodo de vida de servicio, y no tiene en cuenta el proceso de contaminacion a largo plazo.

4.2 INTRODUCCION Son varias las funciones de los geotextiles y varian segun el campo de aplicacion en que son utilizados. En el caso de las estructuras de vias, los geotextiles cumplen dos funciones esenciales: separacion y refuerzo. En este documento se presenta la metodologia de diseno para emplear un geotextil como separacion del suelo de subrasante y la(s) capa(s) granular(es). Para que un geotextil cumpla correctamente la funcion de separacion entre un suelo subrasante y una capa de material granular, el CBR de la subrasante debe estar entre 3% y 10%. En efecto, dentro de este range se asume que la deformacion del suelo de subrasante no es 10 suficientemente importante para generar grandes esfuerzos de tension en el geotextil, el cual se disena como separacion y no como refuerzo. Cuando el CBR es menor del 3% el geotextil asume grandes deformaciones y comienza a absorber esfuerzos a tension que 10 inducen a trabajar como refuerzo, factor que afecta totalmente el diseno por separacion. En los casos en que el CBR de la subrasante sea menor del 3% se debe hacer un diseno por refuerzo y ve rifica r los crite rios del diseiio por separacion cuando el geotextil se coloca entre dos materiales de diferentes caracteristicas. Para tener un concepto daro del funcionamiento del geotextil como separacion en la interfaz subrasante - capas granulares, a continuacion se hace una descripcion del proceso que se desarrolla entre dos materiales de diferentes caracteristicas y comportamiento, y de como el geotextil se convierte en una barrera que permite mantener la integridad y el buen funcionamiento de los materiales, mejorando la resistencia y estabilidad de la estructura de la via.

CAPiTUL04: SEPARACION DE SUBRASANTES EN ViAS

107)

~ Tabla de contenido En el caso de las estructuras de Pavimento, donde se coloca suelo granu lar (relleno, subbase, base) sobre suelos finos (subrasante) se presentan dos procesos en forma simultanea: 1. Mig racion de suelos finos dentro del suelo granular, disminuyendo su capacidad de drenaje. 2. Intrusion del suelo granular dentro del suelo fino, disminuyendo su capacidad portante (resistencia). EI geotextil se traduce en una barrera para migracion de particulas entre dos tipos de suelo, facilitando la transmision de agua. Se requ ie re entonces un geotextil que retenga las particulas de suelo, evite el lavado de finos por la accion del agua y que cumpla con resistencias necesarias para mantener la continuidad sin que ocu rra ninguna falla por tension, punzonamiento

0

estallido (ver especificaciones t,knicas de los geotextiles, Capitulo 2), bajo

concentraciones de esfuerzos locales causados por irregula ridades en el suelo de fundacion .

. - - - - - - -IC

GeotaHI

Subroaan.. Figura 4.1a Secci6n transversal de una estructura de pavimento sin geotextil de separaci6n (Interfaz SR· C. Granular).

Figura 4.1 b Secci6n transversal de una estructura de pavimento con geotextil de separaci6n (Interfaz SR· C. Granular).

4.3 METODOLOGiA DE DISENO 4.3.1 Ge ne ralidades Este d iseno permite escoger el tipo de geotextil adecuado para colocar en la inte rfaz subrasante - capa granular, que tiene como funcion principalla separacion de suelos adyacentes con propiedades y caracteristicas diferentes y la estabilizacion de la subrasante durante el periodo de vida util de la estructura de una via. En el caso del diseno por sepa racion, se comparan las resistencias del geotextil con el valo r requerido en el diseno para una misma propiedad, obteniendo un factor de seguridad globa l FSg. Resistencia Admisible: Resistencia Requerida: Donde: Resistencia Adm isible:

Resistencia ultima del ensayo de labo ratorio que simula las condiciones reales del proyecto sobre los factores de reduccion.

Resistencia Requerida:

Va lor obtenido de una metodologia de d iseno que simula las condiciones reales del proyecto.

Para los casos en que se determine el factor de seguridad global como parametro de diseno, se calcula entonces la resistencia requerida (diseno) en funcion de las especificaciones del geotextil que se vaya a utilizar.

108)


Resistencia

Resistencia Requerida

F50

Las especificaciones de los geotextiles se evaluan bajo condiciones ideales de laboratorio, 10 que en algunos casos representa altos valores numericos para el diseno. Los valores obtenidos en ellaboratorio se deben modificar para aplicarlos bajo las condiciones in situ de cada proyecto. Para tener en cuenta estos fa ctores, se asume un factor de seguridad parcial FSp que permite ajustar el va lo r ultimo de laborato rio a las condiciones particulares del terreno, obteniendo un valor admisible que se aplicara en el diseno.

T.,

(4.1)

FR, (4.2) Donde: Resistencia admisible para emplear en el diseno Resistencia ultima obtenida en laboratorio Factor de reduccion parcial Factor de reduccion por danos de instalacion Factor de reduccion por degradacion qui mica y biologica Los rangos para los factores de reduccion se mencionan en la Tabla 3. 1 del presente manual.

4.3.2 Resistencia al esta llido (Mu llen Burst) Entre las particulas del suelo g ranular que se colocan sobre el geotextil existen vados que permiten que el geotextil se introduzca entre elias por la accion simultiinea de las cargas de trafico que son transmitidas hasta las capas granulares, al geotextil y al suelo de subrasante. Una vez sometido a esfuerzos, el suelo trata de empujar el geotextil por los vados de la capa granu lar. EI geotextil que se coloca en la inte rfaz subrasante - capa granular debe cumplir una resistencia minima para que no falle por estallido. EI ensayo de resistencia al estallido (metodo Mullen Burst Norma ASTM D3786 - tNV E-904) representa esta situacion.

Presi6n de inflodo.

h Copa Granula r l omona d " Geolextil

Subrosonte

_

. . .................... .

Figura 4.2 Geotextit de separacion - Resistencia at estatlido.

CAPiTUL04: SEPARACtON DE SUBRASANTES EN ViAS

109)

~

Tabla de contenido

T~

(4.3)

p' d. [f (El)

2 (4.4)

Donde: T~

Resistencia requerida del geotextil (kPa)

P

Esfuerzo en la superfi cie del geotextil: p o< p (kPa)

p

Presion de inflado (kPa)

d,

Diiimetro miiximo de los vados 0.33 d, (mm)

d,

Diiimetro miiximo de las particulas de agregados (mm)

f(E)

Funcion de deformacion (elongacion) del geotextil

T.,

Resistencia ultima del geotextil (kPa) Presion del ensayo Mullen Burst (kPa) Diiimetro del diafragma - ensayo Burst (30.48 mm)

Met odo 1 Verificar si el geotextil que se va a utilizar es adecuado => T"" conocido: calcular FS g (4.S) T~

(4.6)

T.. FS, Reemplazando la ecuacion (4.6) en la ecuacion (4.5) y sustituyendo los valo res de T""I YT..., se obtiene: ~,x

d,."

(4.7)

Para FS p = 1.S => Ecuacion del factor de Seguridad Global d~,

30.48mm

d,

0.33d,

FS

•

61.6x ppox d.

=>FSg > l

Para FS p = 2.0 => Ecuacion del factor de Seguridad Globa l d~,

30.48mm

d,

0.33d,

FS.

110)

46.2x~,

pox d.

=>FS g > l

Tabta de contenido

~

Metodo 2: Determinar la resistencia Burst requerida del geotextil para un factor de seguridad global FSo establecido. FSg conocido: determinarT ""I A continuacion se presentan las graficas que permiten determinar Treq de diserio del geotextil. asum iendo un factor de segu ridad g lobal FSg= 2.0 Y factores de segu ridad parcial FSp= 1.5 Y FSp= 2.0 para las condiciones definidas en el metodo 1. RESISTENCIA AL ESTAlLiOO (BURSTI CARTA DE OISE NO (FSg" 2.0; FSp" 1.5)

r---

. ........ P ... i< .....

1!\.t0 """ 1M 10)

1270...,,15.010) 0

0

" " .8"""1·0101

•

,, =

0

• 7l''':-{3,Ootl)

,

•

0

1=

• •

0

~=

0

=.•• o

• •

•

0

• • •

5O.8"""(201nj

25,''''''''(1.0101 0

0

0

0

•

•

•

•

0

•

•

In''!''(OSInj

~ .~~~-----------~

=

"

=

=

~

,=

,,~

Pre. i6n en la in",rI .. g«>'«'i l _ c a po g .. nul., (KPo)

Figura 4.3 Presion Vs. Resistencia at estatlido (BURST) segun et tamaiio de ag regado (FSg", 2.0; FSp : 1.5). RESISTENCIA AL ESTALLIDO (BURST) CARTA DE DISENO (FSg "2.0; FSp" 2.0)

,•,, ·-

,_ P....,..... 152.'mm(8.0 1n)

'= ,~

127.0""'"IS.O Inj 0

~

if

0

=

101.11"'(0,0 ",)

•

l

0

I 0

0

=

, • = ~

~

0

,= ,~

0

= •••

,

'.

•

•

0

• • •

0

=

• • •

• • 0

0

••

•

•

•

•

• • 0

'. -

n.1mm!3.0101

50.8""" (2.01n)

•

• 0

25 .. mm(I .0 1nj 0

·

12.7 mm (0.5 10)

""

Pre. ion e n I. inlerl .. geolexlil · capa granu la r (KPal

.=

Figura 4.4 Presion Vs. Resistencia at estatlido (BURST) segun et tamaiio de ag regado (FSg", 2.0; FSp : 2.0). CAPiTUL04; SEPARACtON DE SUBRASANTES EN ViAS

111)

~

Tabla de contenido

4.3.3 Resistencia a la tensi6n (GRAB) Otro fa cto r que actua so bre el geotextil e s el e sfuerzo de traccion que se ge nera e n el g eotextil e n su plano de defo rmacio n. Esto ocurre cuando el geotextil esta "atrapado" por una capa granular y un sue lo d e subrasa nte. Cuando una particula superior e s fo rzada contra dos partfculas inferiores que estiin en contacto con el geotextil se gene ra un e sfu e rzo de traccio n en su plano (ve r Figura 4.5). EI ensayo de te nsio n segun e l Me tod o Grab (A5TM D4632-INV E-901) simula este proceso en e l labo rato ri o, dete rminando la carga de rotura (Resiste ncia Grab) del geotextil y su e lo ngacio n correspo ndiente (defo rmacio n - e lo ngacio n Grab). EI geotextil se coloca en la interfaz subrasante- capa granular debe cumplir una resistencia minima para que no fall e po r te nsio n. p

- d -~';

Capo Granular

Geotextil

.............. .. .............. ....... . . _ .. .. . ....... . ........ ...........-.......................... .... .... .. .. ....... ........ .. .... .......... . . . . . . . ........... . . . . . . . . . .......... . . .. .... . .. . .... . . .. .. _ . ........ . Subrasante

.

.

Figura 4. 5 Geotextil de separacion- Resistencia a la tension (GRAB). T~

p'* 10-1 * (d.f * If(e))

(4.8)

Do nde: Resistencia Grab requerida (N)

T~

P d,

Presion aplicada (kPa)

d.

Diiimetro miiximo de la s particulas de agregado (mm )

fie)

Funcio n de d eformacion (elo ngacio n) d e l geotextil. (ver Tabla 4.1)

Diiimetro miiximo de los vados: d . .. 0.33 d. (mm)

Tabla4.1 Valaresdef (E)

112)

e(%)

f(d

e(%)

«d

0

00

25

0.55

2

1.47

30

0.53

4

1.23

35

0.52

•

1.08

40

0.51

8

0.97

45 - 70

0.5

10

0.9

75

0.51

12

0.8

90

0.52

14

0.73

100

0.53

1.

0.69

11 0

0.54

18

0.64

120

0.55

20

0.58

130

0.56


Metodo: Verificar si el geotextil que se va a utilizar es adecuado = Tul conocido; calcular FS g . (4.9)

To,

(4.10) T~

Reemplazando las ecuaciones (4.8) y (4.9) en la ecuacion (4. 10) (4.11 )

To, FSpx p'x 10·] X d.1 x If (E)] Entonces la ecuacion del Factor de Seguridad Global es: T~

FSp x p'x 1o-J x (0.33 d,)l x If (El)

4.3.4 Resistencia al punzonamiento Ademas de cumplir la funcion de separacion, el geotextil de separacion debe resistir el proceso de instalacion, sin que sus propiedades iniciales sufran modificaciones impo rtantes. As! se garantiza el buen funcionamiento del geotextil durante la vida util de la via. Materiales punzonantes, piedras angulares, ramas de arboles, desechos de construccion y otro tipo de objetos que se encuentren sobre el suelo (s ubyacente) que quede en contac to con el geotextil, pueden romperlo y desgastarlo cuando se coloque la capa granular y se apliquen las ca rgas de trafico sobre la estructura . Se debe calcu lar la fuerza ve rtica l que actuara sobre el geotextil bajo estas condiciones, y ve rificar que el geotextil que se coloque resista el punzonamiento que se genere. EI ensayo de resistencia al punzonamiento ASTM 04833, INV E-902 simula esta condicion en laboratorio y permite calcular la maxima resistencia que tiene un geotextil bajo la accion del punzonamiento.

t

~-------d. --------+'

Figura 4.6 Punzonamiento causado por una partfcula sobre el geotextil.

T~

(4.1 2)


113)

~

Tabla de contenido

Donde: Fue rza ve rtica l que e l geotextil debe resistir (N).

T~

Presion de inflado (kPa).

d,

Diametro maximo de las partfculas d e agregado 0 de partfculasangulares (mm ).

5,

htJd .. Factor de punzonamiento (empuje) del suelo 0 particulas subyacentes a l geotextil. Altura de e mpuje: hh< d •.

5,

031/d•. Factor de escala para ajustar el diametro del vastago de punzonamiento del ensayo ASTM 04833, INV E- 902 (5/16 in) a l d iametro de la actual partfcula punzonante. 1 - AJ~. de forma para ajustar Ia forma de l vastago de punzonamiento de l ensayo

5,

ASTM D4833, INV E - 902 a la forma de la actua l particu la punzo nante.

F,

Facto r de fo rma de las partfculas del mate rial a utilizar (tabla 4.3.) Area proyectada de la partfcula. Area de l meno r circulo circu nscrito. Tabla 4.2 Va lores de

Descripcion

VA, A,!'-<

Arena Ottawa

0.8

Grava

0.7

Roca triturada

OA

Roca extrafda por medio de dinamita

0.3

Tabla 4.3 Factor de forma de la s partic ulas

F,

Ti po de partfcula

Angula r

15

Semiredondeada

1.3

Redondeada

1.1

Metodo 1 Verifi car si e l geotextil que se va a utilizar es el adecuado => T~ conocido; ca lcular F5 g

FS.

T~

T.

Entonces la ecuacion de l fa cto r de seguridad g lobal e n unidades del sistema internacio nal es: TuI, x 39.36

114)

=>FSg >l

(4.13)

Tabta de contenido

~

Donde: (N)

(kPaj (mmj

d.

Metodo 2: Determinar la resistencia al punzonamiento requ e rida del geotextil para un factor de seguridad g loba l FSg establecido => FSp conocido; determinar T'"'I diselio teniendo en cuenta la formula de particula segun Tabla 4.3. Si se asume que se coloca una capa de material g ranular con particulas angu lares sobre el geotextil. de tal forma que:

5,

0.33

5,

0.3/d.

5,

0.5

Entonces la resistencia al punzonamiento requerida para esas condiciones es: (4. 14)

0 .OS12xp'd.

T~

39.36

Para determinar la resistencia al punzonamiento requerida para e l diselio bajo las condiciones establecidas se tiene:

T.,

FS.

A continuac ion se presentan las griificas que permiten determinar T'"'I de diselio del geotextil, asumiendo un factor de segu ridad g lobal FSv= 2.0 Yfactores de seguridad parcial FS p= 1.5 Y FS p = 2.0, para las condiciones definidas.

KESISTE NCIIIIIL PUNZONIIMIEN"TO CARTA DE DISENO (FSg = 2.0; FSp = 1.~)

,--

0) 1~ I . e"""(4 . 0 k»

•

• •

' 00

••

a.

• •, • o

·

•

•

•

•

, •

-.o

• o

o

•

,

•

•

7e ~ "..,,(301n)

'JO.8rrrnf,2.0nl

•

•

25 .• "" ll .O;"1

o

a

.

I V rrrn(o·~nI

-

Figura 4.7 Presi6n Vs. Resistencia at punzonamiento segun et tamano de agregado (FS g = 2.D; FS p '" 1.S). CAPiTUL04: SEPARACtON DE SUBRASANTES EN ViAS

115)

~

Tabla de contenido

RESISTENCIA AL PUNZONAMIENTO CARTA DE DISENO (FSg: 2,0; FSp: 2,0) ' ~ ,--

[

1l((l

• ~

700

,

T..... IIo Porll<:ul. .

0

•

~&;l)

!~

,, .

0

500

• •

~

'g

•

0

~ JOO

£

• •

0

• ~

•• o

• •

•

m Preoi6n

~ ~n

5O,a ""'(2,°inl

25 ... ...., (.. Oinl 0

0

0

~

•

•

•

• 0

0

0

•

•

76,2 .... (3.0 inl

•

•

0

'00

101.6 .... (•. Oinl

127 ..... ( 0_ ~inJ

m

""

,m

la Inl1orfo, geo!e.!il • capa granula, IKPoj

Figurll4.8 Presion Vs. Resistencilllli punzonllmiento segun el tllmllno de IIgreglldo (FS g ", 2.0; FS p '" 2.0).

4.3.5 Criterio de retenci6n (TAA)l EI crite ri o de retencion por Tamafio de Abertura Aparente (TAA) permite determinar e l tamafio de las aberturas del geotextil para evitar la migracion de suelo fino hacia las capas granulares. TAA

(4.16)

Donde: TAA

Tamafio de abertura aparente, dato suministrado por el fabricante. Corresponde a la abertura de los espacios libres (en milimetros). Se obtiene tamizando unas esferas de vidrio de diametros conocidos, cuando e15% de un tamafio determinado de esferas pasa a traves del geotextil, se define eITAA. Ensayo ASTM 04751, INV E- 907. Tamano de particulas (en milimetros) que correspondeal85% del suelo que pasa al ser tamizado. Este dato se obtiene de la curva granulometrica del suelo en consideracion.

B

Coefidente que varia entre 1 y 3. Oepende del tipo de suelo a filtrar, de las condiciones de flujo y del tipo del geotextil.

'HOLTZ. Robert, Geosynthetic Engineering.Junio 1997, Pag •. 36 ~ 38.

116)


Para arenas, arenas gravosas, arenas limosas y arenas arcillosas (con menos del 50% pasa tamiz #200), B es funcion del coeticiente de uniformidad

= = =

c.., donde Cu = Ow'Ol~

B= 1 B= 0.5xc., B= 8/Cu

Para suelos arenosos mal gradados: Bentre 1.5 y 2 Para suelos tinos (mas del 50% pasa tamiz #200) B es funcion del tipo de geotextil. Para Tejidos:

B= 1 =>

TAA ,,; 08~

Para No Tejidos:

B= 1.8

=

TAA,,;1.8"Os5

Para aplicaciones de separacion, La AASHTO M288-05 recomienda que los geotextiles deben cumplir: TAA

<0.60 mm

4.3.6 Criterio de permeabilidad EI coeticiente de permeabilidad k, se detine como la propiedad hidraulica que tiene un geotextil, para permitir un adecuado paso de flujo, perpendicular a su plano. Para la funcion de separacion los geotextiles deben cumplir 10 siguiente:

k del geotextil

> k del suelo

(4. 17)

Oonde:

k

'P',

'P

Permitividad del geotextil Espesor nominal del geotextil

En los casos en que se presente un nivel freatico muy alto

0

condiciones crfticas de humedad de la subrasante, se

debe utilizar un geotextil con alta transmisividad que permite el drenaje a traves de su plano, (geotextiles no tejidos punzonados por agujas). En estos casos se recomienda incorporar un sistema de subdrenaje lateral para abatir el nivel freatico.

4.3.7 Criterio de supervivencia EI geotextil en el proceso de instalacion y a 10 largo de su vida util puede esta r sometido a unos esfuerzos, los cuales deben ser soportados por el mismo, de tal manera que no afecten drasticamente sus propiedades hidraulicas

0

ffsicas. En la Tabla 4.3 se presentan las propiedades minimas que se deben cumplir. Los geotextiles son materiales de polipropileno, alta mente resistentes al ataque quimico y biologico. Los geotextiles se degradan con los rayos UV, por consiguiente no deben ser expuestos por largo tiempo a estos rayos.

CAPiTUL04: SEPARACION OE SUBRASANTES EN ViAS

117)

~

Tabla de contenido

Tabla 4.4 Propiedades del geotextil de sepa raci6n AAS HTO M288-05 - Artic ulo 23 1 INVIAS

Propieda

Elongaci6n medida

Resistencia a la te nsi6n (G rab)

Resistencia a la penetraci6n con pist6n 50mm de diamet ro

Resistencia al rasgado trapezoida l

Norma de ensayo

INVE-901

INVE-901

INV E - 913

IN V E - 903

Valor minima

;,,50%(11

700N

1375 N

250N

Promedio por rollo

< 50%(21

11 00 N

2200N

400N

111 La elongaci6n:. 50% hace referencia a los geotextiles no tejidos. III

La elongaci6n < 50% hace referencia a los geotextiles tejidos.

4.4 EJEMPLO DE DISENO Para la construcci6 n de una via nueva se requie re colocar un geotextil de sepa raci6 n en la interfaz subrasa nte subbase g ranular. La via tendra un ancho de calzada de 7.30 m (a ncho carril 3.65 m) y bermas - cuneta de 1.80 m, para un anc ho total de coro na de 10.90 m. EI transite pro medio diario (TPD) para el primer a na de servicio es de 3000vpd y e l transite de diseiio para un periodo de 10 anos es N = 6x l r:f ejes equiva lentes a 8.20 to n. La composici6 n ve hicular es de 61% autos, 10% buses y 29% camio nes. La presi6 n de inflado es de 1OOpsi = 690kPa. EI suelo de subrasa nte esta compuesto po r limos arcillosos (ML), con una pe rmeabilidad k

= 2 . 5x l 0~

cm/s. Se

estableci6 un CBR de d iseiio de 3.5%, para una estructura de pavimento fl exible compuesta po r subbase y base granu la r confo rmados po r materiales angulares y capa asfaltica . Determinar e l ti po de geotextil para usar como separaci6 n en la inte rfa z subrasante - subbase granu lar, para los siguie ntes casos: 1. Para un geotextil No Tejido tenie ndo una Subbase granular: tamaiio maximo:

d.

2. Para un geotextilTejido te niendo una Subbase granular: tamaiio maximo:

d. = 4"

=

2.5"

Ancho C orona = 10.90 Bermo

1.80m

Berma

Ancho Calzada = 7.30

1.80m

Bos~~p:a~=;2~_~_~_~_~_~_~I~~-:.~_~=~ . -~. ~=~_ . ~.~.=-~2-~-~-~~-§-~"S" --~-S-~~-~-~'~I_~_~_~-~~-~.s~." - -- --.~_~~ ~-

Subbase

/

.. ••

------~-~

:::::::t: :: :: :: ::::: ::::... Geo te xti l

118)

"'"

bese p o rOCion

Tabla de contenido

~

Ca so 1: a ) Resist e n c ia al Esta llido (Mulle n Burst) Meto do 2: Dete rmin a r Traq

FS, FS,

2.0 2.0

p'

l OOp si = 690 kPa

d.

63.5mm = 2.5"

T~

1895 kPa (Seg un la Fig ura 4.4)

Los geotextiles No Tejidos qu e cum p len esta cond icio n so n: NT3000, NT4000, NTSOOO, NT6000, NT7000. Geo textil seleccio nado: NT3000

b ) Resist e n c ia a la Te n sio n (G RAB ) Se verifi ca pa ra geot extil No Tejido NT3000

,

703N (Ver Ape ndi ce A: Es pecificacio nes de Pro ductos)

, 50%

f(E)

0.50

d.

63.5 mm = 2.5"

p'

1OOp si = 690 kPa

FS,

2.0 703

= 2.32 Cum p le

2.0 x 690 x 10·] x (0.33 x 63.5]1 x 0.50

c) Resiste n c ia al Punzo namie nto Meto do 2: Dete rmin a r Traq

FS, FS,

2.0

d.

63.5 mm = 2.5"

P 5,

l OOpsi = 690

5, 5, T~

2.0

kP,

0.' 0.8 0.' 227N (Segu n la Fig ura 4 .8)

Los geotextiles No Tejidos qu e cum p len esta cond icio n so n: NT1 800, NT2000, NT2S00, NT3000, NT4000, NTSOOO, NT6000, NT7000. Geo textil seleccio nado: NT3000 (C um pie paso a y b).

CAPITUL04: SEPARACION DE SUBRASANTES EN ViAS

119)

~

Tabla de cantenida

d) Criteria de Retenci6n (TAA) Geotextil NT3000: TAA

O.l Smm

< <

O.6mm O.6mm

(Ver Apendice A: Especificaciones de Productos)

O.027cm/s


e) Criteria de permeabilidad Geotextil NT2S00: O.OOO002Scm/s

>

"-

f) Criteria de supervivencia Se ve rifi can las propiedades del geotextil escog ido, en este caso el geotextil No Tejido NT3000 versus las propiedades solicitadas en la Tabla 4.4. Resistencia la tension (Grab): 703N => Cumple Resistencia a la penetracion con piston de SOmm de diametro: 21 OON => Cumple Resistencia al rasgado trapezoidal: 29SN => Cumple Geotextil seleccionado: NT3000 Solucion caso 1: EI geotextil que se debe utilizar para este caso, como separacion en la interfaz subrasante - subbase granular es el geotextil No Tejido NT3000. Casa 2: a) Resistencia al estallida (Mu llen Burst) Metodo 2: DeterminarTreq

FS,

2.0

FS,

2.0

p'

1OOpsi = 690kPa

d,

101.6mm=4-

T~

3034kPa (Seglin la Figura 4.4)

Los geotextiles Tejidos que cumplen esta condicion son: T2100, T2400, TR4000. Geotextil seleccionado: T21 00

120)

Tabla de contenido

~

b) Resistencia a la tensi6n (GRAB) Se verifica para geotextil Tejido T2 100 11 40N (Ve r Apendice A: Especificaciones de Productos)

,

21 % 0.58 2.0 11 40N

= 1.22 Cumple

2.0 x 690 x 10·) x (0.33 x 10 1.6)1 x 0.60 Geotextil seleccionado: Se escoge e l geotextil T21 00 el cual cumple con los crit erios evaluados. c) Resistencia al punzanamienta Metodo 2: Determinar Traq

FS. FS.

2.0

d.

101.6mm = 4"

2.0

p

1oopsi = 690kPa

5,

0.33

5,

0.31/ da

5,

0.5

T~

36SN (Seglin la Figura 4.8)

Los geotextiles Tejidos que cumplen esta cond ici6n son: T1400, T17oo, T2 100, T2400, TR4000. Geotextil seleccionado: T2 100 (Cumple paso a y b). d) Criteria de retenci6n (TAA) Geotextil T2 100: TAA

0.60mm

0.3mm

< <

TAA

=

Cumple

0.60mm


e) Criteria de permeabilidad Geotextil T2 100: 0.048 cm/s


0.OOO002Scm/s

>

k..,...,=> Cumple

f) Criteria de superviv iencia Se ve rifi can las propiedades del geotextil escog ido, en este caso el geotextil Tejido T21 00 versus las propiedades solicitadas en la Tabla 4.4.


121)

~ Tabla de contenido Resistencia la tension (G rab): 1 140N => Cumple Resistencia a la penetracion con piston de SOmm de diametro: 4800N => Cumple Resistencia al rasgado trapezoida l: 400N => Cumple Geotextil seleccionado: T2l 00 Solucion caso 2: EI geotextil que se debe ut ilizar para este caso, como separacion en la interfaz subrasante - subbase granu lar es el geotextil tejido T2 1oo. Tabla 4.5 Resumen solucion ejemplos Caso 1

Datos Proyecto

Caso2

Pavimento flexible

Capa asfaltica

Capa asfaltica

Subbase granular

d. = 2.S" Limo arcilloso (ML)

d. = 4' Limo arcilloso (ML)

k ~

3.SO% 2.S x 1O~ cm /s

3.50% 2.5 x lQ-6 cm/s

Presion de inflado

100 psi = 690 KPa

100 psi = 690 KPa

Datos del Geotextil

Caso 1

Subrasante CBR =

Geotextil seleccionado Resistencia al estallido (BURST)

Caso2

NT 3000

T2 l 00

2070 KPa

3689 KPa

Resistencia a la tension (GRAB)

703N

1140N

Resistencia al punzonamiento

400N

SS6N

Resistencia al punzonamiento metodo CBR

2l 00N

4800N

29SN

400N

Tamalio de apertura aparente

Resistencia al rasgado trapezoidal

O.lSmm

O.3oomm

Permeabilidad

0.27 cm/s

0.048 cm/s

4.5 EJEMPLO DE RELAC I6 N BENEFI CIO - caSTO Evaluar la reduccion del indice de serviciabilidad en funcion de las cargas equivalentes sin la insta lacion de un geotextil como elemento de separacion, y determinar el inc remento en costos por efectos de la contaminacion presentada en una via principal que fue diseliada con la siguiente estructura de pavimento flex ible: Espesor de la carpeta asfaltica =

7.5cm

Espesor de la base 9ranular

30cm

Espesor de la subbase granu lar

40cm

CBR de la subrasante

3%

Solucion: 1. Basandose en la metodologia AASHTO pa ra el calculo de pavimentos flexibles, y asum iendo que la estructura de la via tiene un sistema de drenaje adecuado, se calcula el numero estructural de la siguiente forma :

SN

122)


Donde: Coeficiente de la capa (1!pu l)

"

Espesor de la capa (pul) Coeficiente de drenaje de la capa i

Realizando el calculo de SN, para nuestra estructura se obtiene un valor de 4.24

1181:1

<; """"""" ........ - ...

Layer(") CoeHicient = a (i> _ 9.49 9.14 9 .19

Draina!fe Coe££ic1ent

= "

(i>

1." 1." 9.99

_

La ... Th ic kn ess

=

Additional Thickness Heeded

a (1) ooCd*t

t = 2.95

1.18 1.65 1.41

11.89 15.79

(I

SN Required

4 .24

8.09

...

(Ok)

Los datos utilizados en los coeficientes de capa a), ab a, se tomaron de la Tabla 4.6 donde se especifica el range de valores recomendados (1 / pul) por la AASHTO. Tabla 4.6 Caeficientes de capa recamendados par la AASHTO

Material

" " "

CBR

Rango a) [l/pulg)

Capa de asfalto

> 100

0.40·0.44

Base asfaltica

> 100

0.30·0.40

Piedra picada de dureza alta

80·100

Material granular

Piedra picada de dureza media

60·80

Bien gradado

Grava de rio

40· 70

Mezcla de arena y grava

20·50

Arena limpia

10· 30

Subbase granular

0.14 0.10·0.14

0.13 0.12 0.11

0.06·0.10

2. Con el nlimero estructural calculado, determinamos el nlimero de ejes equ ivalentes que es capaz de soportar la estructura. Parametros para el calculo: Confiabilidad:

95% (Para autopistas y vias principales)

Desviaci6n globa l:

0.45 (Pavimentos flexibles y construcciones nuevas)

CAPITUL04: SEPARACION DE SUBRASANTES EN ViAS

123)

~ Tabla de contenido Modulo Resiliente:

CBR Subrasante x 1500 = 3 x 1500 = 4Soopsi

Indice de serviciabilidad inicial:

4.0 (Bueno)

Indice de serviacibilidad final:

2.5 (para autopistas y vias principales)

"

11101 EI

c..mm...d ...... . "..

Reliability Ou"rall Deviation

95.88 8.15

<*)

Soil Resilitlnt " od.<.) In itial Servic tla bility T ,,~inal Servi cea bility

1.588

4." 2.58

;cC====;CO~~Solve for======~~~~

Future E 18's

591.G88

PgDn fOR LAYER DET ERrtINATlON

3. Ciilculo del nuevo nlimero estructural conside rando la contaminacion de la subbase. Para cuantificar la reduccion en el coeficiente estructural de la capa de subbase hemos tomado como referencia la frase"S kilos de piedra colocados sobre 5 kilos de barro nos da como resultado 10 kilos de

barr~"

citada por Robert

Koerner en su libro "Design with Geosynthetics". Teniendo en cuenta 10 anterior, reducimos el coeficiente antes mencionado en un 50% y procedemos a calcular el nuevo SN de la estructura de la via. "

11101 EI

c..mm...d ...... . "..

Lare r < .. ) Coe ricient

up~er

3

-

•8.19 (i)

9.11

•• IIS

-

Draina!fe Coefficl.ent

-

....

(i> •1.88

8.98

-

Lai:::"ess

Thic ~

,

--

a(i>ooCd .. t

2.95

1.18 loGS

11.88

15.78

0.11

4

, 5

8 M Required

124)

Additional Thickness Needed

•

.... 3 . 51

(0)<)


4. G:llculo del nuevo nlimero de ejes equ ivale ntes. EI nlimero estructural reducido de la via es 3.54, con este va lor se calcula el nuevo nlimero de ejes equivalentes, conservando los valores recomendados por AAS HTO.

0' """""'"" _ ....

!!I8 EI

Reliability Overall Deviation (_)

95.99 0 .15

Soil Resilient r.od.(_> Initia l Se rv iteability Te r lllina l Se rviceability

1 .599

4 ....

2.50

;C:====;=;~'Solv e For======~~~~

Future E 18's

202.388

PgDn FOR LAYER DETER"INATIOH

5. G:llculo de la disminuci6n del indice de serviciabilidad en la via. Haciendo la relaci6n entre los valores de las cargas equiva lentes de la estructu ra inicial y la afectada por la contaminaci6n, encontramos que la reducci6n es ig ual a:

1_

J~-

[202.300 594.600

66%

6. Para e valuar el beneticio del geotextil como elemento de separaci6n, se calcula el material adicional necesario, para mantener las condiciones iniciales de la via (SN

=

4.24), teniendo un coeticiente estructural de la subbase

reducido en un 50%:

Lar e r (*> Cae Ficient - a (1) 0.10 0.11

....

Drainage CoeF fi cie nt

-

(1) •1.00

1.00 0 . 90

-

Lai:::'e ss

Thic ~

,

--

2.95 12.28 M!lI !111

SN Required

II

a(i>ooCd*t: 1.18 1. 71 1.35

•

4.24 4.24

Add itionl'l l Thickness Ne eded

....

(OJ<)

II

----------------------------------------Fl;H,,} F2:1.,,~t( .. ) FlI'I;CI .· F,,,ld b":B,,t;k F8;R" ort AI.,I-)(:F."lt

CAPiTUL04: SEPARACION OE SUBRASANTES EN ViAS

125)

~

Tabla de contenido

Viendo graficamente las dos situaciones evaluadas tenemos: Carpala As6~ico, 7.5 em

COrpelO Asfaltico, 7,5 em

Bose Granular. 30

em

Sub Bose Granular,

Bose Granular. 30 em

40 em

Geo!extil De 5eporoci6n

'---_ _ Subloson!e.

Sub Bose Gronular. 76 em

CBR =3%

Subrasonle. C6R=3%

Haciendo la comparacian de costos de las dos estru cturas de la via, tenemos: Tabla 4.7 Estructura de la via can geatextil

Capas de la estru ctura de la via

Precio unitario (US)

Precio por capa (US)

Unidad

Espesor(m)

Carpeta asfa ltica

m'

0.075

' 90

14.25

Base granular

m'

030

40

12.00

Subbase granular

m'

0.40

32

12.80

Geotextil

m'

3.00 Total

42.05

Tabla 4.8 Estructura de la via sin geatextil Capas de la estru ctura de la via

Unidad

Espesor(m)

Carpeta asfa ltica

m'

0.075

Base granular

m'

Subbase granular

m'

Precio unitario (U$)

Precio por capa (US)

' 90

14.25

030

40

12.00

0.76

32

2432

Total

5057

EI ahorro e n costos g racias a la instalacion de un geotextil como e lemento de separaci on e n esta estructura es de 17%. Es importante te ne r en cuenta que si se utili za un espesor de material g ranular adicional para reemplaza r el uso del geotextil, no se garantizara con esto que la estru ctura no presente un proceso de contaminacio n a 10 largo del periodo de diselio de la via.

126)

Tabla de contenido

~

BIBLIOGRAFIA ASSOCIATION SUISSE DES PROFESSION NELS DE GEOTEXTILES, Le Manuel Des Geotextiles. 2 ED., Suisse, 1988. CIRIA, Soil Reinforcement With Geotextiles, 1 ED., England, 1996. DON AND LOW LTD., A Geotextiles Design Guide, 2 ED., Scotland, 1989. KOERNER R.M., Designing With Geosynthetics. 3 ED. U.s.A., 1994. FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, Geosynthetics Design And Construction Gu idelines, Publication No. HI - 95 038, 11 995.

CAPiTUL04: SEPARACION OE SU8RASANTES EN ViAS

127)

~

128)

Tabla de contenido

MANUAL Y SOFTWARE DE DISENO

Geosoft® PAVeo

.

.

CAP[TULO

ESTABILIZACION DE

SUBRASANTES CON GEOSINTETICOS Vol.er al in dice


130)


5. '

GENERALI DADES

EI desa rrollo de la tecnologia de los geosinteticos y su utilizacion e n los campos de la ingenie ria, ha introducido un nuevo concepto e n las metodologias de diseiio y construccio n e n sus di versas aplicaciones. Son muchas las teorias e investigacio nes que han surgido con esta nueva tecnologia, basadas en las necesidades y los requerimie ntos de los ingenieros d iseiiadores y constructo res, lIevando a que los geosinteticos se utilice n cada vez miis para la realizacio n de las obras civiles. Uno de los mayo res campos de aplicacio n de los geosinteticos son las vias, donde se deben conside rar va rios aspectos que involucran su utilizacio n: sepa racio n, refuerzo de capas granulares, estabilizacion de subrasa ntes, filtra cio n y dre naje. Los estudios que se han realizado e n este campo y las experiencias existe ntes han demost rado los grandes be neficios que aportan los geosinteticos en la construccio n de vias y en su rehabilitacio n, mejo ra ndo el ni vel de servicio y aumentando la vida util de las mismas. En Colombia se tienen va rias e xpe riencias exitosas en este ca mpo, sin embargo, no existe n metodologias bien di vulgadas que involucren la correcta utilizacio n de los geosinteticos para la estabilizacion mecanica de subrasa ntes. EI principal obje tivo de este capitulo es proporcio nar las he rramientas que permitan determina r correctame nte un espesor de material granular apropiado, que en conjunto con un geosintetico de refuerzo, permitan brindar una platafo rma de trabajo adecuada mediante la estabilizacion mecanica de la subrasa nte. Con el uso apropiado de esta metodologia es posible ree mplaza r alternati vas tradicio nales como el uso de empalizadas, rajo n (sobre tamaiios), etc.

5.2 INTRODUCCI6N 5.2.1 Antecedentes Con frecuencia e ncontramos suelos poco competentes para sopo rtar cargas debido al triifico, por 10 cual el refuerzo con geosinteticos permite mejo rar el desempeiio de un pavimento, disminuye ndo los esfu erzos ap licados sobre la subrasante. Como resultado, se tiene una seccio n reforzada que pe rmite una mayo r ap licacion de ca rgas y me no res defo rmacio nes que una seccion sin refuerzo. Geosinteticos como las geomallas biaxiales coextruidas, los geotextiles tejidos y Neoweb han side empleados como he rramie ntas de refu e rzo para incre me ntar la resistencia de vias (Giro ud and Noiray, 1981). Varios metodos se han presentado para dime nsio nar este tipo de estructuras, entre otros: US Fo rrest Service Method (Steward et ai, 1977) Giro ud and Noiray (198 1) Cuerpo de Ingenieros de Estados unidos (2003) Giro ud - Han (2004) 5.2.2 Benefi cios del geosintetico EI diseiio de una estructura de pavimento depende de va rios fa cto res que afectariin la via du rante su vida uti!, tales como el transito, las condicio nes ambie ntales, las ca racteristicas del suelo de subrasante y de los materiales que confo rman la estructura de pavime nto, e ntre otros.

CApiTULO 5: ESTABILIZACION DE SUBRASANTES CON GEOSINTt:nCOS

131)

~ Tabla de contenido Las dife re ntes alte rnativas e n el diseno de pavime ntos no rmal mente resultan al evaluar va rias posibilidades con los siguie ntes para metros: Espesores de las capas granula res. Propiedades mecanicas de los materiales granulares. Capacidad po rtante de la subrasa nte. En el diseno, el transite es un pa ra metro tijo y las caracteristicas de los materiales como el concre to asfaltico

0

el

concreto rigido se moditica n como una ultima alternativa, tratando siempre de e ncontrar una solucion detinitiva al ca mbiar las ca racte risticas de los suelos y los materiales que confo rman las capas de subrasa nte y granulares respecti va mente. Los materiales que confo rman la capa estructural de los pavimentos fl exibles

0

la capa de apoyo de los pavimentos

rigidos deben cumplir unas especiticacio nes establecidas para soportar las capas superio res y los esfuerzos a los que es sometido el siste ma. Sin e mbargo, son muchos los casos en donde el mate rial no tie ne las resiste ncias apropiadas y de be mejo rarse

0

reemplazarse por otro que se encuentra a mayo r distancia y con mayo r costo.

Otro caso que se presenta con frecue ncia es la baja capacidad porta nte de los suelos de subrasante y sus deticientes propiedades mecanicas, que influye e n la deg radacion de las capas granulares y en el comportamie nto de la estructura de pavime nto, 10 que conlleva a una disminucio n de la vida util que inicialme nte se determino en el diserio. Por todo 10 anterio r, se han estudiado los efectos del uso de geosinteticos en la estructura de pavimento, e n particular su utilizacio n sobre la capa de subrasante e n la inte rfase subrasante - capa granular. EI geosintetico de refu e rzo permite incrementar la ca pacidad portante del sistema que confo rma la estructura de pavime nto, 10 que se puede traducir, e n un mejo ramiento de las propiedades mecanicas de los mate riales que hacen parte de la capa granular

0

e n un incremento de la vida util de la via. De igual manera, al mejorar las condiciones mecanicas de la estructura de pavime nto se puede o bte ner un aumento del tra nsite de diserio, evaluado con la cantidad de ejes equi valentes que va n a pasar durante el periodo de operacio n de la via. En resumen, los efectos de la utilizacio n de un geosintetico de refue rzo sobre la capa de subrasante de una estructura de pavime nto son los siguie ntes: Incremento de la capacidad portante del sistema. Mejo ramiento de las propiedades meca nicas de los materiales que confo rman la estructura de pavimento. Incremento de la vida ut il de la via. Aumento de los ejes equi vale ntes del diseno de la via.

5.3 FUNCIONES DEL GEOTEXTIL Son va rias las funcio nes de los geotextiles y va rian segun el ca mpo de aplicacio n e n que se utilicen. En el caso de las estructuras de pavimento, los geotextiles cumple n dos funcio nes esenciales: separacio n y refuerzo. 5.3. 1 Separac ion La funcio n de separacion que cumple un geotextil es mantener la integridad y el buen fun cio namiento de dos suelos adyacentes con pro piedades y caracte risticas dife rentes. En el caso de las estructuras de pavimento, do nde se coloca suelo granular (base, subbase, relleno) sobre suelos tinos (s ubrasante) se presentan dos procesos en forma simultanea:

132)


Migracion de suelos finos dentro del suelo granular, disminuyendo su capacidad de drenaje. Intrusion del suelo granular dentro del suelo fino, disminuyendo su capacidad portante (resistencia).

Figura 5.1. Separaci6n de capas granulares y subrasante EI geotextil se traduce en una barrera para la migracion de particulas entre los dos tipos de suelo, facilitando la transmision de agua. Se requiere entonces un geotextil que retenga las particulas de suelo y evite ellavado de finos por la accion del agua y que cum pia con resistencias necesarias para mantener la continuidad sin que ocurra ninguna falla por tension, punzonamiento

0

estallido (Ver Capitu lo 4 - Separacion de capas granulares y subrasante en vias),

bajo concentraciones de esfuerzos locales causadas por irregu laridades en el suelo de fundacion. 5.3.2 Refuerzo La funcion de refuerzo de los geotextiles consiste en el complemento y por ende en el mejoramiento de las propiedades mecanicas del suelo. Los geotextiles son materiales con alta resistencia a la tension y son un buen complemento de aquellos materiales con alta resistencia a la com presion pero con poca resistencia a la tension, como ocurre en general con los suelos finos y granu lares. Cuando las fuerzas perturbadoras son causadas por el peso propio del suelo, como en el caso de taludes

0

terraple-

nes sobre suelos de fundacion muy blandos, el refuerzo del suelo con geotextiles permite la construccion de taludes o terraplenes con mayor inclinacion. Cuando las fuerzas perturbadoras son causadas por cargas externas, caso de las vias, el refuerzo del suelo con geotextiles permite la aplicacion de mayores cargas y un aumento de la vida util de la estructura de pavimento. Para que un geotextil cumpla de manera optima con la funcion de refuerzo se debe cumplir con la condicion de que el CBR de la subrasante sea menor aI3%. Si el valor de CBR de la subrasante es mayor

0

igual a 3 se debe disenar el

geotextil para la funcion de separacion, por 10 tanto se debe chequear la metodologia realizada para esta ap licacion. (Ver Capitulo 4 - Separacion de capas granu lares y subrasante en vias). EI refuerzo con geotextiles permite ademiis soportar mayores aplicaciones de carga en el suelo y mejorar su capacidad portante, mediante otro mecanisme diferente, que se aplica cuando el refuerzo se ha deformado 10 suficiente para actuar como una membrana a tension. Cuando se aplica una ca rga en la superficie de la estructura, una parte de los esfuerzos normales de la fibra inferior de esa capa (parte concava) son soportados por la fuerza de tension de la membrana de geotextil, reduciendo asi los esfuerzos ap licados en el suelo que se encuentra bajo el geotextil (parte convexa del geotextil). Este mecanisme tipo membrana se desarrolla cuando se aplican cargas localizadas y se

CApiTULO 5: ESTABILtZACION DE SUBRASANTES CON GEOSINTt:nCOS

133)

~ Tabla de contenido presentan defo rmacio nes conside ra bles. En el caso particular de las vias, la accio n de me mbrana es muy impo rtante para controlar el ahuellamiento e n las vias y para preve nir el colapso de un relleno en un hueco

0

cavidad que se

presente e n el suelo de funda cio n.

Set de Iionios dobles

A'

"

"

Agregodo

A'

Sue lo de Subrosonle

Figura S.2 Efecto membrana

Los geotextiles a usarse en esta aplicacio n deben cumplir con 10 especiticado en el Articulo 232 INVIAS (Tabla 1 y 2) - AA5 HTO M288-05.

Tabla 5. 1. Requerimientos minimos de propiedades mecani cas del geotextil (Medidos e n el sentido mas d e bil d e l geote xtil)

Pro piedad

No rma de ensayo

Valo r minimo promedio por rollo (VMPR)(l1

Va lor minimo promedio por rollo (VMPR)OI

Elo ngacio n med ida

INV E - 90 1

Elo ngacio n <50%0)

Elongacion .. 50%(])

Resiste ncia a la tensio n (G rab)

INV E - 90 1

1400N

900N


INV E - 90 1

1260 N

810N

Resiste ncia a la penetracio n con pisto n 50mm de diii metro

INV E - 913

2750 N

1925 N

Resiste ncia al resgado trapezoida l

INV E - 903

500 N

350N

(1) Lo. v~lor... num .... icos de III Tabla eorr... ponden al Vllior Minima Promedio por Rollo (VMPR), qu .. es eI va lor minima d .. lo. resultado. d .. un mu ..... treo de .. no/l)'O' d .. un proc .. so para dl!r eonformidad a un Iote qu .. ... tiI bajo comprobad6n, ..1 promedio d .. lo ..... ultados correspondient... d .. los .. n.ayos practicado. a cWllquil'r roIlo d .. llot.. qu ..... estiI a nllliZllndo, debe ... r mayor 0 iguIII III valor pres""tado e n esta espe traducci6n del nombre en Ingl ... "Minimum Av.. rl>Q" Roll Valu .. (MARY)". Oesd ....1 punto de viru. del productor, correspond .. al valor promedio d el lot .. meno. do. (2) vec... la de.v"ciOn <'Standar d .. los valo",", d .. la produc:don. (2) La .. Iongadon e SO% hac.. r.. fe rene" e 10. geot ..xtiles t ..jidos, medida

~un

.. n.ayo INV E - 901.

(3) La .. Iongedon "" 50% hac .. r.. ferene" e los geotextiles no t ..jido., medidl! ... gun en ... yo INY E- 901.

134)


Tabla 5.2. Requerimientos minimos de propiedades hidrau licas del geotextil

Norma de ensayo

Valor minima promedio por rollo (VMPR)

Permitividacf4J

INVE-905

0.05 S· I

Tamaiio de abertura aperente(5l

INVE-907

0.43 mm

Estabilidad ultravioleta

INVE-910

50% despues de 500 h de exposicion

Propiedad

5.4 FUNCIONES DE LA GEOMALLA BIAX IAL COEXTRU IDA A traves de multiples investigaciones (Giroud y Noiray, 1981; Giroud et at. 1985; Berg et ai, 2000), se ha encontrado que los 3 mecanismos principales de refuerzo que proporciona una geoma lla biaxial son los siguientes: Confinamie nto late ral de la base a subbase EI cual se logra a traves de la friccion y trabazon de la geomalla con el agregado. Esto se presenta debido a que los modulos de los materiales granu lares son dependientes del estado de esfuerzos, al aumentar el confinamiento lateral, au menta el modulo de la capa granular sobre la geoma lla.

Restriccion lolerol y trob026n con el ogregodo (Confinomienlo)

Figura 5.3 Confinamiento Lateral generado por la geomlllill en un material granular [Referenda 1[

Mejorami e nto de la capacidad portante 5e [ogra desp[azando [a superficie de falla del sistema de [a subrasante b[anda hacia [a capa granular que es de mayor resistencia. Este mecanisme tiende a tener mayor va[idez en vias sin pavimentar 0 cuando e[ estado de esfuerzos sobre [a subrasante es alto.


135)


Figura 5.4. Capacidad Portante. [Referencia 11

Membrana tensionada Este efecto se origina por [a propiedad de un material flexible a[ ser e[ongado, a[ adoptar una forma curva por efecto de [a carga, e[ esfuerzo normal sobre su cara concava es mayor que e[ esfuerzo sobre [a cara convexa,

[0

cua [ se

traduce en que bajo [a ap[icacion de carga e[ esfuerzo ve rtical transmitido por [a geoma[[a hacia [a subrasante es menor que e[ esfuerzo vertica l transmitido hacia [a geoma[[a. Sin embargo, este mecanisme sole ocu rre a nive[es de deformacion demasiados altos como [os que ocu rren en vias sin pavimentar despues de un numero de repeticiones de carga e[evado.

Hecto de Membrana Tensionada

Componente Verticol de 50porte de 10 Membrono

Figura 5.5 Membrana tensionada [Referencia 1)

136)


5.5 METODOLOGiA DE DISENO 5.5.1 Introducci6n Este disefio permite escoger el tipo de geosintetico adecuado para ser instalado en conjunto con un espesor de material granular, de manera tal que se logre estabilizar una subrasante, logrando una plataforma de trabajo que permita el inicio de las actividades propias de la construccion de una via. EI metodo que se presenta a continuacion fue desarrollado por los profesores J. P. Giroud y Jie Han, publicado en la edicion de agosto de 2004 de la Sociedad de Ingenieros Civiles de los Estados Unidos (ASCE, por su sigla en ingles). Dicho metodo se basa en la teoria de capacidad portante a traves de verificaciones en campo y pruebas de labo ratorio, permitiendo predecir con mayor precision el desempeno de una via. Este metodo puede ser usado para dimensionar vias no pavimentadas y estabilizacion de subrasantes con y sin geosinteticos. De acuerdo con Giroud y Han (2004), es posible determinar el espesor de material granular compactado reque rido para estabilizar un terreno blando, con y sin la utilizacion de un refuerzo con geosinteticos. teniendo en cuenta las condiciones de la subrasante.

Figura 5.6 Ahuetlamiento en una via no pavimentada Lo anterior, o rientado a obtener una plataforma de compactacion 10 suficientemente estable sobre el terreno blando, que permita empezar los trabajos de conformacion de estructuras de relleno mento sin sufrir ahuellamiento

0

0

capas granulares de pavi-

deformaciones severas.

CApiTULO 5: ESTABILtZACION DE SUBRASANTES CON GEOSINTt:nCOS

137)

~ Tabla de contenido 5.5.2 Evaluaci6n de ca rga s La carga por rueda, P, es la carga aplicada por una de las cargas en un eje simple y la carga aplicada por un set de ruedas en un eje tandem. La relacion entre la carga por rueda y la presion de contacto: p

pA

(5. 1)

Donde: Carga por rueda (kN) Area de contacto de la rueda (mlj Presion de contacto de la rueda (kPa ), para fines practicos se considera igua l a la presion de inflado de los neumaticos. 5uponiendo que la presion se aplica en un area circu lar de rad io r, tenemos:

m'

A

(5.2)

A partir de las ecuaciones (5. 1) Y(5.2) tenemos:

(5.3) 5.5.3 Relaci6n de m6dulos material granular y subrasante La relacion de modulos

R~= EMdE~

para efectos de esta metodologfa se puede estimar mediante las siguientes co-

rrelaciones con el CBR: 36 CBRo~ AASHTO (1993)

(5.4)

Donde: E"...;: Modulo del material granular (MPa);

CB~G:

CBR del material granu lar.

Para la subrasante se asume una condicion no drenada, el valor de Co se puede obtener (CBR < 5) usando la siguiente correlacion (Giroud and Noray 1981j: (5.5) Donde: co: Cohesion no drenada del suelo de subrasante (kPa); CBR~: CBR de la subrasante; f,: Factor igua l a 30kPa. Heukelom y Klomp (1962) desarrollaron la siguiente correlacion lineal entre el CBR de la subrasante y el modulo resiliente (para CBR < 10) en suelos finos con base en mediciones en campo:

E.

138)

1 0.35CBR~

(5.6)


Donde: E§M: Modu lo de la subrasante (MPa); CBR§M : CBR de la subrasante De esta manera R.o se expresa como: EMG

=

3.48CBR°.l MG

E§M

(5.7)

CBR§M

En el caso del refuerzo con geomallas y geotextiles para la relacion de modu los, RE, los autores recomiendan limitarla a un valor de 5.0. Para el caso de sistemas de continamiento celular tipo Neoweb, es posible incrementar dicho va lor por las mejoras en las propiedades del material granular. 5.5.4 Esfuerzos sobre e l suelo de subrasante 5e as ume que la carga aplicada por una rueda en el caso de ejes simples 0 un set de lIantas en un eje tandem se distribu ye de manera uniforme en un lirea circular de radio r. Asi mismo, los esfu erzos se distribuyen de acuerdo con el lingu lo de distribucion de esfuerzos, u .

p

Rueda

-"

----->

'.,

-,

, P I-

' • • •1

+

?- .' ..

E

Figura 5.7 Esfuerzos sobre el suelo de subrasante

De esta manera el esfuerzo normal (presion), PI, en la interface material granularlsubrasante esta dada por la siguiente ecuacion: p

p, J[

(5.8)

(r+ h tanup

Despejando h: h

tanu

(F)

(5.9)

Para prevenir la falla de la subrasante se debe cumplir que: (5.10)


139)

~ Tabla de contenido Donde: m: coeficiente de movilizacion de capacidad portante. Con 10 que se obtiene: h

(5.11)

Empiricamente el metodo relaciona el angulo inicial de distribucion de carga, Uh a traves de un espesor de material granular sobre un suelo blando, como se muestra a continuacion:

tana,

~ "no, 1{a."4

=

tana.o

I,

+ 0.204 {.48 CBR"..

L

\

0.1 1

CBR SM

)]

(5.12)

EI angu lo de distribucion de carga decrece conforme aumenta el nlimero de repeticiones de carga. Este fenomeno fue medido en laboratorio por medio de pruebas de placa dinamicas Gabr (200 1), por 10 que 1/tanu es una funcion lineal de log N: 1+klogN (5.13)

tanu Donde: k:

Constante que depende del espesor de material granular y el refuerzo

u: Angu lo de distribucion de carga cuando el nlimero de repeticiones de carga es N Ul:

Angu lo de distribucion de carga cuando el nlimero de repeticiones es uno (1).

Finalmente y basados en ensayos de campo y laboratorio se obtiene que el espesor de material granular, h, es:

P

0.868 + [0.661 - , .006 .)2) h ~

1 to.204

3.4~.CB~B~1_U_

1 _~____-' "L?~______

l]

- '- [, - O.ge- (fJ'

t.

_l ,

~J
(5 .1 4)

Donde: h[ml:

Espesor de la capa de material granular requerido. 5e recomienda como minimo un espesor deO.1m.

J Im-N/o):

Modulo de rigidez torsional del geosintetico.

N,

Nlimero de repeticiones de carga.

P IkN I:

Carga por rueda kN, 2P es igual a la ca rga del eje.

r im):

Radio del area de contacto de la lIanta.

CBR SR [%1: CBR"..I%):

CBR de la subrasante.

s[mm):

CBR del material granu lar. Ahuellamiento permitido, es un crite rio de serviciabilidad que general mente se encuentra entre 25-100mm. Un criterio de falla de 75mm se ha usado ampliamente para esta aplicacion. Para bajos vollimenes de trafico (AASHTO 1993) considera ahuellamientos permitidos entre 13-75mm.

140)


AHUELLAMIENTO

,.....

,.. MOVIMIENTO VERTICAL

<

==>

I

MOVIMIENTO LATERAL COMPRESION

Figura 5.8 Ahuellamiento via no pavimentada f,:

Factor igual a 7Smm

fe:

Factor igual a 30kPa

Nc:

Factor de capacidad portante. Nc=3. 14 y J=O en el caso sin refuerzo, Nc=S.14 para el refuerzo con geotextiles y Nc=S.71 en el caso de geomallas biaxiales coextru idas.

5.6 EJEMPLO DE DISENO Para la construccion de una via en la Sabana de Bogota y dadas la s pobres condiciones de soporte de la subrasante natural, los diseliadores han contemplado la estabilizacion meciinica del suelo de soporte. EI (BR promedio y definido como de diselio es de 1.5%. La estructura se diseliara para soportar un triifico de diselio de 1.Sx106 ejes equivalentes de 8.20Ton. EI material disponible para el reemplazo consiste en un material granular tipo subbase granular que, considerando que se apoyarii sobre un suelo blando, se estima que el (BR sea", 30% (Valor menor al registrado en laboratorio y que tiene en cuenta las dificultades de compactacion sobre un suelo blando). Para la eva luacion del espesor necesario para estabilizar la subrasante y que permita la construccion de las capas de pavimento se debe estimar el numero de repeticiones de carga que esta soportara, asumiendo que circu laran alrededor de 660 vehiculos de 3 ejes durante la construccion de la via, se estima un numero de repeticiones (N) '" 2000. La presion de inflado de los vehiculos es de 80psi (SSOkPaj. Se realizara la estimacion del espesor requerido en las sigu ientes condiciones: Sin refuerzo. (on geotextil de refuerzo. (on geomalla biaxial de refuerzo. Datos de entrada: J:

Seasume como 0 en el caso sin refuerzo y con geotextil; 0.65 para geomalla P-BX12 (Ver Apendice A)

N: 2000

P: 40kN (Eje de 80kN ) r:

Radio del iirea de contacto de la lIanta.


141 )

~

Tabla de contenido

De acuerdo con la ecuacio n (5.3) t ene mos:

,

Jn40550

= 0. 15m

CB~ = 30%

CBR SII = 1.5%

La relacio n de modulos, segu n la ecuacio n (5.7), se estima como:

ESR

CBR SII

3.483oru

6.43

1.5

En este caso se adopta un RE = 5.0 (Minimo entre RE calculado y 5.0) s:

Se asume un valo r de 40mm.

fs:

75mm

fc:

30kPa

Nc: Nc = 3.1 4 en el caso sin refu e rzo, Nc = 5.1 4 para el refuerzo con geotextiles y Nc = 5.7 1 e n e l caso de geomallas biaxiales coextruidas. Condicion sin re fuerzo (J = 0 Y Nc = 3.14): Reemplazando e n la ecuacio n (5.1 4) y por medio de un proceso iterative te nemos para un h = 0.5m:

h

~

0.868 + (0.661 - 1.006 .0' ) 1 + i204 (5.0 - 1)

(

)+

0.15 0)99 000

1

-

;:--

40 nO.15 2 -"""",,- - - - 1 .15

;~ ~ - 0.ge - M-)' j .1 4 30 1.5

h = 0.5S m

Tabla 5.4 calculo del espesor de material granular requerido, caso sin refuerzo h asumido (m)

h calculado (m)

0.50

0.55

0.55

0.57

0.57

0.57

Para fines constructi vos se aproxima a 0.6m.

142)

Tabla de contenido

~

Condici6n can geotexti l de refuerzo (J = 0 Y Nc = 5. 14): Reemplaza ndo e n la ecuaci6 n (5.14) y por medio de un proceso iterative tenemos para un h = 0.5m:

0.868 + (0.661 - 1.006 .0' )

(

O~~gft~oo

h~ --~------~--~~-------

1 + i 204 (5.0 - 1)

.15

1

Tabla 5.5 Calcu lo del espesor de material granular requerido, caso ca n geotexti l

h asumido (m)

h calculado (m)

0.50

0.41

0.41

0.40

0.40

0.40

Cond ic i6n can geomalla biaxial coextruida (J.,., 0 Y Nc = 5.71): En este caso, se utiliza rii una geo malla biaxia l coextruida P-BX 12 con una rigidez to rsio nal 0 estabi lidad de abertura de 0.65m-N/o, con una eticie ncia en los nodos;;" 90%. Reemplazando e n la ecuacion (5.14) y por medio de un proceso iterative tenemos para un h = O.4m:

, h~

0.868 + (0.661 - 1.006' 0.651 ) ( ______ ________ ~

1+ {lO4 (S.O - 1)

d~ j~ _____

~~

1

40 1 _--,~_-,,·~O~.l~S~'_____ _ 1 .1 5

;~ ~ - 0.ge- (W)

}71

30 1.5

Tabla 5.6 Calcu lo del espesor de material granu lar requerido, caso con geomalla h a sumido (m)

h calcu lado (m)

0.40

0.29

0.29

0.25

0.25

0.23

0.23

0.23

Para fa cilidad constru cti va se aproxima a 0.25m. En el caso de l refuerzo con geoma llas es necesari o ad icio nalme nte la inclusio n de un geotexti l de separacio n po r debajo de la geomalla que evite la contaminacion de l material granular seleccio nado. De acuerdo con la metodologfa propuesta en el Capftul o 4 de l presente manual se escoge un geo textil no t ejido refe rencia NT18oo.


143)

~

Tabla de contenido

Tabla 5.7 Calculo del ahorro de material frente a una secci6n s in refuerzo

Condicion

Espesor calculado (m)

Espesor constructivo

Ahorro*

(m)

Sin geosintetico de refuerzo

0.57

0.60

Reforzado con geotextil TR3000

0.40

0.40

33%

0.23

0.2S

58%

Reforzado con geomalla P-BX 12

y geotextil de separacion NT 1800 'Ahorroesti~o

f""'tea la .",ciOn no reforzada.

EI ahorro en material granular en e l caso de las estructuras reforzadas con geosinteticos, presenta un beneficio economico tangible respecto a la estructura convencional sin refuerzo, y un beneficio en e l impacto ambiental a l minimizar las excavaciones y en general los movimientos de tierra.

5.7 CONCLUSIONES La metodologia de diserio desarrollada por Giroud y Han (2004) presentada en este capitulo es basada en un desarrollo teorico, ca librada en campo por medio de pruebas de ru eda cargada (Wheel Load Test) y ensayos de laboratorio mediante ensayos de placa dinamicos, en secciones con y sin refuerzo, todas construidas sobre suelos blandos. Este metodo ha permitido predecir apropiadamente e l desemperio de vias no pavimentadas, con y sin refuerzo en estudios recientes. Par 10 anterior este metodo permitira a los ingenieros de vias estimar adecuadamente e l espesor de material granular requerid o para soporta r trafico en vias no pavimentadas. vias de acceso temporales, plataformas de trabajo, etc.

BIBLIOGRAFIA 1. U.s. ARMY CORPS OF ENGINEERS, USE OF GEOGRID IN PAVEMENT CONSTRUCTION, Technical Letter No. 111 01- l B99, 2003. 2. Giraud, J.P. and Noiray, L. (19B1) "Geotextile-reinforced unpaved road des ign: Journal of Geotec hnica l Eng ineering, ASCE, 107, 1233-12S4. 3. Giraud, J.P. and Han, J. (2004) "Design Met hod for Geogrid-Reinforced Unpaved Roads·, Journal of Geotechn ical Engineering, ASCE, 77S, 77S-786. 4. Giraud, J.P. and Han, J. (2004) "Design Met hod for Geogrid-Re inforced Unpaved Roads·, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 77S, 787-797.

144)

MANUAL Y SOFTWARl: DE DISFNO

Geosoft® PAV'cO

CAP[TULO

REFUERZO EN VfAS

GEOMALLAS BIAXIALES COEXTRUIDAS CO N

Vol.er al in dice

~

146)

Tabla de contenido


6. ' GENERALIDADES Los pavimentos flexibles se caracterizan por ser sistemas multicapa, los cuales estiin disenados para absorber y disipar los esfuerzos generados por el triifico, por 10 general estas estructuras poseen capas de mejor calidad cerca de la superficie donde las tensiones son mayores. Tradicionalmente un pavimento flexible trabaja distribuyendo la ca rga aplicada hasta que lIegue a un nivel aceptable para la subrasante. Este tipo de pavimentos 10 conforman una capa bituminosa apoyada sobre una capa de base que puede ser piedra partida, grava bien gradada

0

materiales

estabilizados (con cementos, ca l 0 asfalto) y una de subbase con material de menor calidad. Una de las variables que influyen directamente en la vida util de los pavimentos, es el triifico vehicu lar, si este no es estimado adecuadamente, se someterii el pavimento a mayores repeticiones de cidos de carga . Estas sobrecargas, actuan sobre la capa de rodadura, generando fisuracion por fatiga del material bituminoso. Esta fisuracion promueve la intrusion de agua a la estructura del pavimento, 10 cual se traduce en una menor capacidad de soporte de los materiales granulares, produciendo una perdida progresiva de las propiedades meciinicas de estos y por ende un deterioro de la estructura. Las Geomallas coextruidas Biaxiales son empleadas como una solucion para el mejoramiento de suelos de soporte y capas granulares. Estas geomallas proporcionan un confinamiento lateral en el suelo aumentando la resistencia a la tension de estos.

6.2 INTRODUCCION Existen diferentes metodologias de diseno para pavimentos flexibles induyendo metodos empiricos, metodos limitando la fuerza de corte, metodos limitando la deflexion, metodos regresivos y metodos mecanicos - empiricos. EI metodo AA5HTO es un metodo de regresion basado en resultados empiricos obtenidos por la AA5HTO Road Test en los anos SO. La metodologia AA5 HTO version 1993 para pavimentos flexibles es la metodologia empleada como punto de partida para el desarrollo de la inclusion de geomallas coextruidas como refuerzo de los materiales granulares. Esta metodologia ha side modificada para explicar la contribucion estructural de las geomallas biaxiales coextruidas.

Carpeta Ast61 tica

Base Granular

Subbase Granular

Subrasan te

Figura 6.1 Seccion tfpica de estructuras de pavimento asf;lltico con y sin Geomalla.

CAPtruLO 6: REFUERZO EN VIAS CON GEOMALLAS BIAXIALES COEXTRUloAS

147)

~ Tabla de contenido La modificacion del metodo de la AA5HTO empleando geomallas biaxiales coextruidas para refuerzo de pavimentos flexibles, se realiz6 con base en ensayos de laboratorio y verificaciones en campo a escala real. Los datos recolectados fueron analizados y con base a ellos se desarrollo una metodologia aplicable a geomallas de alto modulo de tension y caracterizadas por su capacidad de trabazon con los agregados yalta resistencia en sus nodos.

6.3 MECANISMOS DE REFUERZO GENERADOS POR LAS GEOMALLAS A traves de multiples investigaciones (Giroud y Noray, 198 1; Giroud et al. 1985; Berg et ai, 2000), se ha encontrado que los 3 mecanismos principales de refuerzo que proporciona una geomalla biaxial son los siguientes: 6.3. 1 Confinamie nto late ral de la base a subbase EI confinamiento lateral de los materiales granulares (Base

0

Subbase) se logra a traves de la friecion y trabazon de la

geomalla con el agregado. Esto se presenta debido a que los modulos de los materiales g ranulares dependen del estado de esfuerzos, al aumentar el confinamiento late ral. aumenta el modulo de la capa granular sobre la geomalla.

Figura 6.2 Confinamiento Lateral generado por la geomalla en un material granular.

6.3.2 Mejo ram iento de la capacidad portante EI mejoramiento de la capacidad portante se logra desplazando la superficie de falla del sistema de la subrasante blanda hacia la capa granular de mucha mas resistencia. Este mecanisme tiende a tener mayor validez en vias sin pavimentar 0 cuando el estado de esfuerzos sobre la subrasante es alto.

Figura 6.3 Mejoramiento de la Capacidad Portante al emplear una Geomalla de Refuerzo.

148)


6.3.3 Membrana tensionada EI efecto de membrana tensionada se origina con la propiedad por la cual un material flexible elongado, al adoptar una forma curva por efecto de la carga, el esfuerzo normal sobre su cara concava es mayor que el esfuerzo sobre la cara convexa, 10 cual se traduce en que bajo la aplicacion de carga el esfuerzo vertical transmitido por la geoma lla hacia la subrasante es menor que el esfuerzo vertical transmitido hacia la geomalla. Sin embargo, este mecanisme solo ocurre a niveles de deformacion demasiados altos como los que ocurren en vias sin pavimentar despues de un numero de repeticiones de carga elevado. De acuerdo con 10 ante rior, el mecanisme de mayor importancia para las estructuras viales es el confinamiento lateral de los materiales granulares, mediante el cual se alcanzarian 4 beneficios principales: • Restriccion del desplazamiento lateral de los agregados de la base a subbase La colocacion de una 0 varias capas de la geomalla dentro 0 en el fondo de la capa de base permite la interaccion par cortante entre el agregado y la geomalla. A medida que la base trata de desplazarse lateralmente, la carga por cortante es transmitida desde los ag regados hacia la geomalla generando tension en esta. La alta rigidez de la geomalla actua para retardar el desarrollo de la deformacion par tension en el material adyacente a esta, situacion que se generara constantemente en la zona donde se encuentra un diferencial de tipos de estructura. Una deformacion lateral mas pequeiia de la base

0

subbase se traduce en menor deformacion vertica l de la

superficie de la via. Aumento del confinamiento y de la resistencia de la base a subbase en la vecindad del refuerzo Se espera un incremento en la rigidez de la capa granular cuando se desarrolla una adecuada interaccion entre esta y la geomalla. Un aumento en el modulo de la base resultaria tam bien en menores deformaciones vertica les dina micas recuperables de la superficie de la via, implicando una reduccion en la fatiga del pavimento. • Mejoramiento en la distribuci6n de esfuerzos sobre la subrasante En sistemas estratificados, un aumento en el modulo de los granu lares resulta en una distribucion de esfuerzos verticales mas amplia sobre la subrasante. En terminos genera les, el esfuerzo ve rtica l sobre la subbase

0

subrasante

directamente por debajo de la geomalla debe disminuir a medida que aumenta la rigidez de la base. Esto se refleja en una deformacion superficial menor y mas uniforme. • Reducci6n del esfuerzo y deformaci6n por corte sabre la subrasante La disminucion de la deformacion por corte transmitida desde la base 0 subbase hacia la subrasante a medida que el cortante de la base transmite las cargas tensionales hacia el refuerzo, genera un estado de esfuerzos menos severo que lIeva a una menor deformacion vertical de la subrasante.

6.4 METODO AAS HTO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES EI metodo AASHTO para pavimentos flexibles, se basa en la capacidad estructural de un conjunto de capas de espesores y ca lidades determinadas, expresado en el Numero Estructural, SN, el cua l es un valor abstracto que expresa la resistencia que requiere un pavimento construido sobre una subrasante con un modulo

M~.


149)

~

Tabla de contenido

La ecuacion utilizada para el diseiio, derivada de la info rmacion obtenida empiricamente por la AASHTO Road Test en 1972, con algunas moditicaciones luego de investigaciones adicionales, es la sigu iente:

I 09'~ 4~P~' 5 LOgl~Wl l =

ZMSo

+ 9.36Log 10 (SN + 1) - 0.20 +

]

+ 2.32 10g 1aMR- 8.07 (6. 1)

1094

0.40+

(SN

+ 1)5.1Q

Donde:

SN

Nlimero Estructural requerido

w..

Nlimero de aplicaciones de carga de 80 KN (8.2 Ton)

Z,

Desviacion estandar normal

S.

Error estandar combinado de la prediccion de transite y de la prediccion de comportamiento

APSI

Diferencia entre el indice de servicio inicial (pi) y el tinal (pf)

M,

Modulo Resiliente (psi)

EI nlimero estructural requerido se convierte en los espesores reales de concreto asfaltico, base y subbase multiplicado cada uno, por los coeticientes de capa respectivos representando el esfuerzo relativo de los materiales de construccion y la capacidad de drenaje. La ecuacion de d iseiio usada es la sigu iente:

SN

(6.2)

Donde:

"

Coeticiente correspondiente a la capa i (l /Pulg) Espesor correspond iente a la capa i (Pu lg) Coeticiente de drenaje de la capa i

Los subindices 1, 2 Y3 se retieren a la capa de concreto asfaltico, base y subbase (si esta aplica), respectivamente. Los coeticientes de capa son basados en el modulo de elasticidad del suelo MR y son determinados con base en calcu los de esfuerzosy deformaciones en un sistema de pavimento multicapa.

;::: - - - Corpe to Asf6lt ica: 0 •. 0,

01- - Base Gra nular: a" 0" m,

Subbase Granular: 0

3.

0 3• m!

Subrasonle

Figura 6A Secci6n de la estructura con sus respectivos coeficientes de capa.

150)


6.4.1 Coeficiente de la capa al La contribucio n estructural de un material de relle no para la resistencia de un pavime nto, esta representado por el adecuado coefi ciente de capa, el cual mide el esfuerzo relati ve del material e n construccio n. De acuerdo con la ecuacio n (6.2) el disenado r necesita seleccio nar valo res sign ificati vos para los coeficientes de las ca pas a), al y a] de asfalto, base y subbase e n la seccion de pavimento a disenarse. En la Tabla 6.1 se dan los valo res tipicos de la contribucion estructural de los mate riales de relleno. Las regulaciones locales 0 priicticas estiindar puede n suge rir fa ctores supe rio res para los materiales a utiliza rse. Tabla 6.1 Rango de va lores reco mendados (1/pu l) para los coeficientes a ), a u a], para diferentes materiales

Material

Rango a) [1/pu lg)

CBR

"

Capa de asfalto

> 100

0.40 - 0.44

Base asfiiltica

> 100

0.30 - 0.40

Piedra picada de dureza alta

80- 100

"

Base granular

Piedra picada de dureza media

60-80

Bien gradado

Grava de rio

40-70

Mezcla de a rena y grava

20 - 50

"

Subbase granula r

Arena limpia

10 - 30

0. 14 0. 10-0.14

0. 13 0. 12 0. 11

0.06-0.10

6.4.2 Coefic iente de drenaje ml EI metodo AASHTO asume que la resiste ncia de la subrasa nte y la base se mantendran en fo rma constante sobre el diseno de la vida util del pavimento. Para que esta suposicio n sea correcta, la estructura del pavimento debe te ner un sistema de drenaje adecuado. EI ni vel de drenaje para un pavimento flexible es cuantificado por medio del uso de los coefi cientes modificados de cada capa que confo rma la estructura del pavime nto. Por eje mplo un alto coeficiente de drenaje en una capa, se usaria para mejo rar las condiciones de drenaje. EI fa cto r para modificar el coeficiente de drenaje es referido como mi y es integrado al nume ro estructural (SN) como se muestra en la ecuacio n [6.2). EI posible efecto de drenaje e n la supe rficie de la capa del concreto asfiilti co no es considerado. Tabla 6.2 Condiciones de drenaje

Calidad de drenaje

Evacuacion del agua

Excelente

2 horas

Bueno

1 dia

Justo

1 semana

Oeficiente

1 mes

Muy deficiente

No se presentarii descarga

La Tabla 6.3 presenta los va lores recomendados para ml e n funcio n de la calidad de drenaje y del porcentaje del tie mpo e n el ano en el cualla estructura de pavime nto estarii expuesta a un ni vel de humedad.

CAPtruLO 6: REFUERZO EN VIAS CON GEOMALLAS 81AXIALES COEXTRUloAS

151 )

~

Tabla de contenido

Tabla 6.3 Valores de coeficiente de drenaje ml recomendados

Porcentaje de tiempo en que la estructura de pavimento esta expuesta a niveles de humedad acercandose a saturacion

Calidad de drenaje

Menosde 1%

Entre 1 - 5%

Entre 5 - 25%

Mayor de 25%

Excelente

1.40-135

1.35 -130

130 - 1.20

1.2

Bueno

1.35 -1.25

1.25 - 1.15

1.15-1.00

1.0

Justo

1.25 - 1.1 5

1.15 - 1.05

1.00 - 0.80

0.8

Deficiente

1.15 - 1.05

1.05 -0.80

0.80 - 0.60

a.•

Muy deficiente

1.05 - 0.95

0.95 -0.75

0.75-0.40

0.4

65 ENSAYO A ESCALA REAL DE UNA ESTRUCTURA REFORZADA CON GEOMALLA BIAX IAL COEXTRU iDA Las conclusiones y los resultados empiricos fueron obten idos durante el analisis de una estru ctura de pavimento con secciones reforzadas y no reforzadas, utilizadas para realizar e l ensayo de pavimento a escala real. Las va riables que se estudiaron fueron las siguientes: Resistencia de la subrasante (CBR), espesor de las capas granulares, Resistencia a la tension de la Geomalla de Refuerzo, numero de ejes equivalentes (E5AL). Para verificar la capacidad de refuerzo de la geomalla en la base, se construyo una via con una seccion de 210 m aplicando procesos de labo rat orio para poder obtener datos confiables y reprodu cibles para mediciones "in situ" y para realizar la comparacion entre secciones reforzadas y no reforzadas. La via es similar a un semi-ovalo que tiene secciones rectilineas de 36 y 20 m de long itud y curvas con un radio de 17m como se muestra en la Figura 6.5.

•

1/ ~''''?o!''--''--'' .. ''' ........ :' I\..~)".>~

1M~

r+ ~,,

ir--t-

~

•

66.00m

............................ _............ - ..

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CBR3% "'mm

H\~l § e+r-;-• r-'-

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••

~

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+++++ . .

0

3

f+-

1-7-

CBR3% "'mm

g•

"'mm

. .....

..... j . j / /

' .00

•

36.00m

•

Figura 6.5 Vista de planta de la secci6n tfpica de la via utilizada en el ensayo para analizar el comportamiento de las Geomallas. EI borde extrema de las curvas fueron realzadas ligeramente dando un efecto de "parabola" para facilitar el paso de los vehiculos en las curvas evitando la desaceleracion.

152)


Para analiza r va rias condiciones, se tomaro n difere ntes va lo res de eBR en la subrasante (1%, 3% Y8%). Las dime nsio nes de las capas de refue rzo fuero n de 2.2 m por 4.6 m para dejar 0.20 m de traslapo a 10 largo de la via en el eje central y 0.30 m de traslapo a 10 ancho de la seccio n de la via entre capas de refuerzo adyacentes. Mas de 56 secciones diferentes fuero n instaladas con y sin refuerzo, te nie ndo dife rentes valo res de resistencia en la subrasa nte, y espesores de base. Para la seccio n tipica de la via se excav6 una za nja donde se coloco una subrasante de espesor 0.7 m y eBR de 1%,3% y 8%. Posteriorme nte, se coloco la geomalla y por ultimo se relle no con espesores entre 0.3 m y 0.5 m con gra va seleccio nada y debidamente compactada. Para la capa de concreto asfalti co se mantu vo un espesorconstante de 7.5 mm a los la rgo de toda la seccio n de la vra. Las ca rgas fueron ap licadas por un ve hiculo que transitaba e n un solo sentido. EI ve hiculo segura un camino definid o po r las lineas centrales demarcadas e n la carpeta asfaltica, de esta fo rma se garantizaba que las lIantas circularan siempre por el mismo lugar. EI vehiculo utilizado e n el ensayo, fu e un camio n estiindar con eje Tandem en la parte trasera y un eje sencillo en la

parte delante ra. Los ejes fuero n cargados con 90 kN y 45 kN respecti va mente. EI camio n mantenia una velocidad constante de 20kmlh a 10 largo de su tra yec to, de esta forma cada vuelta e ra completada cada 60 seg undos aproximadamente.

Concreto Asl61tico Geomolio

r il

Figura 6.6 Vista en corte de la seccion tfpica de la via del ensayo. Las conclusio nes o bte nidas e n el e nsayo de las seccio nes reforzadas y no refo rzadas, fueron realizadas a traves de graficos (en funcio n de la resistencia del suelo de la subra sante, numero de ciclos y coefi cie nte de las capas) estos graficos permite n a los Ingenie ros diseliar correctamente, estructuras de pavime nto flexibl e utiliza ndo refuerzo con geomallas coextruidas. Los datos empiricos conseguidos se puede n ap licar exclusiva mente a los tipos de geoma lla biaxiales coextruidas aqui especificadas: Geomallas PAveo P-BX (geomallas rigidas con va lores de esfuerzo y mod ulo de resistencia altas, ca racterizadas por una excelente capacidad de efecto "inte rlock") Los tipos de geomalla considerados han side d ivididos e n dos clases basimdose en los valo res de su resistencia a la tensio n: Tipo A, con un valo r de resistencia a la tensio n de 19 KN/ m Tipo B, con un valo r de resistencia a la te nsio n de 29 KN /m


153)

~

Tabla de contenido

En la siguiente tabla se listan las diferentes clases de geomalla PAveD de acuerdo a los tipos A YB, Tabla 6.4 Tipos de geomallas PAveD considerados para e l refuerzo de vias en pavimentos flexibles

TipoA

Tipo B

Esfuerzo a la tension de

Esfuerzo a la tension de

19 KN/m

29 KN/m

P-BX1 1

P-BX12

En la Figura 6.7 se especitican las curvas de iso-deformaciones las cuales muestran e l incremento en la vida util de servicio de la via con una estructura reforzada. Por medio de esta griitica se evalua e l aumento de la vida util de disefio (en terminos del incremento del numero de pasadas) a l instalarse una geoma lla PAveD como refuerzo en la seccion de la via.

1000000

,,

.

···

·

..·

100000

,,

·· ·

.

.

..

,,

·

,,

,,,

,,

..

·

.

..

.

:r:

110

10000

···

~

"

,

.

, _

· ,,

1000

_

·

_

••

..

Type B (29kN/m) REINFORCED@ 12.5 rrm 1M Type A (l9kN/m) REINFORCED @12.SnmRvl Type B (:m:N/m) REINFORCED @6.25rrmRut Type A (l9kN/m) Ri3NFORCED @6.25rrrnRvl

UNRflNFORCED@12SrrrnlM

-e-- UNRSNfOf/[email protected] 100

0

2

3

4 CBR

1"1

5

6

7

,

Figura 6.7 CBR Vs. Numero de cidos en secciones No reforzadas y reforzadas con Geomallas.

En la Figura 6.8 se listan las curvas de Traffic Im provement Rat io (mejoramiento de l indice de triitico) provenientes de las geomallas PAveD determinadas anterio rmente en la Figura 6.7 EI TIF (Traffic Im provement Ratio) es la proporcion de numero de ciclos de carga, en secciones reforzadas y no reforzadas ap licados en e l fondo de la via. EI TIF para periodos de servicio largos, aumenta de forma considerable los valores de eBR y numeros estructura les bajos.

154)

Tabla de contenido

~

1,'

__ Type B (29 kN/m) @125 mmRut

1,7

\

:;: 1,' 0

~

•• :w•

" = ! ••

1,'

I~

-e- Type A (19 kN/m)@ 12.5 fTUl1 Rut

"'\..

1,_

" '-

u 1,3 >

~

1,2 1,1

o

2

3

"

5

6

7

8

9

10

11

12 13 14

15 16 17 18

CBR (%] Figura 6.8 LCR Vs. CBR para dos profundidad es de ahuellamie nto.

La siguiente seccion contiene la metodologia de disefio paso a paso para la estimacion del numero estructural reque rid o y e l diseno de la estru ct ura usando las ecuaciones del metodo AASHTO para pavimentos f1exibles, y

la introduccion del Layer Coefficient Ratio -LCR-(Relaci6n del coeficiente de capa), de la geomalla biaxial, el cual cuantifica la contribucion estructura l de la geomalla a la estructura de pavimento.

6,6 METODO AAS HTO PARA DISENO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES REFORZADOS CON GEOMALLAS COEXTRU iDAS PAVCO La contribucion estructural de una geomalla Paveo en un sistema de pavimento flexible puede cuantificarse con e l incremento al esfuerzo del coeficiente de la capa de la base de la via . Por 10 anterior, la ecuacion (6.2) se convierte a hora en:

SN

(63)

Donde LCR tiene un valo r superi o r a uno. Este valor es determinado basiindose en los resultados de labo ratorio y en pruebas de campo en sistemas de pavimentos f1 exibles con y sin utilizacion de las geoma llas, como se describe en la ecuacion (6.4). EI SNr (numero estructu ra l de la seccion reforzada) y SN" (numero estructura l de la seccion no reforzada) fueron evaluados bajo condiciones de pavimento iguales, por ejemplo igual profundidad de la base, igual valo r de CBR en subrasante, igual profundidad de a hue llam iento (Rut), pero utilizando diferentes periodos de vida de servicio como se muestra en la Figura 6.7. SN, - SN" LCR

+1

(6.4)

Basiindose en la ecuacion se puede calcula r e l va lor de LCR el cual se obtuvo de los ensayos rea lizados a la seccion tipica de la via. En la Figura 6.9 se presenta e l LCR basado en los ensayos de pavimentos empiricos para la estructura sin refuerzo y reforzada con Geomallas de 19 KN/m y 29 KN / m de resistencia a la tension.


155)

~

Tabla de contenido

EI va lo r de LCR oscila entre 1.3 a 1.7 depend iendo basicame nte de l valo r de CBR de la subrasante y los ESALs para una profundidad de ahuellamie nto de la carpeta asfa ltica (R ut) de 12,5 mm. Como se ind ica en la Figura 6.8 la contribucio n estructural de la geoma lla de refu e rzo es casi constante cuando e l valo r de CBR de la subrasa nte es superio r a 3% mientras que para va lores de CBR entre 1% y 3% la contribucio n estructural de la geoma lla es significati va me nte mas a lta. La reduccio n e n espesor de la base puede ser evaluada con e l uso de una geomalla mediante la ecuacio n (6.5), asumiendo que no existe una capa de subbase. (6.S)

D,

Se puede reducir e l espesor de la capa de asfalto mediante la ecuacio n, (6.6)

D,

" Usando e l grafico de d iseiio de la Figura 6.8 es posible calcular e l espesor de 0 1 de la base en una via reforzada en pavime ntos flexibl es. Oe acuerdo a los valo res (0), a), On an

mu de una seccio n no reforzada es posible dete rmina r

e l SN (numero estructural) para una seccion refo rzada conside rand o que e l CBR de la subrasante es propo rcio nal a l valo r de LCR dado la grafica de d iseiio. Posterio rme nte utilizando la ecuacion (6.5) puede dete rminarse e l espesor 0 1 (A ho rro relati vo en costos) para un refuerzo de via en pavime ntos flexibl es.

6.7 EJEMPLO DE DISENO Para la construccion de la via Acacias - Pue rto Lleras e ntre e l tramo K2 + 3S0 y K3

+ 600, los ingenie ros consulto res del

proyecto e laboraron e l siguiente diseiio de la estructura de pavime nto, con base e n los datos recolectados en elluga r. La estructura recome ndada para la construccion de la via e n el tramo me ncio nado es la sigu iente.

Carpeta Asf6ltiea:

7.00 em

a )" 0.40 - - Bose Granular:

20.00 em 0.16 m 2= 1.00

0 2"

Subbase Granular:

50.00 em 03" 0.11 m3= 1.00

Subrosonte

CBR " 2%

N " 600.000

156)


Debido a que existe alta demanda de los materiales de construccion en la zona del proyecto, ala fecha pactada para la ejecucion del proyecto, no ha y disponibilidad de la cantidad de material requerido para la construccion de la via, por 10 que se requiere de alguna solucion t~knica y economicamente viable con la cua l se disminuya la cantidad de material procedente de canteras con el fin de reducir el espesor total de la estructura, sin alterar el desempeiio y ca lidad de la via. Como solucion se plantea la posibilidad de emplear geomalla biaxial coextruida para obtener estas disminuciones. 1. Calculo del numero estructural segun metodologia AA5HTO de la estructura inicial entregada por los diseiiadores del proyecto. Utilizando la ecuacion (6.2) y con los va lores dados en el enunciado, se obtiene el numero estructural de la estructura original

0

sin refuerzo. Los espesores de cada capa deben manejarse en pulgadas.

5N 5N 5N

0.40 x 2.76 +0.16x7.S7 x 1.00+0. 11 x 19.69x 1.00 4.53

2. Calcu lo de la estructura sustituyendo la base granular. Una vez calcu lado el numero estructural inicial. se realiza una sustitucion de la base granular por subbase granular, determinando espesores equivalentes obten iendo el mismo va lor numerico del numero estructura l inicial. Este nuevo espesor se denomina DJ'.

5N 5N

4.53

4.53

aID) + aJDJ'mJ 0.40 x 2.76 + 0. 11 xD J' x1.00

OJ

4.53 - 0.40 x 2.76

OJ OJ

31.1 5 pulg

0.11 x 1.00 79.11 cm '" SO.OO cm

3. Calcu lo del nuevo espesor de la capa de subbase con refuerzo. Empleando una geomalla P-BX11 de 19 KN/m (Tipo A), para una subrasante con CBR

=

2%, se obtiene de la Figura

6.S un valor de LCR 0 coeficiente de aporte de la geomalla a la capa granular de la estructura de: LCR

1.39

Para incluir el aporte de la geoma lla dentro de la estructura de pavimento y obtener una disminucion de espesor, se debe mantener constante a traves de los ciilcu los realizados el valor inicial del numero estructural.

5N, 5N,

5N 4.53

A continuacion se realiza el calculo del nuevo espesor de la capa granular con el refuerzo incluido como parte integral de la estructura segun la ecuacion (6.3).


157)

~ Tabla de contenido SN,

aID) + a] LCR D]ml

D"

5N, -a)D) a] LCR ml

D"

4.53 - 0.40 x 2.76 0.11 x 1.39 x 1.00 22.41 pulg '" 57 cm

4. Calculo del aparte estructural de la capa reforzada. Una vez hallado el nuevo espesor de la capa granular, por la utilizacion de la geomalia, se calcu la el numero estructural de la misma.

5. Calcula de nuevas espesares de base y subbase granular. Como la estructura seguirii manteniendo la misma conformacion de materiales de base y subbase, se deben calcular los nuevos espesores de dichas capas en funcion del numero estructural de la capa de subbase obtenido en el paso anterior y con sus coeficientes de capa respectivos. SN~

al x D:/< x ml + a] x D},x ml

2.47

0.1 6 x D:/
X

D1r x 1.00

Debido a que se tienen dos incognitas y una sola ecuacion, se debe realizar un proceso de ite racion para obtener unos espesores de capa razonables para la estructura. Para el espesor de la base granular no se recomienda que este va lor se encuentre por debajo de los 15 cm

0

6 pulgadas. Para la solucion del problema, se deja constante el

espesor de la base granular, que para este caso se emplea el espesor minima recomendado de 15 cm y se despeja de la ecuacion el espesor de la subbase granular. SN~

al x D:/
D" D"

6pulg=1 5.00cm 13.73 pulg '" 35.00 cm

6. Ve rificacion del aparte estructural can los nuevas espesares de capa de material granular e inclusion de geamalla. Para que la estructura sea constructivamente viable, los espesores calcu lados por 10 general son modificados para facilitar su proceso constructi vo. Es por eso que se debe verificar que la variacion de estos no altere el desempelio de la estructu ra, por 10 que el numero estructural de las capas granulares con respecto al paso 4, debe ser en 10 posible iguales. 0. 16 x 5.90 x 1.00 + 0. 11 x 13.78 = 2.46 Y2.47 O.K

158)


7. Analisis de la disminuci6n de espesor debido a la inclusi6n de la geoma lla biaxial.

B.G. 20cm

B.G.

Geomalta P-BX 11

S.B.G.5Ocm

Espesor de la estructura reducido Base granular:

Scm

Subbase g ranular:

1Scm

Espesor to tal re ducido de la estructura:

20cm

Segu n e l eje mplo anterior, las geoma llas coextrufdas funcio nan como material de re fuerzo, en este caso su aporte a la estructura genera una re duccia n en los espesores de material granular. EI inge nie ro diseiiador debe te ner en cuenta todas las posibilidades de diseiio que se puedan ge nerar con la inclusiOn del refue rzo y escoger la mas viable tanto econa mica como constructi va me nte posible, en e l caso mostrado se redujero n los espesores de material granular. Pa ra cualquie ra de los casos de estudio, se deben realizar los calculos te nie ndo en cue nta la experiencia de l inge niero, sin dejar a un lade e l estudio y conocimiento de los materiales que se emplea ran para la construccia n de la estructura.

BIBLIOGRAFIA 1. U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, USE OF GEOGRID IN PAVEMENT CONSTRUCTION, Technica l Lette r No. 111 01-1899,2003. 2. Giro ud, J.P. and Noiray, L. (1981) "Geotextile-re info rced unpa ved road design: Jo urna l of Geotechnical Engineering, ASCE, 107, 1233-1254.


159)

~

160)

Tabla de contenido

MANUAL Y SOFTWARE DE OlSEN0

Geosoft® PAveo

CAPfTULO

REFUERZO DE

ESTR UCTU RAS DE PAVIMENTO CON NEOWEB® Volvo, .1 indice

~

162)

Tabla de contenido


7.' GENERALIDADES La tecnologia Neoweb· , Neoloy'" es un sistema de continamiento celula r el cua l mediante la inclusion de material granular dentro de celdas de dimensiones especiticas, garantiza una mejora en los modulos de las capas, 10 que permite la optimizacion en los espesores de materiales granu lares. EI sistema mejora el modulo de la capa, creando una losa semirigida

0

viga en la cual se distribuyen las ca rgas en un

area mas g rande, disminuyendo asi los esfuerzos sobre la subbase y/o la sub-rasante, 10 que permite la reduccion de los asentamientos totales y diferenciales incrementando la vida util de la estructu ra de pavimento. La durabilidad y estabilidad dimensional son factores criticos para mantener el desempelio desde el punto de vista de ingen ieria a largo plazo de la estructura de pavimento. Las celdas de continamiento celula r como material de construccion, estan especiticamente diseliadas para mantener la estabilidad dimensional, geometria y desempelio ingenieril a largo plazo.

Neoweb", Neoloy'" insta lado directamente bajo la capa de asfalto es sometido a cientos

de miles de repeticiones de cargas diniimicas ciclicas, de las cuales la mayor parte ocu rren bajo elevadas temperaturas y ciclos termicos, por tanto resulta fundamental que el material sea capaz de soportar los mayores esfuerzos que son presentados bajo la carpeta asfaltica. Neoweb" se compone de avanzadas aleaciones de polimeros (Neoloy") que hacen al sistema de continamiento celular rigido, fl exible y durable. En particular, las aleaciones patentadas del sistema Neoweb permiten garantizar la estabilidad dimensional a largo plazo por: a) creep, b) fatiga, c) tisuras, d) oxidacion, e) temperaturas extremas, f) exposiciones a rayos UV. Ademiis, Neoweb no es degradable y es resistente a altas temperaturas, a la intemperie y a la accion del agua, que puede afectar al concreto hidriiulico, al ace ro y a las soluciones convencionales de madera. Las ca racteristicas y el desempelio del Neoloy· han side validadas por TAl (Texas Research International), division de geosinteticos.

7.2 MECANISMOS DE REFUERZO DE LA NEOWEB La utilizacion de un sistema de continamiento celula r como Neoweb, tiene diferentes efectos sobre el comportamiento de cualqu ier material granular, que a su vez redundan en mejoramiento del comportam iento de la s estructuras y por tanto en la posibilidad de reducir la utilizacion de materiales no renovables en la construccion de vias urbanas, peatonales, ferreas y de alto transito. Un detalle de la Neoweb aparece en la Figura 7.1.

Figura 7.1 Neoweb, Sistema de Confinamiento Celular

Uno de los mecanismos como la Neoweb actua como elemento de refuerzo, es la generacion de una cohesion aparente producto de la resistencia pasiva generada por el continamiento entre cada una de las celdas que se traduce en un incremento del esfuerzo secundario. De acue rdo con Han (2009) Esto se observa mas fiicilmente en el Circulo de Mohr, teniendo en cuenta la moditicacion en los esfuerzos normales al material granu lar. CAPITULO 7: REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE PAvtMENTO CON NEOWEB

163)


0 1-0 3

.~

03

Q

•~

reinforced

~LJ .

q,

••

~~;~----

• -.-

03

.... soil

'" effect

,, , ,

isolation

of

on

60 3

0,

°3+h.°3

0, Normal stress

Figura 7.2 Distribuci6n de esfuerzos en sistema Neoweb Otro efecto impo rtante de la Neoweb dentro del comportamiento de una estructura de pavimento es el efecto de redistribucion de la carga, al generarse un confinamiento del material granular, inmediatamente se genera un incremento en el modulo y rigidez del conjunto, generando una "Viga geottknica: es decir, una viga semirigida que abso rbe el esfuerzo y disminuye la tasa de asentamientos, debido a que la carga aplicada en un area puntual se distribuye en un area mayor. De acuerdo con Han, dicha el area de distribucion de la carga puede incrementarse hasta en tres veces en la condicion reforzada que en la cond icion inicial de un material sin refuerzo, tal como se observa en la Figura 7.3. La redistribucion de la carga se traduce en incremento de la capacidad portante y en la reduccion de asentamientos totales y diferenciales en cualquier estructura de pavimento.

3B

I'

I·

,

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""" ":;:::.p --- --------------- --

'I ~~ -,

Cover

Subgade

Figura 7.3 Exploring Geocell Technologyfor Roadway Basement. Jie Han (2009) La resistencia pasiva generada por la inte raccion entre celdas continuas, inmediatamente genera un efecto de modificacion en la geometria de la superficie de falla, la cua l debido a la restriccion lateral del movimiento del suelo granular, es objeto de una profundizacion favorable al comportamiento de la estructura granular. En la Figura 7.4 aparece un detalle del mecanisme de modificacion de la superficie de falla gracias al efecto de la Neoweb en el confinamiento del material granular.

164)


__ I

en tres

Superfic ie de fatla mas p rofunda

$uperficie de folia tipica en suelo sin refuerzo

Refuerzo Neoweb

Figura 7 A Profundizaci6n de la superficie de falta AI analizar comparativa me nte el comportamie nto de una estructura reforzada con Neoweb contra una estructura no reforzada mediante un modele de elementos finitos, teniendo e n cue nta la difere ncia de ri gideces de los materiales granula res es posible observa r las ve ntajas en el comportamiento de la estructura refo rzada.

,

,

Ejede carga

Ejede carga Refuerzo del sistema con Neoweb·

-, 0.2 - 0.35

~, o

_........

""

oro

,,

w Di,tril>uciOn de ... ruerms

1.5· 2.5w

,,

-

A..,,,.mier>to ""'''';0 1

SIN REFUERZO

NEOWE8 REFORZAOO

Figura 7.5 Esquema de esfuerzos y deformaciones para la estructura con y sin refuerzo La estructura sin refuerzo, presenta una concentracio n de esfu erzos justo bajo la carga de la rueda, transmitie ndo un esfuerzo puntual que puede generar una superficie de falla local y con mayo r fa cilidad la ru ptura del mate rial, po r el contrario, e n el caso refo rzado la distribucio n de esfuerzos se da e n un area entre 1.5 y 2 veces el area de distribucio n e n la estructura sin refuerzo, permitie ndo aplica r una ma yo r carga antes de generar la fa lla en el suelo de fundaci o n, esto es por tanto, un incre mento en la capacidad po rtante.

CAPITULO 7: REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE PAvtMENTO CON NEOWEB

165)

~ Tabla de contenido Teniendo en cuenta un cambio en la distribucion del esfuerzo, es logico que se genere un cambio en la distribucion de la tasa de ase ntamientos en profundidad bajo la estructura granular reforzada. Cuando se tiene un material granu lar dentro de un mecanisme de confinamiento como la Neoweb, el asentamiento esperado puede lIegar a ser 0.2

0

0.3 veces el asentamiento inmediato esperado en el caso de una estructura granular no reforzada, debido a

la redistribucion del esfuerzo generado por el efecto de viga semirigida producido por el incremento en la rigidez y modulo del material granu lar cuando se encuentra en cond icion de confinamiento.

7.3 METODOLOGiA DE DISENO La metodologia para diseiio de pavimentos con Neoweb, esta basada en una serie de investigaciones lIevadas a cabo por importantes instituciones a ni vel mundial, algunas de las cua les se referencian a continuacion: University of Kansas TRI (Texas Resea rch Institute) University of Delaware TU Claus thai (Aleman ia) Columbia University Tsukuba Science City Koac - NPC (Holanda) Iowa Department of Transportation Russ ian Ra il way Research Institue EI diseiio tiene en cuenta el metodo mecanicista, en el cual se analiza el comportamiento de la estructura en terminos de esfuerzos y deformaciones, incluyendo el aporte de la Neoweb como una modificacion en los modulos de trabajo dentro del modele de analisis. Una de las premisas del diseiio, contempla que para el lIenado de la Neoweb unicamente podra usarse material granu lar, tal como arena, grava, subbase granular, base granular, RAP. entre otros. 7.3. 1 Metoda raciana l para diseiia de pavimentas La metodologia de diseiio racional de pavimentos, se basa en el analisis de los esfuerzos y deformaciones en d iferentes capas de la estructura de pavimento, buscando definir con base en el comportamiento resiliente de los materiales, el maximo valor admisible para aplicacion de la carga correspondiente a un eje de carga. Los metodos racionales

0

mecanisistas, describen el funcionamiento del sistema en el cual, la presion ejercida por

una rueda que puede ser muy alta para ser soportada por el suelo natural; la estructu ra del pavimento reparte la ca rga para lIevaria 10 mas reducida posible a la Subrasante que es la fundacion del pavimento; entonces la solucion al problema consiste en determinar a una profundidad z que cantidad de esfuerzo se ha d isipado. Los modelos multicapas bajo condiciones de frontera propuestos por Westergaard, Palmer, Barber y Odemark entre otros, se basan en el modele inicial de Boussinesq, segun la cual el esfuerzo vertica l a cualquier profundidad puede ser determinado como: 0,

166)

+

(zl a)l

(1 + (zl l al))lIl

)


Donde, 0,: Esfuerzo ve rtica l a cua lquie r profundidad q: Presion de la sobrecarga a: Radio de carga de la hue lla circu lar Pero asi como una falla funcional depende de la capacidad de la estructura de disipar los esfuerzos a profundidad, es posible tambien encontrar una falla estructural en la s capas que conforman la estructura de pavimento debido a las cargas repetitivas. Los materiales de las capas de la estructura de pavimento se consideran homogeneos, isotropicos y horizontalmente infinitos, que se incluyen dentro de un sistema linea lmente e lastico, caracterizado por las sigu ientes va riables: Modu los Elasticos (E) Relacion de Poisson (u) Espesores de capa (h) En e l metodo racional resulta fundamental apoyarse en ensayos de labo ratorio y correlaciones que permitan determinar e l comportamiento de cada material en terminos de numero de ejes para un esfuerzo y/o una deformacion aplicada, obten idos mediante el modele e lastico. Los criterios que se revisan usualmente estan a nivel de la carpeta asfaltica y la capa de subrasante, pero pueden variar de acuerdo con la normatividad de cada pais, caracteristicas de los proyectos y materiales, asi como el criterio del disenador. En la Figura 7.6, se observa un anal isis orientado a chequear la deformacion horizontal en la fibra inferior de la capa asfaltica y la deformacion vertica l a nivel de subrasante.

30

111 1

________________

Ct

~==~.~

__

~C~A~PA~AS=F~A::~ICA {EcA. ~CA) CAPAS GRANULARES ( ECG· ~CG )

SUBRASANTE ( ESR. ~SR ) Figura 7.6 Modelo de analisis racional de pavimentos


167)

~ Tabla de contenido Como se describe a continuacion, el aniilisis de estructuras de pavimento con Neoweb se basa en la inclusion de modulos modificados en un anii lisis convenciona l por el metodo racional de pavimentos. 7.3.2 Mod ificacio n de modulos can Neoweb Como se describio al inicio del presente capitulo, Neoweb genera un efecto de confinamiento del material granular que se traduce en un incremento del modulo de elasticidad de los materiales, por tanto, afectando el modele mecanicista para el amlli sis de la estructura de pavimento. EI efecto del modulo sobre el comportamiento del material, se produce tanto en el range eliistico como en el range pliistico del material, generando un incremento en la relacion esfuerzo deformacion, traducida en vida util de la estructura de pavimento. En la Figura 7.7 aparece un esquema del aporte del sistema Neoweb al comportamiento del material granular.

Granular Reforzodo can Neoweb

Esfuerzo

Sose Granular No Reforzada

Deformacion Elastico

PI6stico

Figura 7.7 Esquema de esfuerzos ydeformaciones para la estructura con y sin refuerzo Es posible entonces inferir, que aun usando un material granular de caracteristicas geomeciinicas pobres, al reforza rlo mediante un sistema de confinamiento celular, se obtiene un conjunto de comportamiento superio r al de un material granu lar seleccionado, ambos bajo condiciones de compactacion. La relacion entre el modulo de un material g ranu lar confinado con Neoweb y un material granular no confinado se conoce como MIF (Modulus Im provement Factor) 0 Factorde Mejoramiento de Modu los.

MIF

168)

(7. 1)


Diferentes investigaciones se han lIevado a cabo a nivel mundial, tanto en ensayos de laborato rio como en pistas de prueba y proyectos reales. con el objeto de determinar el MtF para diferentes condiciones de material de lIenado de las celdas y condiciones de confinamiento de las mismas. En general, el proceso de determinacion del MtF se basa en el aniilisis del comportamiento esfuerzo deformacion de una estructura de pavimento. A diferencia de una estructura convencional, en una estructura reforzada con Neoweb no se conoce el modulo de elasticidad de una de las capas (Figu ra 7.8), en este caso el modulo de la capa confinada dentro de las celdas.

;:-- - Corpeto Asf6ttic o: hi' E U , " - - Capo reforzodo can Neoweb: E?

Figura 7.8 Esquema de esfuerzos y deformaciones para ta estructura con y sin refuerzo Donde:

h.

Espesor de la capa n

E.

Modulo de elasticidad de la capa n Relacion de Poisson de la capa n

A pesar de no conocer algunas variables dentro del modelo, es posible conocer la reaccion del suelo subyacente en terminos de esfuerzo y deformacion ante la aplicacion de cualquie r carga mediante la utilizacion de geosensores (Figura 7.9), celdas de carga

0

cualquier elemento de monitoreo que permita la medicion de cambios en el estado

de esfuerzos.

Figura 7.9 Geosensor para medicion de esfuerzos EI MtF es un valo r adimensional, y sus va lores estiin asociados a la s caracterfsticas del material granular, as! como el tipo de material sobre el que se apoye el material confinado. EI estado ideal del diselio implica la determinacion

CAPITULO 7: REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE PAvtMENTO CON NEOWE8

169)

~

Tabla de contenido

del MIF para cada caso teniendo en cuenta tramos reales de prueba en campo, no obstante, una serie de investigaciones lIevadas a cabo en los ultimos 15 allos en diferentes Institutos y Universidades a nivel mundial, permitio establecer pautas para la determinacion de los modulos modificados. EI MIF va ria como se indica a continuac ion:

=

A menor modulo del material de lIeno

Mayor es e l MIF

=

Entre mayor sea e l modulo del material de soporte

Mayor es e l MIF

EI MIF varia entre 0 y un va lor maximo limite de 5 Material de lIeno Tipo Granular

/ Es

r~

NEOWEB Refuea:o

Material de Soporte

Figu ra 7.10 Capas donde actua el MIF

Algunos valo res del MIF tipicos obten idos en multiples ensayos de laboratorio y de campo a 10 largo de las in vestigaciones lIevadas a cabo en la ultima decada aparecen en la Tabla 7. 1, teniendo en cuenta materiales granulares convencionales tanto de lIenado como de soporte. Tabla 7.1 Va lores tipicos del MIF

Capa de 50porte

Modulo del material de lIeno = E _ (MPa)

'-. (MPa)

.0

110

150

200

300

50

4.0

3.6

3.0

2.5

1..

100

4.2

3 .•

3.2

2 .•

2.0

150

4.5

4.0

3.4

2.9

2.1

200

4 .•

4.2

3.6

3.1

2.2

300

5.0

4.4

3 .•

3.3

2.3

Los va lores de la Tabla 7. 1, pueden g rafi carse en funcion del modulo del material de lIenado, generando un abaco que indica los modulos modificados de trabajo para e l ana li sis de la estructura de pavimento.

170)

Tabla de contenido

'00

~

Neoweb Improved Modulus IMPa)

.. '00

-Support 50M Pa '00

.

'00

'00

-

Su pport 150MPa

-

Support 300MPa

•ro

Unreinforced Infill Modulus EN (M Pa)

.00

, ro

"

..,

.00

'"

'"

Figura 7.11 Abaco de mOdulos modificados de acuerdo con el MIF

La investigacion lIevada a cabo muestra ademiis la distribucion del confinam iento del material granular, el cual aplica dependiendo de la altura de la celda y tiene limites establecidos, esto se refleja en el porcentaje del valor del MIF que

aplica dentro de la distribucion de los modulos. Las mediciones han permitido establecer tres zonas de distribucion del confinamiento en terminos del MIF (Figura 7. 12), estableciendo una zona centralia cual tiene un efecto total de confinamiento

0

un 100% de ap licacion del MIF, mientras que tanto en la parte superior como inferio r de la Neoweb

se genera una zona de transicion donde e l confinamiento es parcial y disminuye paulatinamente hasta que el MIF tiene un va lor cero, que indica que no hay efecto de confinamiento. 0% Mlf

100'% Mlf

Mif

1--------------------------------------------

_-

COflfinamlento Parcial

---------------------------------------------~~-------------...

_.

NEOWEB

lOfla tolalmenle confinada

---------------------------------------------~~~- ------------Confinamienlo Parcial Profundidad Figura 7.12 Distribucion del conlinamiento en la zona reforzada La zona de transicion del MIF actua como un e lemento amortiguador, que permite que e l material de alto modulo (material reforzado con Neoweb) interactue f,kilmente con materiales blandos

0

de modulos bajos sin efectos ne-

gativos por interaccion de capas de gran rigidez.

CAPITULO 7: REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO CON NEOWEB

171)

~ Tabla de contenido Para efectos de diseiio la zo na parcialme nte confinada no es tenida en cue nta, y el MIF unicamente se hace efectivo para la zo na denominada como Zona Totalmente Confinada, la cual corresponde a la altura de la celda (10015Dmm ) miis 2cm arriba y 2cm debajo de la Neoweb, tal como se o bserva e n la Figura 7.1 3

100% MIF

0% MIF

MIF

---------------------------------------------

---- ------ ----------------- ------ --------::----

, ------~-------------Zona Superior

~-

NEOWEB

:::::-- --;~ Zona Neoweb '"

Totolmente

lOO - lSOrnm

Confinada

Prafundidad

Figura 7.13 Distribucion del confinamiento en la zona reforzada Esto significa que dentro de la estructura de pavime nto, la capa de nominada como total mente confinada estarii sujeta a una mod ificacio n del mod ulo por un valo r que correspo ndeal MIF.

,

, Modulo no reforzado

MIF

-

, Modulo reforzado mejorado

En el diseiio con Neoweb, deberiin seguirse los criterios establecidos en el diseiio racio nal de pavime ntos, pero incluyendo los modulos modificados por efectos del confinamiento granular. 7.3.3 Criterios de supervivencia del material Una de las eta pas del diseiio consiste en ve rifica r que el material del cual se confo rman las celdas de confinamiento cumplan con algunas propiedades fisicas y meciinicas que permitan un compo rtamiento a largo plazo. Es decir que si la celda se defo rma durante alguna etapa del proceso, bien sea por efectos de cambios de te mperatura

0

po r el

some timiento a ciclos de carga y descarga, el efecto del confinamiento se perderii y po r tanto la vida util de la via unicame nte estarii limitada a la vida util de la celda. A continuacio n, se resumen algunos va lores estiindar minimos a partir de los cuales se desa rrollaron las investigaciones sobre la me todologfa de diseiio y que correspo nden a los criterios de supervivencia del mate rial que hacen parte del d iseiio. Si los crite rios de supervive ncia no se cumplen, pie rde va lidez la modificacio n de los modulos para el diseiio.

172)


L...-...I

Criterio 1: Comportamiento a l esfuerzo y deformacion a largo plazo

Algunos materiales sometidos a cargas ciclicas son objeto de una deformacion plastica a largo plazo

0

creep, en el

caso de sistemas de confinam iento celular, este comportamiento resulta critico si se tiene en cuenta que e l control de las deformaciones 10 proporciona la celda. EI ensayo se realiza mediante un cicio de deformacion a largo plazo a traves de la inclusion de ca lor en el material para recrear el comportamiento en el tiempo (ASTM D6652) De este ensayo se concluye, que e l material debe garantizar que las propiedades de resistencia a la tension de las costillas y uniones de las celdas debe ser el mismo en la etapa de construccion que al final de la vida util del proyecto. Esto implica que e l material de fabricacion tiene una garantia similar al menos a la vida util del proyecto.

1....-.....

Criterio 2: Coeficiente de expansion termica

EI coeficiente de expansion termica del material, garantiza que las celda s no sufriran cambios importantes por efecto de cambios en la temperatura, mas aun cuando se trabajan cerca de la carpeta asfaltica

0

en zonas de climas agre-

sivos con ciclos de temperatura va riable. Para la determinacion del CTE se utiliza un ensayo de analisis termo mecanico (ASTM E831) Y se considera como valor limite para el uso en sistemas de confinamiento celular, de 70 a 100 ppm/D(.

"------'

Criterio 3: Comportamiento a temperaturas elevadas

Uno de los escenarios criticos para el comportamiento de la celda, obedece a temperaturas elevadas tanto en la operacion como en e l almacenamiento, siendo especial mente critico en el caso de areas tropicales y/o de veranos ca lidos. AI superarse un determinado limite de temperatura, se observa que e l material pierde propiedades de resistencia y rigidez que afectan el confinamiento y por tanto e l modulo de trabajo en la metodologia de diselio. EI ensayo para determinar dicho comportamiento se conoce como Analisis Dinamico Mecanico (DMA), y basicamente revisa el comportam iento viscoelastico de los polimeros (ASTM E2254), determinando e l modulo de e lasticidad remanente para diferentes temperaturas. EI va lor minima establecido como estandar para garantizar la vida util de un polimero estii en funcion de los modulos remanentes para diferentes temperaturas. Tabla 7.2 Valores minimos ensayo DMA

Temperatura (OC)

Modulo Remanente (MPa)

30

750

45

650

60

SSO

75

300


173)


""";"...1

Criterio 4: Resistencia a la Oxidacion

Este para metro resulta importante para el comportamiento de la Neoweb puesto que evalua la capacidad del sistema para resistir ante la presencia de agentes quimicos y agentes e rosivos que pueden afectar la durabilidad en el largo plazo de la integridad de la celda. La resistencia a la oxidacion se determina mediante un ensayo denominado Calo rimetria Diferencial (DSq (ASTMD 389S) Y en el cual se determina el tiempo de induccion a la oxidacion, conocido como OIT. EI valor minima de OIT para el polimero que conforma las celdas debera ser de g5min.

""";"...1

Criterio 5: Resistencia a la Degradacion UV

Un minima de resistencia a la degradacion por la radiacion ultravioleta del 501debe garantizarse en este tipo de materiales, especialmente en vias temporales 0 bien, en aquellas construcciones donde el tiempo de exposicion a la luz solar supere las 2 horas. que corresponde a la mayoria de obras. esto con el fin de evitar cristalizacion del polimero

y por tanto perdida de las propiedades del material. EI comportamiento de cualquier material a los efectos de la Radiacion UV se mide mediante el ensayo ASTM 5885, que determina un tiempo en minutos hasta que se alcanza un umbral de degradacion. EI valor minima de un sistema de confinamiento celular sera de 250m in. 7.3.4 Procedimiento de diseno EI disefio de estructuras de pavimento reforzadas con Neoweb esta basado en el metodo racional de pavimentos del numeral 7.3.1 Paso 1. Diseno Inicial de la estructura de pavimento Para hacer la compa racion de los disefios sin y con refuerzo, se debe conocer el disefio inicial de la estructura de pavimento. La estructura puede ser disefiada por la metodologia que estime conveniente. Sin embargo, para obtener una alternativa comparable se requiere conocer los parametros necesarios para realizar la modelacion en un programa de disefio racional. (por ej. CEDEM), para obtener los criterios de fatiga , ahuellamiento y deflexion de la estructura de pavimento. Dichos parametros son: 1. Trafico de disefio, eje de carga de referencia y periodo de disefio. 2. Espesor de las capas, caracteristicas de los materiales (modulo elastico) y relacion de Poisson de cada uno de los materiales que conforman las capas de la estructura. 3. CBR 0 Cu, relacion de Poisson, modulo resiliente del suelo de subrasante. En este caso, se supone que para el disefio de la estructura de pavimento convenciona l se han definido las cond iciones de drenaje de la via, se ha calcu lado el trafico de disefio de acuerdo a las condiciones reales del proyecto, se han definido las propiedades de los materiales que conforman la estructura de acuerdo con las especificaciones de construccion vigentes y se han realizado todos los ensayos necesarios para ca racterizar el suelo de subrasante. Con los datos anteriormente mencionados se hace la modelacion de la estructura tradicional en el programa de disefio racional y se calculan los esfuerzos y las deformaciones de las diferentes capas:

174)


Criterio de Deflexion: Para las capas de materiales bituminosos tal como concreto asfaltico, grava asfiiltica, etc, se verifica la deformacion a traccion en la fibra inferior de la capa. Criterio de Ahuellamiento: Para la capa de subrasante se verifica el miiximo esfuerzo vertical aplicado. Tambien se puede verificar la deformacion por traccion sobre la capa de subrasante. Criterio de Deflexion: Se verifica la maxima deflexion admisible de acuerdo con el trafico proyectado. EI diserio ha side elaborado previamente por cualquier metodologia, por 10 tanto, si se desea realizar la verificacion de los datos por la metodologia racional, los va lores de esfuerzo y deformacion calcu lados (que arroja el programa) se comparan con los va lores admisibles correspondientes, que en todos los casos del diserio inicial deben cumplir con los admisibles. Definicion de variables: Modulo de la capa i (Kg/cml) Espesor de la capa i (m) Relacion de Poisson de la capa i Deformacion a traccion (m/m)

"

Deformacion vertical (m/m) Esfuerzo de compresion (kg/cm2J

0,

Paso 2. Alternativa con Neoweb y modificaci6n de m6dulos EI primer paso para el diserio es plantear una alternativa con Neoweb, esto teniendo en cuenta algunas pautas: EI material de lIenado de la Neoweb podra ser cualquier tipo de material granu lar. Se entiende que si los modulos van a ser incrementados, puede pensarse en reducir el espesor de algunas capas. Una vez planteada una alternativa con Neoweb, se determina el MIF y se hace el ciilcu lo de los modulos modificados en las capas que aplique. Paso 3. Diserio par metoda racional Posteriormente, se procede a modelar la alternativa planteada de estructura reducida en el programa de diserio racional (CEDEM, EVERSTRESS, DEPAV, entre otros) y se tiene en cuenta los criterios de Ahuellamiento, Deflexion y Fatiga para determinar el triifico admisible

0

ve rificar que se cumple con los valores minimos de acuerdo con la

alternativa tradicional diseriada. Paso 4. Ajuste de espesores Teniendo en cuenta los resultados de comportamiento de la estructura modificada propuesta, podra pensarse en la reduccion

0

ampliacion de los espesores propuestos para lIegar a resultados economica y tecnicamente mas ajusta-

dos, por tanto, el diserio de alternativas como en cualquier estructura de pavimento se ajusta continuamente para Ilegar a las opciones mas adecuadas.

7.4 EJEMPLO DE DISENO Para la construccion de la via Yopal Aguazul, en el tramo KD

+ 000 y K3 + 000, los ingenie ros consultores del pro-

yecto elaboraron el siguiente diserio de la estructura de pavimento, con base en la informacion geotecnica del sitio.


175)

~ Tabla de contenido La estructura recomendada para la construccion de la via en el tramo mencionado es la sigu iente.

Carpeta Asf6lfiea:

18.00 em M,= 1448MPa

35.0 em

Base Granular:

M 2= 207MPa

- - Subbase Granular:

40.0 em M3= 105MPa

CBR = 3.5%

Subrasante

EI triifico esperado es de un total de 10'039.780 ejes equivalentes de 8.2kN en el periodo y carril de diseno, para un periodo de diseno de 15 anos, triifico importante debido al crecimiento de sectores industriales en el sector. EI CBR de la subrasante segun la explo racion del subsuelo es de 3.5% y corresponde a una arcilla arenosa de moderadas caracteristicas geomeciinicas. Debido a que existe alta demanda de los materiales de construccion en la zona del proyecto, a la fecha pactada para la ejecucion del proyecto, no ha y disponibilidad de la cantidad de material requerido para la construccion de la via, por 10 que se requie re de al9una solucion tecnica y economicamente viable con la cual se disminuya la cantidad de material procedente de canteras con el fin de reducir el espesor total de la estructura, sin alterar el desempeno y ca lidad de la via. Como solucion se plantea la posibilidad de emplear Neoweb para obtener estas disminuciones, especialmente en el concreto asfiiltico cuyo costo dispara el presupuesto final para la via. La Relacion de Poisson de cada uno de los materiales involucrados en el diseno aparece a continuacion: Capa

u;

Concreto asfiiltico

0.35

Base Granular

0.40

Subbase Granular

0.40

Subrasante

0.45

1. Para el aniilisis de la estructura de pavimento, es necesario determinar el modulo de resiliencia de la subrasante, el cual se puede obtener a partir del CBR de la subrasante.

176)

Tabla de contenido

~

Es posible relacionar e l modulo de la subrasante en MPa con e l CBR como se indica a continuacion. E,,(MPa)

(7.2)

10.35 CBR,g

=

Por tanto, 10.35 (3.5)

E"

=

36.2 MPa

2. EI primer paso para la defin icion de las a lternativas es la modelacion de la estructura de pavimento mediante un software de anii lisis racional de pavimentos, en este caso e l CEDEM.

~ C[D(M C \Documents and Solllngii\camorcno\Mls documcnllll\Ca . ~ 15Il'EJ

Nlimero de Capas Radio de la Carga (a) Presion de Contact<> (q ) Thslancla entre EJes de Uantas (D)

(":ll,:a N°

E 1 l\ IP:a 1

O[ [

, [Oi08

[mJ

~[MP'J

f303 [mJ Hlm 1 Li;:o4a. / N. li;ili

,

207

f035l""~ fOAf035~

105

fOAfOA~

•

36.2

fO:45

1448 2

Calc""" .. 1me
5

,


177)


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+ CfDEM C'ID!lCumenls and SclllnvkamoreNl\MB dllCumenlos\Ca

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0.820)

·167(£·6

0.5598

·236.CH

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249.(£.0

0.1132

10.18

·236.(£-6

0.0048

10.53

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238.CE-6

·1(2.CE-6

0 ...

I 0.93

·11 2.CE ii

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1053

SIll'" "", 185.CE-6

0"'"

11193

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211CE-6

011188

10.1))

I 0.18

I

Z

[MPa 1

01132

0.0271

5

6

Den",xMu

,I

55.23

[mm/ IOO 1

I

189.71

I mI

R.... ,lio ,Ie CIU'V:ltlU';I :

Se revisan los va lores esperados para los puntos criticos en la estructura de pavimento.

O.93m

Criterio

Valor

Unidad

Valor

Ahuellamiento

Deformacion ve rtical a ni vel de subrasante

m/ m

243E-6

Fatiga

Deformacion ho rizontal en la fibra inferior de la carpeta asfiiltica

m/ m

236E-6

3. Se propone una alternativa con Neoweb, a partir de la cual se obtienen los modulos modificados de trabajo. Se plantea la utilizacion de un material granular de sitio denominado 'crudo de rfo para eillenado de la estructura W

con Neoweb con un modulo de l OOMPa, siguiendo el estiindar de que unicamente puede usarse cua lquier tipo de material que clasifique como granular, ubicando dicha capa bajo la estructura asfiiltica siendo la posicion donde se logran los mejores resultados economicos en la medida en que se reemplaza la capa de base granular.

178)


Carpeta Asf6ltiea:

IS.0em E,= 144BMPa

Granu lar de sitio IS.Oem reforzado eon Neoweb E2 =Por Definir

Subbase Granular:

60.0 em E:,= Por Definir

Subrasante

CBR

=3.5%

La Neoweb escogida tiene 12Smm de altura, con un tamaiio de la celda abierta de 210mm x 2S0mm, siendo la que permite mejores condiciones de compactacion del material granu lar. EI sigu iente paso entonces consiste en la determinacion de los modulos modificados con base en el concepto del MIF explicado en el numeral 7.3.2 del presente capitulo. Capa granular de sitio reforzado con Neoweb De acuerdo con la Tabla 7.1 , teniendo en cuenta que el material de soporte es una Subbase Granular con E=1 0SMPa, y el material de lIenado Granu lar de sitio con E=1 00MPa, se tiene un MIF de 3.8, el cual aplica para la zona total-

mente confinada, con 10 cual se determina el modulo modificado. (H1)(MIF)(E) + (H;z)(E) H

(7.3)

Donde, Espesor de la zona totalmente confinada Espesor de la zona no confinada Modu lo de resiliencia del material de lIenado Espesortota l de la capa

H, tiene un va lo r de 14.Scm, resultado de la suma de la altura de la celda (12.5cm) y 2cm adiciona les de acuerdo con la Grafica 7.13. Hz en este caso corresponde al espesor de capa restante que no se encuentra confinado, es decir 3.Scm, ten iendo en cuenta que el espesor total de la capa es 1Bcm. EI modulo del material de lIenado, corresponde al material escogido como material de lIenado, es decir Granular de Sitio (1OOMPa).


179)

~

Tabla de contenido

AI despejar en la Ecuacion 7.3 se tiene: (14.5)(3.8)( 100) + (3.5)(100)

327MPa

18

Este sera e l modulo que se trabaje en las modelaciones para esta capa.

Capa Subbase Granular De acuerdo con la Grafica 7.13, los 2cm subyacentes a la Neoweb tambien estan bajo e l efecto del confinamiento, por tanto, la capa de Subbase Granular sufre una modificacion en e l modulo. Aplicando la ecuacion 7.3 se tiene: (2)(3.8)( 105) + (58)(105)

109MPa

60

Este sera e l modulo de trabajo para la modelacion mediante modelos mecanicistas.

4. Modelacion de la estructura con las nuevas caracterfsticas mediante e l softwa re CEDEM.

~ C£D£Y C. \Docume nts and St!ltinr.s\camorcnoWls d#cumcnto5\Ca . ~1QI~ Dal05

I

Informac,6n M to Estructura R..uJl6do.

NUmero de Capas

Ramo de la Carga (a) . Pres,,!n de Contaclo (q ) Thstancia entre EJes de Uantas (D)

Cal,a N°

I ",-IPa

J

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1448

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2

327

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109

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• , 5

180)

E

1

362

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Elinnarc-..

Tabla de contenido

.- ,-

~ (lOU" (-\Dllcument. and Selling:;;\camllrenll\Mi! dllcumcnllls\Ca

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Data. ]lnforrnac.on d. la Estructura

C .. ,.... N°

Z

Resultados

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•

I 0.00 10'15 ro:15 I 0.33 I 0.33 I 0.93 I 0.93

E,.silon Z

[ N.Pllj 0.9749

281 CE-6 -226.CE-6

.(13722

-226.CE-6

~0082

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1

Sigm. . T

E,.silo n T

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-179.CE-6

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SigU'l." Z [ MPo. j

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475CE-6

0.1591

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242CE-6

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I

171 44

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-2'\ CE-6

~

5

, DeOe-.d 6u

R.,.li o ,Ie CIUv.ltm
Los va lores obtenidos para los para metros crfti cos son

Criterio

Valor

Unidad

Va lor

Ahuellamiento

Deformaci6n vertical a nivel de subrasante

m/m

242E-6

Fatiga

Deformaci6n horizontal en la fibra inferior de la carpeta asfiiltica

mlm

226E-6

Los anteriores va lo res permiten establecer e l trafico mfnimo esperado, de acuerdo con las Ecuaciones 7.4 y 7.5. Ahue llam iento,

1.077 x 1O'!

yo \.~; \~)

22 ' 002.52 1

(7.4)

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(7.5)

Fatiga, 10gNf

15.947-3.29 110g

~_ _:\ ~~ )

-0.854 10g

1

\1 0

)

11 5 '433.742

De 10 anter ior se deduce que la estru ctura cumple con los requerimientos del trafico esperado. Ad icionalmente, se hace un comparat ivo entre los va lores de la estructura refo rzada con Neoweb y la estructura trad iciona l en te rminos de deformaciones miiximas.


181 )

~

Tabla de contenido

Criterio

Unidad

Estructura Tradicional

Estructura con Neoweb

Ahuellamiento

m/m

243E-6

242E-6

Fatiga

m/m

236E-6

226E-6

5e tiene un mejor comportamiento para la estructura reforzada con Neoweb. 5. Debe ve rifi carse que e l material de las celdas cumpla con los requerimientos mfnimos de durabilidad y resistencia para garantizar e l confinamiento a largo plazo, cheq ueando los criterios de supervivencia. Para esto se debe contar con las especificaciones tecnicas del material de conformacion y de la Neoweb escogida (Ve r Apendice A).

Criterio

2

3

4 5

Minimo segun Norma

Descripcion Comportamiento esfuerzo y defor-

Vida util proyecto

macion a largo plazo (A5TM (6652)

(15 anos)

Coeficiente de expansion termica CTE (A5TM E831)

Valor Ficha Tecnica (Apendice A)

Valoracion

Garantfa 75 anos

Cum pie

<95

Cum pie

< 100 ppm!<>( Temp

Modu lo

Comportamiento a temperaturas

30

750

30

>750

elevadas DMA (A5TM E2254)

45

650

45

>650

60

550

60

>550

Resistencia a la Oxidacion D5C

Temp

g5min

(ASTMD 3895) Resistencia a la Degradacion UV

~

~

250min

(ASTM 5885)

Modulo Cum pie

125min

Cum pie

1250min

Cum pie

Por tanto, se confirma que e l polimero de las celdas de la Neoweb cum pie con la s propiedades minimas establecidas para la aplicacion de la metodologfa de diselio.

7.5 RE LACION BENEFICIO caSTO A partir del Ejemplo del numeral 7.4, se realiza un analisis economico de alternativas para determinar cual resulta mas favorable para el proyecto.

Descripcion

Unidad

Precio Unitario (USD)

Solucion con Neoweb

Solucion Tradicional Cantidad

Total (USD)

Cantidad

Total (USD)

Excavacion mecanica

m'

8.5

0.93

7.9 1

0.93

7.91

Concreto Asfaltico

m'

305.0

0.18

54.90

0.15

45.75

Base Granular

m'

49.0

0.35

17.15

Subbase Granu lar

m'

33.0

0.40

13.20

0.60

19.80

Granular de sitio

m'

10.5

0.18

1.89

Neoweb H=125mm

m'

15.0

1.00

15.00

Total

90.35

Total

93.16

De acuerdo con el anal isis comparativo de las alternativas propuestas, la alternativa con Neoweb resulta mas economica y por tanto se escoge para e l desarrollo del proyecto.

182)

Tabla de contenido

~

BIBLIOGRAFIA Geocell Reinforced Research (Han J., et a i, University of Kansas, USA). 2008 - 2012 Po khare l, S.K., Han, J., Manandhar,

c.,

Yang, X.M., Leshchinsky, D., Halahmi, I., and Parsons, R.L. (20 11). Ac-

celerated Pavement Testing of Geoce ll-Reinforced Unpaved Roads over Weak Subgrade. Accepted for Journal of Transportation Research Board, the 10th Internationa l Conference on Low-Volume Roads. July 24-27, Lake Buena Vista, Florida, USA. Bearing Capacity Improvement in Road Constructions (Meyer, N., et a i, Claustha l University, Germany). 200S - 201 O. Geog ridTria l Road Base (Van Gurp, Westeral, KOAC-NPC institute, Holland). 2008. Contribution to Pavement Reinforcement (Rajagopal, et ai, Indian Institute of Technology, Madras, Ind ia and Kief, PRS-Israel). 2008 Earth Retention - Seismic Research (Leshchinsky, D., et at. University of Delaware, USA), 2009


183)

~

184)

Tabla de contenido

MANUAL V SOFTWARE

DE OISENO

Geosoft® PAVeo

CAPfTULO

PAVIMENTACION ~

REPAVIMENTACION CON GEOSINTETICOS Volver al indice

~

186)

Tabla de contenido


Uno de los campos de aplicacion que ha tenido un mayor grado de desarrollo en la ingenieria vial, es la utilizacion de los geosinteticos en obras tales como construccion y la rehabilitacion de pavimentos. Del correcto entendimiento sobre las propiedades de este tipo de materiales, de su aplicacion, instalacion, funciones a desempeiiar, beneficios e incluso las mismas limitaciones que poseen, en buena parte dependerii el exito que estos puedan tener, brindando de esta forma ahorros sustanciales en el mantenimiento de las obras viales que se ejecuten en nuestro pais.

8.' ANTECEDENTES La prolongacion de la vida util de las vias ha side una permanente preocupacion por parte de las entidades publicas a nivel nacional e internacional, que se encargan de la ejecucion y del posterior cuidado de estas. Los ensayos realizados sobre nuevos materiales que racionalicen de alguna manera los costos de mantenimiento que la estructura de pavimento requiere, han traido nuevos horizontes. Con la aparicion de los geosinteticos, los inves tigadores han hecho un aporte significativo a la ingenie ria, aclarando el desempeiio de estos en aplicaciones especificas, como 10 es en este caso, la rehabilitacion de pavimentos. A finales de la decada de los sesenta, en el departamento de transporte de California, Caltrans, se comienza a experimentar con los geotextiles, teniendo en cuenta que la principal funcion con la que estos deberian cumplir, era la de evitar la reflexion

0

calcado de grietas reemplazando a sistemas tradicionales tales como las bases de gradacion

abierta. Despues de casi dos decadas de ensayos en campo, laboratorio y de estudios se log ro cuantificar el beneficio de los geotextiles en los proyectos de repavimentacion, estos se han venido utilizando casi rutinariamente a 10 largo y ancho de la Union Americana y de Europa. Por otro lado, el ultimo avance mundial en tecnologia de pavimentos, para el refuerzo de carpetas asfiilticas, buscando mini mizar los costos de mantenimiento, es el uso de geomallas de fibra de vidrio, cuya finalidad es la de reforzar las capas bituminosas, 10 cual incrementa la resistencia a la fatiga y retarda la aparicion y reflejo de las fisuras existentes en dichos materiales bituminosos. En resumen, los geosinteticos entre las capas asfalticas (geomallas de fibra de vidrio y geotextiles de repavimentacion), son usados dependiendo de la funcion del geosintetico, como una barrera impermeable, como una provision de refuerzo a la tension y al mismo tiempo para reducir los efectos de la reflexion de fisuras. En Latinoamerica, desde hace varios aiios, la utilizacion de los geosinteticos (geomallas de fibra de vidrio y geotextiles de repavimentacion) en repavimentacion, se ha convertido en otra de las alternativas a los sistemas habituales constructivos utilizados en este tipo de obras, los cua les por 10 general no contemplan mas que la utilizacion de un ligante asfaltico, colocado sobre la superficie de la carpeta asfaltica envejecida de una manera poco ortodoxa, para posteriormente colocar la nueva capa de rodadura, que en algunos casos no contempla tan siquiera el uso de modificadores elastomericos para mejorar sus propiedades.

8.2 FUNCIONES DEL GEOTEXTIL Si se entiende por refue rzo como la redistribucion de fuerza, debido a la inclu sion de un material rigido de alta resistencia a la tension, cuyo modulo eliistico sea mayor que el del material que ira a reforzar, al incluir un geotextil dentro de una estructu ra de pavimento, este no cumplirii con la definicion de refuerzo, entonces se preferirii la utilizacion de otro termino para definir su comportamiento en este tipo de estructuras, este es el de intercapa. Estas intercapas son usadas para prevenir

0

reducir el calcado de grietas, la aparicion de grietas del tipo de piel de

cocodrilo y los fenomenos de ahuellamiento y corrugamiento. Las dos funciones biisicas que cumple el geotextil impregnado con asfalto para poder suministrar sus beneficios, son las de:

CAPITULO 8: PAVIMENTACION Y REPAVIMENTACION CON GEOSINTt:nCOS

187)

~ Tabla de contenido 8.2.1 Barrera Impermea bilizadora A pesar que el concre to asfalti co ha side sometido a un proceso de compactacion y que su relacion de vados es muy baja, ha y que conside rarsele como un elemento permeable, a traves del cual se infiltrara un gran porcentaje del agua superficial que podra lIegar a las capas granulares y a la subrasante, ablandando estos suelos afectando los para metros de resistencia y deformabilidad. Otro efecto igua lmente adverso es el incremento de presiones de poros que reduce los esfuerzos efectivos del suelo, ademas se presentara el efecto

·prensa~

que hace disminuir

la disipacion de los esfuerzos producidos por ca rgas de trafico a traves de las capas granulares. siendo estos transmitidos directamente por el agua que se encuentra entre las particulas de suelo a la subrasante. Con el fin de evitar las situaciones anteriores. es necesario la colocacion de una barrera impermeable que detenga el proceso de infiltracion, prolongando la vida util del pavimento, disminuyendo los costos de mantenimiento y posponiendo un nuevo proceso de repavimentacion. Tal barrera debera estar conformada por un geotextil no tejido, especial para aplicaciones de pavimentacion y repavimentacion, que servira como medio para albergar una cantidad determinada de asfa lto residual hasta lograr su saturacion, ademas de una cantidad adicional para permitir la adhesion del geotextil a la superficie antigua (capa asfaltica inferio r) y a la nueva capa de rodadura. La cantidad de cemento asfaltico a utilizar es uno de los puntos donde se debe tener un mayor cuidado. Una de las normas constructivas internacionales para repavimentacion, (Task Force 25, compuesta por la AAS HTO, la AGC y la ARTBA) que ha tenido la mayor aceptacion por parte de los ingen ieros viales en todo el mundo, exige que como minimo la cantidad de cemento asfaltico para saturar el geotextil debe ser de 0.9 Um2 , esta es una de las ra zones por las cuales el geotextil a usarse debe ser un no tejido punzonado por agujas, gracias a su espesor y porosidad que Ie permiten aloja r tal cantidad de asfalto. Se deben conside rar otros factores adicionales para determinar la cantidad adecuada del cemento asfaltico

0

ligante

a usarse, en donde principalmente se contempla el estado de porosidad del concreto asfaltico antiguo. Una cantidad insuficiente de ligante podria causar que el geotextil no se sature total mente, perdiendose el efecto de impermeabilidad

0

puede que la adhesion entre el geotextil y las capas de concreto asfaltico no sea suficiente,

originando tiempo despues una superficie potencial de falla por deslizamiento. Una cantidad excesiva de ligante originara un posible problema de exudacion de asfalto. 8.2.2 Membrana amortiguadora de esfuerzos Cuando una capa de repavimentacion es colocada sobre la superficie antigua, los esfuerzos generados por ag rietamiento en la capa de concreto asfa ltico antigua, pueden ser transmitidos hacia la nueva capa de repavimentacion, originando un agrietamiento por reflexion temprana. AI instalar un geotextil para repavimentacion entre las capas de concreto asfa ltico nuevas y viejas, se retarda el agrietamiento por reflexion, suministrando una capa flexible de espesor suficiente que absorbe parte de los esfuerzos entre la capa de pavimento antiguo y la capa de pavimento nuevo, permitiendo movimientos leves dentro de la inte rcapa del geotextil. sin tensionar la capa de repavimentacion en concreto asfaltico. De esta forma se prolonga la vida de servicio de las capas repavimentadas. Los geotextiles no tejidos impregnados con asfalto tienen un modulo de elasticidad bajo y abso rben las deformaciones sin transferirlas.

188)


EI geotextil para repavimentacion ali via parcialmente la transferencia de esfuerzos inducidos por el trafico en la cercania de las grietas, actuando como una capa aliviadora de esfuerzos. La capa de base se protege de los esfuerzos cortantes generados por las cargas generadas por el trafico y de aqui que sean toleradas deflexiones mayores. De estudios realizados se ha concluido que las 2/3 partes del alivio de esfuerzos se debe al cementa asfaltico que satura el geotextil y el resto es por el geotextil que funciona como contenedor. En el caso de que una estructura de pavimento en concreto tenga un espesor mayor, mayores seran los esfuerzos de tension en la base cuando se deflecte debido a las cargas de trafico. La mayoria de los agrietamientos en los pavimentos com ienza en la base del pavimento debido a los esfuerzos de tension, continuando hasta la superficie. AI colocar una capa de repavimentacion sin una intercapa de geotextil se esta incrementando el espesor total de la estructura del pavimento, aumentandose los esfuerzos a tension en la base del pavimento promoviendo el agrietamiento. Cuando se coloca una intercapa con geotextil se esta generando un efecto de sepa racion, permitiendo un desplazamiento relativo entre capas. Los esfuerzos de tension generados, se pod ran at ribuir entonces al espesor individual de cada una de las capas, logrando disminuirlos. Mediante la colocacion de una intercapa que absorba los esfuerzos inducidos por las cargas ciclicas de trafico, las capas de concreto asfaltico experimentaran menos esfuerzos desarrolladores de grietas internas que aquellas secciones que no tengan inte rcapas. La resistencia a la fatiga de una capa de repavimentacion dependera de las ca racteristicas de la membrana amortiguadora de esfuerzos incluyendo su modulo de elasticidad, espesor y de la cantidad de modificadores del asfalto. La siguiente figura muestra un analisis mediante elementos finitos con y sin geotextil. Se evidencia la manera en la que la interca la con geotextil de repa vimentacion cambia la distribucion de esfuerzos, reduciendo la magnitud de la maxima ca rga de tension.

Figura 8.1. Modelacion mediante elementos finitos de vigas con y sin geotextil (Montewtruque 1996)

8.3 FUNCIONES DE LA GEOMALLA DE FIBRA DE VIDRI O Su principal funcion consiste en aumentar la resistencia a la traccion de la capa asfaltica y de garantizar bajo una ca rga vertical, la distribucion uniforme de los esfuerzos horizontales en una mayor superficie, 10 cual se traduce a una via sin grietas porvarios alios. Las geoma llas de fibra de vidrio, son geomallas flexibles que se utilizan entre capas de concreto asfa ltico con el fin de controlar agrietamientos por reflexion, agrietamientos por fatiga y deformaciones plasticas, en los revestimientos de concreto asfaltico que se emplean en vias de alto y bajo trafico, autopistas, aeropuertos, plataformas y parqueaderos entre otros.


189)

~ Tabla de contenido Los refuerzos de carpetas asfalticas con geomallas de fibra de vidrio son ideales para los pavimentos asfalticos nuevos y rehabilitaciones, ya que debido a las propiedades mecanicas de estas geoma llas, como su alta resistencia a la tension, alto modulo de elasticidad y baja elongacion, son ideales para controlar la reflexion de fisuras en pavimentos asfalticos y pistas de aeropuertos, disminuyendo los costos de mantenimiento a largo plazo e incrementando la vida util de estos. Las principales ventajas y beneficios de las geomallas de fibra de vidrio son: Reducir al minima el agrietamiento reflexivo por esfuerzos de tension y cambios de temperatura en la s carpetas asfalticas. Reducir la s deflexiones de los pavimentos sujetos a grandes temperaturas ambiente e intensas repeticiones de carga. Aumentar la resistencia a la fatiga de las capas bituminosas. Proporciona beneficios de costo aumentando el cido de vida del pavimento. Su estabilidad dimensional permite que las solicitaciones termicas no la deformen. Debido al recubrimiento bituminoso, su adherencia con las mezclas asfalticas es optima. Su espesor homogeneo permite un apoyo continuo sobre la emu lsion y por ende una mayor adherencia entre la nueva capa y el pavimento existente. Su gran resistencia a la fatiga permite mantener sus propiedades mecanicas o ri ginales bajo la accion de ca rgas ciclicas. Su escasa fluencia permite que sus deformaciones bajo cargas constantes y su resistencia se mantengan invariables en el tiempo. Reduce el mantenimiento periodico tipico de los pavimentos flexibles. EI siguiente anal isis, muestra la modelacion por elementos finitos de dos probetas A) Sin refuerzo y B) Reforzada con Geomalla de fibra de vidrio. En la figura 8.2.A, se observa la concentracion maxima de esfuerzos en la parte superior de la grieta hacia la superficie, 10 que puede explicar la rapida propagacion de la fisura que se observa en laboratorio. En la figura 8.2.B, se observa que el refuerzo con geomalla cambia la concentracion de esfuerzos de manera significativa orientando los maximos esfuerzos de tension hacia la geomalla. Los esfuerzos encontrados en la parte superio r de la fisura son relativamente bajos como para permitir la propagacion, 10 que coincide a 10 encontrado en distintas pruebas.

A

1_

B

Figura 8.2. Modelaci6n mediante elementos finitos de vigas con y sin refuerzo de geomalla (Montewtruque 1996)

190)


8.4 TIPO Y NIVEL DE SEVERIDAD DE LAS FALLAS DEL PAVIMENTO Las falla s e n los pavimentos contemplan los tipos que se e nunciariin a continuacio n: 8.4.1 Fallas superficia les Agrietamiento en bloques, lo ngitudinal ylo transversal. Las causas principales de estas son la contraccion, e ndurecimiento por e nvejecimiento y condicio nes ambienta les donde las te mpe raturas son bajas. "Deshilac hamiento" debido a una cantidad pobre de asfalto, e nvejecimiento ylo a la accio n abrasiva del agua y las lIantas de los vehiculos. Arrugamiento debidos al exceso de asfalto, de agua ylo presencia de agregados muy blandos e n la mezcla del concreto asfiilti co. 8.4.2 Fallas par ad hesion Ag rietamiento por corrimiento o riginados principalmente por una cantidad insuficiente de ceme nto asfiiltico como ligante, superficie del pavimento de masiado delgada, cargas ho ri zo ntales o riginadas po r el triifi co. 8.4.3 Fallas estructura les Agrietamientos lo ngitudinales y transversales por fatiga debidos a deflexiones excesivas en el pavime nto ylo a un diseno inadecuado de la seccio n. Ahuellam ie nto deb idos a un contenido de humedad excesivo ylo a un diseno inadecuado de la seccio n. Deformacio nes severas lo ngitudinales en la seccio n estructural del pavimento, deb ido a una falta de soporte en las be rmas. En el caso que se presente alguna de estas falla s estructurales previamente al proceso de re habilitacio n de la via, debe riin ejecutarse las medidas correcti vas para subsanar todos los problemas que en el futuro estas pud iesen generar. Seria ideal para la re habilitacion de este tipo de falla s, tene r en cuenta la utilizacio n tanto de la geomalla de fibra de vid rio para refu e rzo como del geotextil saturado de asfalto para generar una barrera impermeabilizadora.

8.5 EFECTOS DEL AGR IETAM IENTO Durante la vida de servicio de una estructura de pavime nto, la superficie de esta pod rii sufrir defectos por las siguie ntes causas: Agrietamiento debido al envejecimiento de la capa de rodadura, movimientos por gradie ntes te rm icos, movimientos relativos e ntre placas y por contraccio n. Inicialme nte con la va riacion de temperaturas se presenta la pro pagacion inicial de las grietas y posterio rmente este efecto se aumenta debido a la accio n de las ca rgas generadas por el triifico. Ahuella miento deb ido a una falta de capacidad para resistir deformaciones. Ag rie tamie nto por fati ga debido a efectos ambientales 0 a una falta de capacidad estructural del pavimento.


191 )

~

Tabla de contenido

EI agrietamiento reduce la resistencia estructural del pavimento y lIeva a un riipido deterioro de la construccion. Para que este ocurra, primero debe habe r sufrido un proceso de in iciacion. Las grietas creceriin como resultado de las cargas de triifico, temperatura, deformaciones y calcado de grietas. A traves de las grietas el agua penetrarii a las capas g ranu lares y a la subrasante, reduciendo su capacidad portante, por esto debe prevenirse la infiltracion, dando como posibles soluciones el sellamiento de las grietas

0

en casos mas extremos la repavimentacion. Para elliltimo

caso se utilizan geotextiles no tejidos impregnados con asfalto. Agrietamiento por fatiga Una grieta

0

fisura puede iniciarse y crecer como resultado de la repeticion de cargas de trafico. Cuando una rueda

pasa, la abertura se f1exa, suministrando esfuerzos de tension en los extremos de la grieta haciendola crecer. Agrietamiento por reflexion Si la capa de repavimentacion se ap lica sobre grietas, los movimientos horizontales en las grietas existentes tambien causariin deformaciones horizontales en la capa de repavimentacion, lIevando a la continuacion del crecimiento de la grieta existente en la capa de repavimentacion, que se conoce como flexion

0

calcado de grietas. Este agrietamiento

ocurre debido a la diferencia de esfuerzos cortantes en ambos costados de la g rieta. Pasa cuando una rueda pisa la grieta, cargando primero un borde de la grieta y posteriormente el otro. Para evitar

0

retardar el agrietamiento por reflexion y el control de la infiltracion a traves del pavimento, existen los

siguientes sistemas que pueden ser utilizados de manera individual

0

conjunta:

Geomallas de fibra de vidr io pa ra refuerzo: combinacion de geomalla y asfalto, en casos donde se presente fisuras de alta severidad. Geotextiles para repavimentacion: combinacion de geotextil y asfa lto, en casos donde las grietas no sean por fallas estructurales. Membranas de intercapa absorbedoras de esfuerzos (SAMI): capas de cie rto espesor con asfalto modificado. Sellos de arena-asfalto y sellos de asfaltos modificados: en procesos de agrietamiento incipiente. Para escoger entre las opciones mencionadas anterio rmente, es necesario lIegar a una aproximacion de ingenie ria para cada problema especifico, la cual debe indu ir los siguientes items: Identificacion del problema. Eva luacion de los factores y mecanismos involucrados. Aniilisis de las posibles soluciones y sus respectivas limitaciones. Posibilidades en terminos de la efectividad de cada solucion versus los costos que acarrea. Aniilisis del proyecto y las conside raciones constructivas. Pero apa rte de esto, se debe mantener en la mente que el momento propio para comenzar con las construcciones de un sistema que retarda la aparicion de grietas, es indudablemente durante las primeras eta pas de aparicion de estas, cuando apenas se vislumbran grietas de lineas delgadas en el pavimento. En este punto, apenas poca agua se ha infiltrado a traves de la estructura como para ablandar y debilitar el suelo de la subrasante.

192)


8.6 ASFALTOS 8.6.1 Cementa asfii ltica

EI asfa lto es un material altamente impermeable, adherente y cohesivo, capaz de resistir altos esfuerzos instantaneos y fluir bajo la accion de cargas permanentes. Como aplicacion de estas propiedades el asfalto puede cumplir, en la construccion de pavimentos, las siguientes funciones: Contribuir a impe rmeabilizar la estructura del pavimento, haciendolo poco sensible a la humedad y eficaz contra la penetracion del agua proveniente de la precipitacion . Proporciona una intima union y cohesion entre agregados, capaz de resistir la accion mecanica de disgregacion producida por las cargas de los vehiculos. Igualmente mejora la capacidad portante de la estructu ra, permitiendo disminuir su espesor. EI asfa lto es un solido

0

liquido viscoso, compuesto por una mezcla compleja de hidrocarburos, no volatiles, solubles

en tricloroetileno, y que ablandan al aumentar la temperatura. EI cementa asfaltico es un asfalto refinado

0

una combinacion de asfalto refinado y aceite fluidificante de consistencia

apropiada para trabajos de pavimentacion. Estos asfa ltos refinados son muy duros y se les da la consistencia, mezclandolos con aceites 0 residuos provenientes de la destilacion del petroleo de base asfaltica. Los cementos asfa lticos se dividen en g rados segun su du reza

consistencia, que es medida mediante el ensayo de

0

penetracion medido en 1/ 10 mm, valor que es inverso a la dureza. De acuerdo a esto, los cementos asfa lticos mas comunmente usados son los siguientes: CA40-S0

Para sellado de juntas de pavimento de hormigon

CA60 - 70

En concreto asfaltico

CASS- 100

En concreto asfaltico

CA 120- 1S0

Tratamientos superficiales

Las dos cifras indican los limites maximos y minimos de la penetracion. Propiedades 0 caracteristicas deseables del cementa asfaltico Para los estudios t~knicos y la construccion hay tres propiedades

0

Consistencia: termino usado para desc ri bir el grado de fluidez

caracteristicas del asfa lto importantes: 0

plasticidad del asfa lto a cualquier temperatura

dada, La clasificacion de los cementos asfalticos se realiza con base al valor de la consistencia a una temperatura de referencia. Para especificar y medir la consistencia de un asfa lto para pavimento, se usan ensayos de viscosidad, ensayos de penetracion y/o punto de ablandamiento. Pureza: el cementa asfaltico se compone, casi total mente de betunes (solubles en bisulfuro de carbono) . Los asfaltos refinados son, generalmente, mas de 99.5% solubles en bisulfuro de carbono y por 10 tanto casi betunes puros. Las impurezas, si las hay, son ine rtes.


193)

~

Tabla de contenido

Seguridad: e l cementa asfii ltico, si se 10 somete a temperaturas suficientemente e levadas, despide vapores que arden en presencia de una chispa

0

llama. La temperatura a la que esto ocurre es miis e levada que la temperatura

normalmente usada en las operaciones de pavimentacion. Sin embargo, para tener la certeza de que existe un adecuado margen de seguridad, se debe conocer e l punto de inflamacion de l asfalto. 8.6.2 Emulsiones asfiilticas Es una mezcla heterogenea de dos fases normal mente inmiscibles, como son e l asfalto y e l agua, al que se Ie incorpora una pequena cantidad de un agente activado r de superficie, tensoactivo

0

emu lsificante, de base jabonosa

o solucion alcalina, e l cual mantiene en dispersion e l sistema, siendo la fase continua e l agua y la discontinua los globu los de l asfalto, en tamano, entre uno a diez micrones. Cuando la emulsion se pone en contacto con e l agregado se produce un desequilibrio que la particulas del asfalto a unirse a la superficie de l agregado. EI agua fluye

0

r~mpe,

lIevando a las

se evapora, separiindose de las particu las

petreas recubiertas por e l asfalto. Existen emulsificantes que permiten que esta rotura sea instantiinea y otros que retardan este fenomeno. De acuerdo con la velocidad de rotura, las emu lsiones asfiilticas pueden ser: De romp imiento riipido: la que se designa por las letras RS (Rapid Setting). Estas producen una capa re lativamente dura y principa lmente es usada para ap licaciones en spray sobre agregados y arenas de sello, asi como penetracion sobre piedra quebrada; que por ser de a lta viscosidad sirve de impermeabilizante. De rompimiento medio: las que se designan con las letras MS (Medium Setting). De romp imiento lento: designada por las letras SS (Slow Seting). Son d isenadas para una miixima estabilidad de mezclado. Son usadas para dar un buen acabado con agregados compactos y asegurar una buena mezcla con estos. EI tipo de emulsion a utilizar depende de varios factore s, tales como las cond iciones cl imiiticas du rante la constru ccion, tipos de agregados disponibles, etc. Las emulsiones asfii lticas deben ser afines a la polaridad de los agregados con e l proposito de tener una buena adhe rencia. Esta cua lidad se la confiere e l emu lsificante, e l cua l puede darle polaridad negativa

0

positiva, tomando e l nombre de anionicas, las primeras, afines a los iiridos de cargas positivas y cationica,

las segundas, afines a iiridos de cargas negativas; como son las de o ri gen cuarzoso 0 silfceo. Las emulsiones cationicas se designan con las mismas letras anteriormente dichas y anteponiendoles la letra "C: como por ejemplo las CRS-1 y CSS- 1. Si e l residuo asfii ltico de las emu lsiones medias y lentas es de penetracion 40-90 se Ie agrega la letra "h" (CSS-1h, MS-2 h). Las especificaciones que deben cumplir los asfa ltos Ifquidos estiin ind icados en las tablas:

194)

Tabla de contenido

~

Tabla 8.1 Asfaltos cortados de c urado rapido AASHTO M 81 RC 70 Ve loeidad einematiea a 60°C Centis tokes

RC250

RC 800

RC 3000

MIN

MAX

MIN

MAX

MIN

MAX

MIN

MAX

70

140

250

500

800

1600

3000

6000

Punto de inflamaei6n (eo pa abierta Tag)"C

27

0.2

Agua%

27

27

0.2

0.2

0.2

Ensayo de destilaei6n. Poreentaje en vo lumen del destilado total a 360°C A 190°C A 225°C A 260°C A3 15°C Residuo de destilaei6n a 360°C %volumen

10 50 70 85

35

15

60 80

45

55

65

75

25 70

75

80

Ensayos en el residuo de la destilaei6n Duetilidad a 25°C, 5 em/min, em

80 100

Solibilidad en Trieoroetileno, %

99.9

Penetraei6n 1OOg, 5 seg a 25°C

120

80 100

120

99.9

80 100

120

80 100

99.9

120

99.9

Ensayo de la maneha con: Nafta Estandar

Ne9ativa para todos los grados

Solvente Nafta - Xilol. % Xilo l

Negativa para todos los grados

Solvente Heptano - % Xilo l


Tabla 8.2 Asfaltos cortados de curado media AASHTO M 82 MC30

MC70

MC250

MC800

MC 3000

MIN

MAX

MIN

MAX

MIN

MAX

MIN

MAX

MIN

MAX

Ve loeidad einemati ea a 60°C Centistokes

30

60

70

140

250

500

800

1600

3000

6000

Punto de inflamae i6n (eopa ab ierta Tag)"C

38

38 0.2

Agua%

66 0.2

66 0.2

66 0.2

0.2

Ensayo de destilaei6n. Poreentaje en vo lumen del destilado total a 360°C A 225°C

40

A 260°C

75

A3 15°C Residuo de destilaei6n a 360°C %volumen Ensayos en el residuo de la destilaei6n Penetraei6n 1OOg, 5 seg a 25°C

25 70 93

50 120

20 65

20 60 90

55 250

120

15

15

60

55 87

67

250

120

0 45

35

0

15

80

15

75

80

75

250

120

250

120

Duetilidad a 25°C, 5 em/min, em

100

100

100

100

100

Solubilidad en Trieoroetileno, %

99.9

99.9

99.9

99.9

99.9

250

Ensayo de la maneha con: Nafta Estandar


Solvente Nafta - Xilol, % Xilol


Solvente Heptano - % Xilo l


CAPITULO 8: PAVIMENTACION YREPAVIMENTACION CON GE05INTt:nC05

195)

~ Tabla de contenido 8.6.3 Asfa ltos modificados Los materiales asfiilticos modificados son el producto de la disolucion

0

incorpo racio n e n el asfalto de un polimero,

sustancia que es estable e n el tiempo y a cambios de te mpe ratura que se aiiaden al material asfaltico para modificar sus propiedades fisicas y reologicas disminuir su susceptibilidad a la temperatura y a la humedad, asi como a la oxidacion. EI proposito de modificar el asfalto es el de incrementar su desempeiio en te rminos de rangos de te mperatura y tole rancia al esfuerzo, mediante la mod ificacio n del balance e n su compo rtamie nto visco-elastico a tra ves del rango de te mperaturas de aplicacion y servicio. La modificacio n de asfalto es una nueva tecnica utilizada para el aprovechamie nto efecti vo de asfaltos e n la pavime ntacio n de vias. Esta tecnica consiste en la adicio n de polimeros a los asfaltos convencio nales con el fin de mejo rar sus caracteristicas mecii nicas, es decir, su resiste ncia a las defo rmacio nes por fa cto res climatologicos y del triinsito (peso ve hicular). Con los asfaltos modificados se prete nde contar con ligantes mas viscosos a te mperaturas elevadas para reducir las deformacio nes pe rmane ntes (a huellamiento), disminuir el fi suramie nto por efecto termico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad. Finalmente se debe contar con un ligante de mejo res caracteristicas ad hesivas. EI efecto principal de aiiadir polime ros a los asfaltos es el cambio en la relacion viscosidad-temperatu ra (so bre todo en el rango de te mperaturas de servicio de las mezclas asfii lticas) permitiendo mejo rar de esta manera el compo rtamie nto del asfalto tanto a bajas como a altas tempe ratu ras. Los asfaltos modificados se deben ap licar, e n aquellos casos especfficos e n que las propiedades de los ligantes tradicionales son insuficientes para cumplir con exito la fun cio n para la cual fueron encomendados, es decir, en mezclas para pavimentos que estiin sometidos a solicitacio nes excesivas, ya sea por el tra nsite

0

por otras causas como:

tempe raturas extremas, agentes atmosfe ricos, tipologia del firme, etc. Si bien los polime ros modifican las propiedades reologicas de los asfaltos, estos debe n mostrar ve ntajas en servicio. Se pueden e nume rar una serie de ve ntajas y desventajas de los asfaltos modificados con polimeros. Ve ntaja s: Disminuye la susceptibilidad te rm ica. Se obtiene n mezclas mas rigidas a altas temperaturas de servicio reduciendo el ahuellamie nto. Se obtiene n mezclas mas fl exibles a bajas tempe raturas de servicio reduciendo el fi suramiento. Disminu ye la exudacio n del asfalto: par la mayo r viscosidad de la mezcla, su meno r te ndencia a fluir y su ma yo r elasticidad. Mayor elasticidad: debido a los polime ros de cadenas largas. Mayor cohesio n: el polime ro refuerza la cohesio n de la mezcla . Mejora la trabajabilidad y la compactacio n: por la accio n lubricante del polime ro

0

de los ad itivos incorporados

para el mezclado. Mejo r impe rmeabilizacion: en los sellados bituminosos, pues absorbe mejor los esfuerzos tangenciales, evitando la propagacion de las fi suras. Mayor resistencia al envejecimie nto: mantie ne las propiedades del ligante, pues los sitios mas activos del asfalto son ocupados por el polimero.

196)


Mayor durabilidad: los ensayos de envejecimiento acele rado en labo ratorio, demuestran su excelente resistencia al cambio de sus propiedades caracteristicas. Mejora la vida ut il de las mezclas: menos trabajos de conservacion. Permiten mayor espesor de la pelicula de asfalto sobre el ag regado. Reduce el costo de mantenimiento. Aumenta el modulo de la mezcla. Permite la reduccion de hasta el 20% de los espesores por su mayor modulo. Mayor resistencia a la flexion en la cara inferio r de las capas de mezclas asfii lticas. Permite un mejor sellado de las fisuras. Desventajas: Alto costo del polfmero. Dificu ltades del mezclado: no todos los polfmeros son compatibles con el asfa lto base. Deben extremarse los cuidados en el momento de la elabo racion de la mezcla. Los agregados no deben estar humedos ni sucios. La temperatura minima de distribucion es de 145°C por su riipido endu recimiento.

Natu raleza del Polfmero Los polfmeros son sustancias formadas por la union, de cientos

0

miles de moleculas pequeiias, lIamadas

monomeros. La g ran diversidad de materiales polimericos hacen que su clasificacion y sistematizacion sean dificiles, pero atendiendo a su estructura y propiedades, se clasifican para uso vial como se presentan a continuacion:

Recinas Epoxi Termoendurecibles

{

Poliuretanos Poliesteres

Polietileno (PE) Polipropileno (PP)

PlAST6MEROS

(Pliisticos)

{

Etil Vinil Acetato (EVA) Cloru ro de polivinilo (PVC)

Termopliisticos Estireno Butadieno (SBR) Estireno Butadieno Estireno (SBR)

ELASTOMEROS

(Cauchos)

{

Cauchos naturales Cauchos art ificiales

Figura 8.3 Clasificacion de los Polimeros.


197)

~ Tabla de contenido Termo-Endurecibles: son polfmeros formados por una reaccion quimica de dos componentes (base yendurecedor), dando lugar a una estructura entrecruzada, por 10 que no pueden ser recuperados para volver a transformarse. Termoplasticos: son polfmeros solubles que se reblandecen con la accion del calo r y pueden lIegar a fluir. Son general mente, polfmeros lineales 0 ligeramente ramificados.

8.7 PROCEDIMIENTO DE IN STALACION Para que el desempeiio del geosintetico (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentacion) a utilizar en esta aplicacion sea el correcto y su vida de servicio sea la esperada, deberii ceiiirse al siguiente proceso de instalacion:

8.7.1 Condiciones y limpieza de la superfic ie Para garantizar que la adhesion del geosintetico (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentacion) a la capa de rodadura vieja y a la de repavimentacion sea la adecuada, debera preverse que la superficie sobre la cual se colocaran los rollos del geosintetico este razonablemente libre de elementos tales como mugre, agua, vegetacion y escombros que pudiesen entorpecer el contacto entre elligante asfaltico y la carpeta vieja. Los equipos recomendables utilizados en este tipo de operaciones son compresores neumaticos con boquillas adecuadas para limpieza

0

incluso se permite la utilizacion de escobas.

Cuando se trabaja sobre fresado se debe realizar una limpieza muy minuciosa, ya que la superficie debe quedar libre del polvillo que se genera durante el fresado, preferiblemente se debe realizar esta limpieza con aire comprimido con agua dejando secar muy bien la superficie, como se observa en la Figura 8.4.

...

Figura 8.4 Limpieza de la superficie.

198)

0


8.7.2 Tratamiento de fisuras Despues de terminar el proceso de limpieza, todas las fisuras deberiin ser sopleteadas y selladas con un lIenante apropiado para tal fin, sin sobrepasar la cantidad por encima del nivel existente; dichas fisuras deberan recibir un tratamiento adecuado segun su grado de deterioro. En el caso de que las grietas sean originadas por fallas estructurales, el pavimento sera interven ido de la manera miis adecuada dependiendo del tratamiento escogido, segun sea el caso. 8.7.3 Ligante asfaltico EI material que se utilizarii para garantizar una adecuada adhesion del geosintetico (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentacion) a la base granu lar, base estabilizada, losas de concreto ya la capa superior (capa de refuerzo,

0

0

a la mezcla asfaltica existente,

de mantenimiento), podrii ser un cementa asfiiltico de penetracion 60-70

mmllO, emu lsion cationica de rompimiento riipido tipo 1 0 una emulsion cationica de rompimiento rapido tipo 1 modificada con polfmeros de tal forma que se satisfaga la cantidad de asfalto minima requerida como se verii mas adelante. En el geotextil se debe garantizar la saturacion del mismo para generar la membrana viscoelastoplastica, mientras que en la geomalla solo se necesitarii garantizar la adhesion al sistema. EI geosintetico (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repa vimentacion) se podra colocar solo despues del correspond iente rompimiento de la emulsion en caso de que esa sea la eleccion a utilizar como ligante. Para esta aplicacion no se podriin utilizar los asfaltos diluidos que contienen solventes. A continuacion se presentan dos cuadros comparativos en cantidades a utilizar si se escoge cementa asfaltico y/o emulsion asfaltica. Las dosificaciones de ligante propuestas en las tablas, deben ser validadas en obra mediante pruebas de adherencia. Cuando se usen emulsiones solicitar inmediatamente la especificacion tecnica para determinar la dosificacion de la misma. Para la escogencia definitiva de la emulsion se debe tener en cuenta las condiciones climaticas de la zona, influyentes en la aplicacion de la misma. Las cantidades a utilizar de ligante dependeriin de si se utiliza geotextil de repavimentacion y/o geomalla de fibra de vidrio. Para el geotextil de repavimentacion se debe garantizar que la cantidad a utilizar de ligante sea capaz de saturar el geotextil y dejar un adicional para que esta membrana se adhiera tanto a la superficie antigua como a la nueva rodadura, Tabla 8.3. Para la geoma lla de fibra de vidrio solo se requiere garantizar la cantidad de ligante necesaria para generar una buena adherencia entre la superficie antigua y la carpeta nueva, Tabla 8.4. Tabla 8.3 Cantidad a utilizar de cementa asfaltica Vs. emulsi6n asfa ltica para geatextil de repa vimentac i6n Cantidad de cementa asfiiltico (Uml)

1.3

1.4

1.6

Proporcion del asfaltodisolvente (agua)

Cantidad total de emulsion (Uml)

60 - 40

2.17

67 - 33

1.95

70 - 30

1.86

60 - 40

2.33

67 - 33

2.10

70 - 30

2.00

60 - 40

2.67

67 - 33

2.39

70 - 30

2.30


199)

~ Tabla de contenido Tabla 8.4 Cantidad a utiliza r de cem e nta asfaltico Vs. emulsion asfiiltica para geamalla de fibra de vidrio

Cantidad de cementa asfiiltico (Uml)

0.7

0.8

1.0

Proporcion del asfa ltodisolvente (agua)

Cantidad total de emulsion (Uml)

60-40

1.17

67 - 33

1.05

70- 30

1.00

60-40

1.33

67 - 33

1.19

70- 30

1.14

60-40

1.67

67 - 33

1.50

70- 30

1.43

5e recomienda colocar la emu lsion asfiiltica siempre en dos eta pas, en forma homogenea y unifo rme, para evitar desplazamiento por efectos de la pendiente hacia las cunetas y/o bermas segun sea el caso. En el caso del geotextil, se recomienda instalar el 50% de la cantidad total de emulsion, se espera a que rompa esta primera parte; luego, se instala el geotextil, y por ultimo se aplica el 50% restante esperando un tiempo prudencial para que se evapore el agua y sa lga del geotextil para proceder a coloca r la nueva carpeta asfii ltica encima . En el caso de la geomalla, se recomienda instalar in icialmente 0,5 Um1 como minima de remanente de asfa lto, se debe esperar a que rompa esta primera parte; luego, insta lar la geoma lla y posteriormente aplica r 0,2 Um l como minima de remanente de asfalto, esperando un tiempo de rompimiento de esta ultima parte, para instalar la nueva carpeta asfiiltica. 8.7.3.1 Temperaturas de trabajo Las temperaturas del camion irrigador con cementa asfiiltico no deben exceder los 150

0 (

cuando se trabaja con as-

faltos normalizados; esta temperatura puede ser superada cuando se esta trabajando con asfaltos modificados. Los patrones de riego con emulsiones asfalticas son mejorados con ca lentamiento. No debe excederse una temperatura de 45°( para el calentamiento de la emu lsion en obra, puesto que a partir de esta puede romperse la emu lsion. 5i se trabaja con emulsiones deberii espera rse hasta que rompa y que el agua se evapore para proceder a colocar el geosintetico que se este trabajando. La temperatura de la superficie de la carpeta asfiiltica sobre la cual se instalara la geoma lla de fibra de vidrio debe estar entre SOC y 60°C. 8.7.3.2 Tasa de aplicacion delligante asfiiltico teorica para cuando se utiliza geatextil de repavimentacio n La cantidad de ligante asfii ltico a utilizar depende de la porosidad relativa del pavimento viejo y del geotextil a usarse en el proceso de repavimentacion, siendo esta una de las consideraciones de mayor relevancia para garantizar el correcto desempeiio de esta membrana de inte rcapa viscoelastopliistica impermeable. De un trabajo presentado por 8utton (1982), este propone la sigu iente ecuacion para la determinacion de la cantidad de ligante asfii ltico:

Q.

200)

0.362 + Q, + Q,

(8. 1)


Donde: Cantidad de ligante segun diseiio. (Um2) . Q,

Cantidad de ligante necesario para lograr la satu racion del geotextil (Uml). Este dato es sumini strado por el fabricante. Es im portante tener en cuenta que segun las recomendaciones de la Task Force 25 de la AA5HTO-AGC-ARTBA, este no podra ser inferior a los 0.9 Um l para lograrformar una capa absorbedo ra de esfuerzos, ademas de la ad hesion entre las capas de concreto asfaltico. Valo r de correccion dependiendo de las condiciones de la superficie del concreto asfa ltico de la capa vieja. Oscila entre 0.05 L/m l para superficies niveladas hasta 0.59 para superficies porosas y oxidadas.

Sin embargo en varias obras los valores obtenidos de ensayos realizados en campo son bastante menores que los obtenidos en la formula de Button. 8.7.3.3 Tasa de aplicac ion delligante asfaltico in s itu s i se usa geotextil de repavimentacion Es recomendable que antes de iniciar una repavimentacion utilizando el geotextil se determine la cantidad optima de ligante asfa ltico a usarse y de esta forma se eviten posibles problemas de exudacion e incluso la generacion de una superficie de deslizamiento. Una manera rapida y sencilla es mediante la imprimacion de un a rea determinada que se sugiere sea de 1.0 m" 1.0 m, con dife rentes cantidades de ligante, teniendo en cuenta que su distribucion sobre la superficie debe ser uniforme. Una manera de verificar si la cantidad de ligante es la adecuada es intentando desprender manualmente el geotextil de la superficie, si esto no se logra y al pisar el geotextil se ve como este empieza a abso rber elligante y mediante esta presion este pasa hasta la cara superior, se puede pensar que se ha lIegado el punto optimo para la tasa de im primacion con ligante asfaltico. Usualmente la tasa de aplicacion para elligante asfaltico es minima de 1.3 Um l (asfalto residual) indu ida la cantidad necesaria para garantizar la adhesion del conjunto geotextil-asfalto al concreto asfaltico. La cantidad dependera de la porosidad y oxidacion relativa del pavimento existente (Ver tabla 8.3). Las tecnicas de imprimacion requieren que los equipos a usarse coloquen el ligante a una tasa uniforme, siendo conven iente el uso de equipos mecanicos, tales como los tanques

0

camiones irrigadores para este fin; teniendo

en cuenta, que esta debe ser homogenea y que cumpla con los requerimientos minimos para lograr una correcta adhesion y evitar fallas por deslizamiento, corrimiento

0

exudacion como se observa en la Figura 8.5.


201 )


Figura 8.5 Imprimaci6n con Asfalto. Otro factor impo rtante en el control de temperatura, pues se ha visto en varios casos una degradacion del ligante que lIega a cristalizarse, perdiendose asi al saturar al geotextil, su funcion de membrana viscoela stopliistica y no logrando un beneficio total. 8.7.3.4 Tasa de aplicacion delligante asfaltico in situ si se emplea geoma lla de fibra de vidrio EI riego de liga se debe aplicar de manera uniforme sobre toda la superficie asfii ltica en dos partes. La primera antes de instalar la geoma lla de fibra de vidrio sobre la ca rpeta asfii ltica nueva es un pavimento fl exible nuevo

0

0

la capa de nivelacion (depend iendo si

una rehabilitacion respectivamente) y la segunda posterior a la instalacion de la

geomalla, antes de insta lar la nueva carpeta. La primera dosis de riego de liga no debe ser infe rio r a 0,5 Um 1 (asfalto residual) y debe ser la minima que garantice una adherencia de la geoma lla a la superficie de al menos 5 Kgf medido mediante el ensayo de ad he rencia. 5e debe permitir que la emulsion rompa antes de insta la r el refuerzo. La segunda dosis de riego de liga es para garantiza r la debida impregnacion de la ca ra superior de la geomalla y su adhe rencia a la nueva capa de concreto asfii ltico. La cantidad del segundo riego de liga no debe ser menor a 0,2 Um l (asfa lto residual) si se utiliza emu lsion. 5e debe permitir que la emu lsion rompa antes de instalar la capa de rodadura. EI segundo riego de liga se aplicarii despues de estar la geomalla adherida a la superficie, posterio r al paso del equipo de compactacion. AI igual que en el geotextil, las tecnicas de im primacion requ ieren que los equipos a usarse coloquen elligante a una tasa uniforme, como se observa en la Figura 8.5. EI ensayo de adherencia se ejecuta para determinar la dosis minima del primer riego de liga. Las pruebas de ad he rencia se deben ejecutar en situ al menos cada 200 m de long itud teniendo en cuenta el sigu iente procedimiento. Cortar una pieza de un (1) ml de geomalla e instala rla sobre la capa asfaltica nueva

0

de nivelacion previa colocacion

y rom pimiento de una cuantia establecida de riego de liga (se recomienda iniciar con la cuantia minima de 0,5 Um l ). La pieza de geomalla deberii someterse al paso de un equipo compactador para asegu rar su ad he rencia . Una vez adhe rida la geoma lla se inserta en la parte centra l el gancho de una balanza de resorte (Dinamomet ro) pordebajo de la geomalla. Halar el dinamomet ro de un solo envion hasta que se desp renda la geomalla. La cantidad de emu lsion sera aquella para la cualla resistencia a la adherencia sea mayor a 5 Kg-f.

202)


8.7.4 Capa de ni velaci6 n cuando se utiliza geomalla de fibra de vidrio Si la superficie no estii ni velada, un espesor minima de 3 cm de concreto asfiiltico como ni velaci6n sobre la superficie de asfalto existente debe ser colocado. Si la via es en concreto hidriiulico el espesor minima de ni velaci6n serii de 4 cm. Es importante tener en cuenta un riego de liga entre la carpeta asfii ltica antigua

0

sobre la losa de concreto

antes de aplicar la capa de ni velaci6n. La capa de ni velaci6n debe proveer suficiente adhesivo a la geomalla. Aunque la geoma lla de fibra de vidrio posee un recubrimiento bituminoso que garantiza la correcta adhe rencia de la geomalla a las capas de asfalto, se debe emplear un riego de liga entre las capas asfiilticas para garantizar una completa adherencia entre estas. La geomalla de fibra de vidrio no debe ser instalada d irectamente sobre superficies fresadas. EI minima tratamiento debe ser: limpiar, re parar las fi suras y baches y emplear una capa de ni velaci6n de minima 3 cm. 8.7.5 Ca racteristicas del geotextil a in stalar EI geotextil que se emplea en pavimentaciones y repavimentaciones de be ser del tipo no tejido punzonado con agujas, los cuales deberiin tener la ca pacidad de absorbe r la cantidad suficiente de ligante asfii ltico; dichos geotextiles pueden ser de polipropileno

0

poliester.

EI geotextil a ser empleado en pavimentaci6n y repavimentaci6n durante su proceso de instalacion puede estar sometido a unos esfuerzos; para su supervive ncia frente a dichos esfuerzos debe cumplir con las propiedades que se enuncian en la Tabla 8.5 . Tabla 8.5 Requerimientos del geotextil. Especificaciones generales de construcc i6n de ca rreteras AASHTO M288-0S/Articu lo 464INVIAS

No rma de ensayo

Elongacion media

INV E- 901


INV E- 901

450 N

Retencion asfiiltica

INV E- 9 11

Nota 3

Masa por unidad de iirea

INVE-9 12

140 g/rrr

ASTM D276

Nota 4

Punto de fusion (I)

Va lor minima promedio por rollo (VMPR)IU

Propiedad

Elongacion

~

SQ%[l)

L.... valo .... num .... ic .... de la TabL.
"reo de ..n"'YO' d.. un proc....o p"ra dar conformidadll un lot.. qu.. esl" bIojo comprobodon, eI promec1io

d .. l.... resultados correspond;"nles de 1m en
(MARV)~

0

(gual al vllior

0....:1....1 punto

d .. vi"a del produclor, correspond .... 1valor pl'Ol'Yl<'dio d .. llot" men .... do. (2) veees III desviadon """nd"r d .. lo. vlliore. de la producdan. (2)

(3)

llI .. longllCian " SO% hlIc .. ref.. renda a I.... g .. otextil ... no I"jidos.

1lI M .. ndon ...f.. llica mini"'" .... a d .. 0.9 lIml; .in .. mbargo, la r.. lendon a.fallic" medida .. n lilro. por cad.. metro cuaelraclo (lIml) p"ra cacla

9<'Ol ..xtil debe ..... uminimacla por ..1fabricanl... EI vllior no indka la la ... d .. aplicllCion d .. ",fallo ",qu.. rido .. n la conmucdan, soIamente indica .. I valor p"ra .Murer eI g<'Ol"xtil. La rel .. ndon lI,faltka d..J ProdUClo, r.. p...... nlll eI VMPR sumini.trado par "I fabricant... EI vlIlor d .. retenciOn lI.faltka ....Ia dado .. n I"'mino. d .... ,fallo re.idual .. n
EI punto de fusian del 9<'Ol ..xtil ... ra " 15O'C cuando L. nueva cap" adallicll ..... prep"rada con aofalto tradicional. EI punlo d .. fu.iOn del 9<'Ol ..xtil ...... " 2S0"C cuando la nuevll
CAPITULO 8: PAVIMENTACION YREPAVIMENTACION CON GEOSINTt:nCOS

203)

~ Tabla de contenido 8.7.6 Caracterfsticas de la geomalla de fibra de vidrio a instalar La geomalla de fibra de vid rio a ser empleada en pavimentacion y repa vimentacion, es fabri cada por un proceso de tejido de punto usando una serie de filam e ntos de fibra de vidrio que fo rman una estructura de rejilla. Estos filam e ntos estan recubiertos con un polimero que pe rmite que la geomalla posea una buena adherencia a las capas asfalticas. Cada filament o posee alta resistencia a la tensio n y alto modulo de elasticidad (69,000 Mpa) para elo ngacio nes bajas. Esta combinacio n hace a la geomalla de fibra de vid rio mas fue rte que el acero li bra por li bra. Las principales caracteristicas de la geomalla son las que se e ncue ntran en la Tabla 8.6. Seg un las solicitaciones de tensio n para la estructura de pavime nto, puede o ptarse por usar geomallas de SOKN/m o 100KN/m. Las principales caracteristicas de la geomalla son las que se encuentran e n la Tabla 8.6. Tabla 8.6 Requerimientos de la geomalla de fibra de vidrio

Propiedad

No rma de ensayo

Referencia R50

Referencia Rl 00

Resistencia a la tension ultima (SL 1ST)

ASTM 0-6637

50 / 50

100 / 100

Elongacion maxima a la rotura (SL 1 ST)

ASTM 0-6637

<3%

<3%

Menos del 0.5%@2000(

Menos del 0.S%@2000(

despues de 15min

despuesde l Smin

Propiedades de retraccion

(RORGO l

Tamalio de abertura de la malla (5L1 ST)

Med ido

20mm / 20mm

18mm / 18mm

Resistencia a la temperatura

Min imo

Hasta 200 0(

Hasta 200 0(

ASTM 0-276

> 3000(

Punto de fusion

SL: Sentido lo ngitudinal, ST: Sentido transversal.

204)

Valores

> 300

0 (


8.7.7 Insta laci6n del geosintetico La instalaci6 n del rollo del geosintetico (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavime ntacion) puede ser realizado manual

0

mecii nicame nte, existie ndo equipos patentados para la colocacio n de los rollos. En nuestro medio la

instalacio n se ha ve nido haciendo manualmente, sie ndo necesa ria una cuadrilla de tres personas (dos manteniendo la alineacio n del rollo y desenrolliindolo, y otra persona cepillando sobre el geosintetico, eliminando al maximo las arrugas), sin necesidad de ser mana de obra capacitada ni especializada. Para esta aplicacio n, si se utiliza geotextil, se debe instalar siempre la parte sin te rmofundir e n contacto directo con elligante, sin arrugas.

Figura 8.6 Instalaci6n del geosintetico. Para facilita r un mayo r contacto (adherencia) del geosintetico (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repa vimentacio n) con el ligante y con la capa antigua y eliminar e n mayo r proporcio n las arrugas del mismo, se pod ran utiliza r equipos mecii nicos como es el caso de un compactado r de lIantas en una pasada directamente sobre el geosintetico transitando a bajas velocidades. No es necesario rea lizar la sujecio n del geosintetico a la capa vieja mediante davos 0 puntillas. Pueden usarse puntillas al inicio del rollo de la geoma lla de fibra de vidrio.

-' O~=

Figura 8.7 Compactador de ttantas sobre el geosintetico. Cuando se esta e n zo na de curva, para instalar el geosintetico (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repa vimentacio n), este se debe cortar en pequefias seccio nes en fo rma rectangular como si se estuvie ra armando la cur va por segme ntos.


205)

~ Tabla de contenido Se recomienda emplear guantes para manipular la geoma lla ya que la fibra de vidrio al estar en contacto directo con la piel puede genera r picazon. Se deben tener cuidados especiales con las cond iciones climatologicas, pues nunca se podrii instalar el geosintetico (geoma lla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentacion) cuando la capa de pavimento antiguo este en condiciones humedas, en el caso de querer hacer grandes avances en la instalacion del geosintetico es necesario prever que no Iloverii en la zona. Esta es la unica condicion que pudiera lIegara afectar el avance de la obra. Si durante la insta lacion inicia la lIuvia cuando se utiliza geotextil y este se encontraba extendido se moja completamente, entonces se debe secar total mente antes de ser utilizado para esta aplicacion. A manera de solucion parcial para casos donde el geosintetico (geoma lla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentacion) se haya mojado con una lIovizna superficial se podrii soplar con aire a presion para eliminar toda la humedad presente en el mismo. Si se lIegase a realizar el proceso de instalacion de la nueva carpeta sobre el geosintetico en cond iciones humedas, no se lograrii una buena adherencia de todo el sistema, generando posibles fallas posteriores en el funcionamiento del mismo. Como recomendacion de trabajo en obra, solo se debe insta lar la cantidad de geosintetico que se esta segura quedarii completamente cubie rto al finalizar el dia. 8.7.7.1 Tratamiento a la s arrugas que se puedan formar Otra de las consideraciones criticas es la insta lacion correcta del geosintetico (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavimentacion) sobre la superficie de la via impregnada con ligante asfiiltico, evitando al miiximo la formacion de arrugas ya que estas no permitiriin que la absorcion del asfa lto liquido sea suficiente para la formacion de la barrera impe rmeable cuando se usa geotextil, ni de una buena adherencia cuando se usa geomalla, reduciendo los beneficios a largo plazo de esta membrana de intercapa .

}{

......... .......... ••••••••• •••••••••• •••••••••

••••••••••

•• ••••••• • •• ••••••••

~

....... . •••••••

• ••••••• • ••••••••• • •••••••••

Figura 8.8 Formaci6n de arrugas. En la Figura 8.8 se puede observar como en la zona de la arruga se genera tras capas del geosintetico utilizado, haciendo imposible la saturacion y/o adherencia con el ligante asfiiltico. Es en estas pequenas zonas, donde de no hacerse las correcciones en el momenta preciso, no se lograrii la impermeabilizacion esperada en el caso del geotextil, ni se generarii una adhesion adecuada en el caso de la geomalla, se generariin fisuras y desprendimientos en pequenos bloques tiempo despues en la carpeta asfiiltica que se encuentra justo encima de las arrugas excesivas. Los cuidados principales para el tratamiento de las arrugas incluyen los sigu ientes: Las arrugas y dobleces de miis de 25 mm deberiin cortarse con un bisturi y aplanarse siempre en el sentido del avance de los equ ipos utilizados en la pavimentacion, para evita r levantamientos. En el caso de que la arruga 0 doblez sobrepase los SO mm, este exceso deberii sereliminado.

206)


Cuando se utiliza geotextil, en los traslapos necesarios en la reparacion de arrugas deberii contemplar el uso de ligante adicional para saturar las dos capas de geotextil y formar una liga, evitando posibles pianos de deslizamiento. 8.7.7.2 Traslapos a sola pes Cuando se utiliza geotextil de repavimentacion como regia general, se recomienda que los traslapos en cualquier direccion no deben exceder los 15 cm. En las zonas de traslapos se debe hacer una impregnacion adicional con ligante asfiiltico para garantizar la saturacion total del geotextil. Cuando se utiliza geoma lla, los traslapos en el sentido longitudinal deben ser como minima de 10 cm y en el sentido transversal como minima 15 cm. Los traslapos deben superponerse en el sentido de la colocacion de la mezcla y deben impregnarse adicionalmente con ligante asfiiltico para garantizar una completa ad herencia de la geoma lla en la zona de traslapos. 8.7.7.3 Separacion de la geomalla a los bordes Perimetral a los bordes de la via, en sardineles, pozos, ciimaras y estructuras hidriiulicas se debe dejar la geomalla de fibra de vidrio separada con un margen de 10 cm, para evitar abso rcion de agua por accion capilar. 8.7.8 Espesores mfnimos de la capa de repavimentacion cuando se utiliza geotextil de repavimentacion 5e considera al igual que en cua lquier procedimiento de repavimentacion que el espesor minima constructivo de la nueva capa debe ser minima 5 cm para pavimentos flexibles hasta una pendiente miixima del 4% en sentido longitudinal, minima de 7 cm en pendientes longitudinales del 4% al 6%, por encima del 6% debe consultarse con el diseiiador los espesores minimos de carpeta asfiiltica con el fin de evitar desplazamientos de sobrecarpeta. Cuando se trabaja sobre pavimentos rigidos el espesor minima recomendado es de 7 cm. Para lograr un mayor beneficio cuando se rehabilite un pavimento rigido, dependiendo de su nivel de deterioro, nivelar y estabilizar las placas en caso de ser necesario, instalando una capa de concreto asfiiltico de gradacion abierta y sobre esta el geotextil de repavimentacion. AI colocarse capas de repavimentacion con espesores menores a los recomendados es posible que la capa conformada por el geotextil saturado empiece a absorber esfuerzos muy altos a la traccion por efecto del movimiento de los vehiculos sobre la ca rpeta nueva, esfuerzos para los cuales no esta diseiiada dicha capa, ya que no se considera como una capa de refuerzo, trayendo posible desplazamientos de la nueva ca rpeta de repavimentacion. Cuando se utiliza geotextil de repavimentacion, este puede ser instalado directamente sobre una superficie fresada siempre y cuando se garantice una homogenizacion en los surcos que genera la fresadora y que no superen diferencias entre ellos de miis de 1 cm, asi mismo se debe ga rantizar que la superficie este libre del polvillo generado en este proceso.


207)

~ Tabla de contenido 8.7.9 Espesores minimos de la capa de repavimentac i6n c uando se utiliza geomalla de fibra de vidrio 8.7.9.1 Geoma lla en rehabilitaci6n de pavimentos flexibles Si la supe rficie no estii nivelada, un espesor minima de 3 cm de concreto asfii ltico como nivelaci6 n sobre la superficie de asfalto existente debe ser colocado. Es importante tener en cuenta un riego de liga sobre la carpeta asfiiltica antigua antes de ap licar la capa de ni velaci6n. Se considera al igua l que en cualquier procedimiento de repavime ntaci6n que el espesor minima constructi vo de la nueva capa asfiiltica po r encima de la Geomalla deberii ser de 5 cm, para pavimentos flexibles con pendie nte lo ngitudinal hasta del 4%. La geomalla de fibra de vidrio no debe ser instalada directamente sobre superficies fresadas. EI minima tratamie nto debe ser limpiar, reparar las fi suras y baches y emplear una capa de ni velaci6 n de minima 3 cm. Para pendientes longitudinales entre el 4% y el 6% el espesor minima de la ca rpeta asfii ltica sobre la Geomalla de fibra de vidrio serii de 6 cm. Para pendientes ma yo res al 6% debe consultarse con el disefiador los espesores minimos de carpeta, con el fin de evitar desplazam ie ntos de la sobrecarpeta. 8.7.9.2 Geoma ll a en pavimentos flexibles nue vas Si la geoma lla se utiliza e n un pavimento asfiiltico nuevo con el fin de aumentar la vida ut il de este, no es necesario e mplear la ca pa de ni velaci6 n ya que la Geomalla de fibra de vidrio quedarii embebida sobre dos capa s asfii lticas y estarii apoyada sobre una capa asfii ltica nueva . Se debe te ner e n cuenta que el recubrimie nto minima de concre to asfiiltico po r encima de la geomalla es de 5 cm y minima por debajo como si la supe rficie de apoyo fu e ra una capa de ni velaci6 n es de 3 cm. 8.7.9.3 Geoma lla en rehabilitaci6n d e pavimentos de concreto hidriiulico Cuando la geomalla es empleada como re habilitaci6n de pavimentos de concre to hidriiulico, el espesor minima de ca rpeta asfiiltica sobre la geomalla serii de 6 cm. Asi mismo el espesor minima de ni velaci6n sobre las losas de concreto serii de 4 cm. Es importante te ne r en cuenta un riego de li9a sobre la losa de concreto antes de aplica r la ca pa de ni velaci6 n. 8.7.10 In stalaci6n de la ca pa de repavimentaci6n La capa de repa vime ntaci6 n de concreto asfii ltico podrii ser colocada inmediatamente despues de habe r side instalado el geosinte tico (geomalla de fibra de vidr io, geotextil de repavime ntaci6 n); dicha capa se instalarii mediante el empleo de una fini she r y se compactarii al ig ual que e n cualquie r proceso de pavimentaci6n y/o repavime ntaci6n. La unica precauci6 n que se debe te ner e n cue nta es que los equipos de construcci6 n no realicen movimientos bruscos sobre el geosintetico (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavime ntaci6 n). Cuando se utiliza geotextil de re pavime ntaci6n para evitar una ad herencia excesiva e ntre las lIantas de los equipos y el geotextil, este tie ne un disefio especial. Normalmente el geotextil para esta aplicaci6n tie ne termofundida una de sus caras que serii final mente la que quedarii hacia a rri ba en contacto directo con los equipos y la otra sin ningun tratamie nto especial queda rii colocada hacia abajo sobre elligante asfii ltico.

208)


La geomalla de fibra de vidrio presenta un recubrimie nto bituminoso por sus dos caras por eso no se debe te ner e n cue nta ningun sentido de instalacio n en especia l. 8.7.11 Cuidados de a lmacenamiento Con e l fin de evita r e l humedecimie nto y la degradacio n ori ginada por la radiacio n ultravio leta de los ro llos de geosinte tico (geomalla de fibra de vidrio, geotextil de repavime ntacio n), estos deberiin estar pro tegidos po r una envoltura plastica, ademiis debe preverse que los rollos esten protegidos con una cubierta im permeable y levantados sobre e l piso. La humedad del ro llo ge nera posibles rechazos durante e l proceso de colocacio n y compactacion de la capa de repa vime ntacio n, a l no poder escapar a l vapo r de ag ua generado.

B.B EJEMPLO DE DISENO CON RELACI ON BENEFICIO - COSTO Una via interurbana de 2 carriles soporta una carga promedio de 4000 vehfculos po r dia, 400 (10%) los cuales son ca mio nes pesados de 30.000 li bras promedio de masa en total. La ca rga por eje sencillo esta limitada a 18.000 lb. EI triifico aumentara a una rata de 4% anualmente. EI pavime nto existe nte consiste en 75 mm (3 pulgadas) de concreto asfii ltico y 200 mm (8 pulgadas) de base de pied ra picada, sobre un sue lo de C8R

=

50%. EI pavimento en

genera l esta e n buenas condicio nes, pero las eva luacio nes indican que es necesari o un reforza mie nto para manejar e l incre mento del trafico. Encontrar e l espesor de la capa de asfalto necesaria, para un periodo de d iseiio de 20 aiios a. Sin usar geotextil b. Usando e l geotextil con FEF = 2.1 c. Comparar los dos espesores de capa Solucio n: a. Para la solucion de l proble ma se toma como proced imie nto de referencia e l Documento Tecnico del Asfa lto (129), donde se de termina un nume ro de triifico inicia l ig ual a 90, y un factor de ajuste de 1.49, resultando un numero de triifico de d iseiio para e l caso de no reforzado igual: DTN

90 x 1.49

DTN

134

Para calcular e l espesor de asfalto reque rido, teniendo una C8R de 5%, se re mite a la Figura 8.9 "Espesor reque rido del asfalto para la estructura de pavimento usando e l CBR de la sue lo de la subrasante (lnstituto de Asfalto (129)): para un pe riodo de diseiio de 20 aiios.


209)

~

Tabla de contenido

'".

mm

" '"' " '" " .00 " ,,- '" '" " '" " "

NoW Grflfica basada en periodo de diseo'lo de 20 ao'los

,

,

'00

'"

CBR

, , •

,

•

,

, , ,,-

, "

" " '"

,

45 (r)

'00

'00

" 25 arios 6 mas

""" "''''' •

'00

Figura 8.9 Espesor requerido para la estru ctura del pavimento asf;iltico usando el CBR del suelo della subrasante (Documento Tecnico delln stituto del Asfalto).

210)

134 (r)


Donde resulta: 9.5 pulgadas EI espesor efecti vo de pavimento exi ste nte (TE) calculado usando e l fa cto r de carga de 0.8 en e l asfalto existe nte y 0.4 en la base de la estructura de l pavimento (Valo res recome ndados por e l documento

t~k ni co

del Asfa lto [129))

es igual a: 3.0 * 0.8 + 8.0 * 0.4 5.6 pulgadas Po r consig uiente, e l espesor de capa reque rido (Tool sin e l uso del geotextil es de:

9.5 - 5.6 4.0 pu lgadas b. La solucio n va ria para e l caso donde se usa geotextil, de la sigu ie nte fo rma:

DTN

DTNn/FEF' Tabla 8.7 Valo res FEF

Geotextil

Tipo Probeta de control (sin geotextil)

Ciclos de falla

Desviacion estandar

Factor de efi cacia del material" l

D

48D

50

1.0

Masa por unidad de area (glm1j

MOdulo secante

D

(N)

8

Geotextil No tejido punzonado por agujas de polipropileno

15D

590

lDOO

55

2. 1

C

Geotextil No tejido punzonado por agujas de poliester

200

540

2300

880

4.8

D

Geo textil No tejido punzonado por agujas de polipropileno

200

930

3260

6lD

6.8

E

Geo textil tejido de poliester I polipropileno

170

1600

2760

570

5.8

A

Geotextil No tejido termounido de poliester

108

2000

7650

75

15.9

Fuente: "D.... igningWith Geosynthl'tic..·. Quinta Edicien.

Con 10 anterio r, obtene mos un resultado de:

DTN

134/2.1

DTN

64

I Donde FEF e. el f""tor de eficacia de f';b.ica de las dife.ent.,. da •.,. de geotextil que.e pueden utilizar para e.UI funcion. Lo. valore. de FEF va.;"n deacue.ooa la Tabla 7.7.


211 )

~ Tabla de contenido Nuevamente, utilizando la Figura 7.7 y usando el valor de CBR = S, resulta un espesor de asfa lto de: 8.6 pu lgadas Por consiguiente, el espesor de capa requerido (Tori con el uso del geotextil es de:

T.

8.6 - S.6

T.

3.0 pulgadas

c. De tal manera que el "ahorro· de espesor en capa de asfalto usando el geotextil (y basado en la hipotesis de reforzamiento) es de:

4.0 - 3.0 1.0 pu lgadas Ejemplo desarrollado por Robert Koerner en su li bro «Designing with Geosynthetics» Sa. Edicion. Pag. 280 - 28 1.

BIBLIOGRAFIA Designing with Geosynthetics. Sa Edicion. Huang, Yang H. · Prediction of Fatigue Crackin g and Rutting in Aspha lt Pavements"; SHRP. United States Of Ame rica 199 1. Checkmate Geosynthetics. "Technical Note, Solution for aspha lt cracking"2007. Especificaciones Generales de Construccion con Geosinteticos. Geosistemas Pavco SA, 2008.

212)

MANUAl Y SOFTWAAl: DE DISI NO

Geosoft® PAVeo

,

--

.

CAPfTULO

SISTEMAS DE

SUBDRENAJE PARA VIAScON GEOTEXTIL y MATERIAL GRANULAR VoIve, .1 indice


214)


9.' GENERALIDADES En el mundo y especialmente en Latino America, la creciente demanda de obras civiles durables y que permanezcan en buen estado hace que los ingenieros en la actualidad tengan que pensar en diseiios optimos de acuerdo con los mejores criterios internacionales de ca lidad. Un buen sistema de drenaje y/o subdrenaje esta intima mente relacionado con una mayor durabilidad de las obras. De hecho, la vida util de la s vias depende en gran parte del periodo de tiempo en que el exceso de agua este presente en su estructura. EI buen diselio de un sistema de subdrenaje que involucre la utilizacion de geotextiles en las obras civiles, sera sin lugar a duda, un aporte fundamental en la calidad de dichas obras, ya que el exceso de agua en algunos suelos, especialmente los de grano fino afecta los parametros de resistencia, susceptibilidad en los cam bios volumetricos y los mecanismos de transmision de presiones aplicadas.

9.2 INTRODUCCION Este documento es una guia practica para diseliar sistemas de subdrenaje, de tal forma que se lIegue al diselio, tecnico y economicamente mas conveniente. Lo que tradicionalmente en la ingenieria se ha lIamado filtros, real mente es un sistema de drenaje 0 subdrenaje. Un sistema de drenaje subsuperficial eficiente y estable, es necesario que este compuesto por un medio filtrante y otro drenante. Se entiende por medio filtrante, el elemento que retiene el suelo pero permite el paso del agua, fun cion que desempeiia el geotextil. EI medio drenante es el encargado de transportar el agua que pasa a traves del filtro, funcion que desempelia cualquier medio poroso que bien puede ser natural

0

sintetico. Un sistema de drenaje es

la suma de los dos procesos anteriores. EI objetivo de los subdrenajes para vias es evitar la saturacion total de la estructura, captando, conduciendo y evacuando el agua que pueda entra r en la estructura del pavimento. Para lograr el buen diselio de un subdrenaje se debe tener en cuenta cuatro aspectos fundamentales: 1. Determinar la ubicacion y profundidad de la direccion del flujo, que puede ir en sentido longitudinal

0

transversal

con respecto al eje de la via. Para captar aguas subsuperficiales es conveniente tener en cuenta el diseiio de un sistema de captacion, que asegure la rapida lIegada del agua al subdren, verificando la velocidad de lIegada. En la mayoria de los casos es recomendable especificar un sistema de subdrenaje, compuesto por: geotextil - geored geotextil; un material granular limpio de gradacion abierta protegido por un geotextil, que cumpla la funcion de filtro;

0

por un geotextil de espesor conside rable que tenga propiedades de drenaje planar. Lo anterior se debe a

que los suelos de subrasante en la mayo ria de los casos presentan permeabilidades muy bajas. 2. Estimar el caudal critico para la longitud de descarga, el cual es la sumatoria de los caudales de aporte, que provienen del nivel freatico y de infiltracion. EI agua de infiltracion proviene de aguas lIuvia y superficiales que se filtran directamente a traves de la carpeta del pavimento 0 a traves del suelo aledalio al tramo de via en consideracion. 3. Dimensionar la seccion transversal del subdren capaz de conducir la suma de los caudales de aporte, con una velocidad de evacuacion adecuada. 4. Los sistemas de subdrenaje deben contar un sistema de filtracion adecuado, que asegure una mayor vida util del sistema y por consiguiente de la estructura del pavimento. EI uso de los geotextiles ha venido desplazando los sistemas tradicionales de filtracion, debido principalmente al aumento de la vida uti!, facilidad de instalacion, reduccion de costos totales de la construccion y en general por ser un sistema constructivo ambientalmente eficiente. CAPITULO 9: SISTEMAS DE SUBDRENAJE PARA ViAS CON GEOTEXTIL Y MATERIAL GRANULAR

215)

~ Tabla de contenido 9.3 METODOLOGiA DE DISENO DE SUBDRENAJES 9.3. 1 Determinaci6n de la ubicac i6 n de las lineas de 5ubdre naje a 5ubdre najes La ubicacion del subdrenaje, debe ser de tal manera que intercepten el agua 10 miis perpendicularmente posible. Lo anterior quiere decir, que en tramos donde la pendiente longitudinal sea mayor que la pendiente de bombeo, es miis eficiente colocar subdrenajes transversales. Esto debido a que el agua se moverli en direccion de la suma vecto rial o resultante de las pendientes. Por ejemplo en un tramo con una pendiente long itudinal del 4% y una pendiente de bombeo del 2%, la resultante forma un iingulo de 63 grados con respecto al eje horizontal, en esa direccion se moverii el agua (Ver Figura 9. 1). 5i el lingu lo resu ltante es menor a 45 grados las lineas de subdrenaje deben correr paralelas al eje (subdrenajes long itudinales), si es mayor a 45 grados las lineas de subd renaje deben correr normal al eje (subdrenajes transversales).

Figura 9.1 Direcci6n de la resultante de dos pendientes dadas. 9.3.2 Estimaci6n del cauda l de diserio Para diseriar subd renaje laterales en una via, se debe considera r primero la distancia entre alcanta rillas

0

los sitios

en donde los subd renajes realizan la descarga de agua. Para establecer las distancias de los tramos, se debe tener en cuenta que cada tramo conserve en 10 posible, caracte risticas simi lares, por ejemplo igual pendiente, condiciones geomorfologicas similares

0

condiciones geometricas de la via similares. Entre miis la rgo sea el recorrido del agua

dent ro de un subdrenaje, mayor tendrii que ser su capacidad de transporte debido a que a 10 la rgo del subdrenaje se van sumando cauda les de aporte. Posterio rmente se identifica las posibles Fuentes a tener en cuenta para el ciilculo del cauda l total. Los subdrenajes son sistemas que se utilizan para retirar el agua infiltrada

0

subterriinea que ha entrado en la

estructura. Un sistema eficiente de drenaje en vias se debe complementar con estructuras de drenaje superficial como son: cunetas, zanjas de coronacion, trincheras drenantes, de manera que ayuden a reducir la infiltracion del agua al subsuelo. Los caudales de aporte que conforman el caudal total para el diserio de un subdrenaje en la estructura de un pavimento son: EI cauda l generado por la infiltracion de agua lIuvia. EI cauda l generado por el abatimiento del nivel de agua subterrlinea.

216)

Tabla de contenido

~

Es importante determinar adecuadamente las iireas aferentes para el ciiku lo del cauda l por infiltracion ya que muchas veces el subd renaje puede captar agua de infiltracion proveniente de los taludes a ledanos. Caudal par infiltrac i6n EI agua lIu via cae directamente en la carpeta del pavimento. Una parte de esta inevitablemente se infiltra en la estructura del pavimento debido a que las carpetas de pavimento tanto rigidas como flexibles, no son impermeables. Por 10 tanto e l caudal de infiltracion se calcula de la siguiente forma: (9.1 )

Q jnf

Donde:

'.

Precipitacion miixima horaria de frecuencia anua l, registrada en la zona del proyecto. Dato que se puede extraer de las curvas anexas a este documento (ver anexo 3), las cuales son las de intensidad - duracion - frecuencia para las diferentes zonas del territorio Colombiano. Usualmente se toma e l interva lo entre 60 y 120 minutos y se escoge la curva de 2 anos. Alternativamente se pueden emplear ecuaciones para determinar la precipitacion si no se cuenta con curvas IDF para la reg ion en estudio . Dichas ecuaciones estim correlacionadas con datos pluviometricos medidos en campo. Para tal efecto se presenta en este manual la investigacion realizada por Vargas y Diaz-Granados para determinar la ecuacion miis apropiada (ver anexo 4) a emplearse para establecer la precipitacion en e l territorio Colombiano (estas ecuaciones se emplearan a criterio del disenador).

B

Para subdrenajes longitudina les, B es la semibanca de la via (ancho de la via/2). Para el caso de subdrenajes transversales, B es la distancia entre subdrenajes.

L

Longitud del tramo de drenaje. Factor de infiltracion. (Ve r Tabla 9.1) Factor de retencion de la base, refleja e l hecho de que las bases dado su tiempo de servicio disminuye su permeabilidad. (VerTabla 9.2)

Tabla 9.1 Val ares recamendadas para FI

Tipo de Carpeta Carpetas asfiilticas muy bien conservadas

0.30

Carpetas asfiilticas normal mente conservadas

0.40

Carpetas asfiilticas pobremente conservadas

0.50

Carpetas de concreto de cementa Portland

0.67

Tabla 9.2 Valares recamendadas para FM

Tipo de Base Bases bien gradadas, en servicio 5 alios 0 mas

114

Bases bien gradadas, en servicio menos de 5 alios

1/3

Bases de gradacion abierta, en servicio 5 alios 0 mas

1/3

Bases de gradacion abierta, en servicio menos de 5 alios

112

CAPITULO 9: SISTEMAS DE SUBDRENAJE PARA ViAS CON GEOTEXTIL YMATERIAL GRANULAR

217)

~ Tabla de contenido Caudal par abatimiento del nivel freatico En sitios donde el nivel freatico

0

el agua proveniente a presion alcancen una altura tal. que supere el nivel de

subrasante afectando a la estructura del pavimento, es necesario abatir este nivel de manera que no genere inconven ientes por excesos de agua. EI calculo de este caudal se basa en los siguientes parametros: k * i " Aa

Q.

(9.2)

Donde:

k

Es el coeficiente de permeabilidad del suelo adyacente. Es el gradiente hidraulico. (ota inferior del subdren. (Ver Figura 9.2)

N,

(ota superior del nivel freatico. (Ver Figura 9.2)

A.

Es el area efectiva para el caso de abatimiento del nivel freatico.

B

Para subdrenajes longitudinales. b es la semibanca de la via. Para el caso de subd renajes transversales, b es la distancia entre subdrenajes. Longitud del tramo de drenaje.

L

Una vez estimados los caudales de aporte al sistema se obtiene el cauda l de diselio: Q... + QNf

(9.3)

Nota: EI cauda l por abatimiento del nivel fretitico en la mayoria de los casos se presenta a los dos lados de la seccion transversal del subdren, el caudal de diselio (QNt) debe ser duplicado.

•

Q

~

•

Nf

Subrasonle

~ •

•

•

•

o

Nd

Drenoie Geofexti l _

•

Q

..~

Figura 9.2 Secci6n transversal de un sistema de subclrenaje lateral en vias.

Caudal par escarrentia superficial Este caudal puede ser controlado con metodos de captacion tales como cunetas, contracunetas y alcantarillas, de manera tal. que se minimice la entrada de agua a la estructura del pavimento. En tramos donde se considere el cauda l de agua infiltrada proveniente de escorrentia como un caudal de aporte, se debe estimar teniendo en cuenta los metodos hidrologicos y ser considerado en el diselio.

218)


9.3.3 Dimensionamiento de la secci6n transversal Teniendo el caudal total Or, el cual es la suma de los caudales calculados, se realiza el si9u iente procedimie nto: V" i "A

(9.4)

Donde: Caudal to tal

v

Velocidad de fluj o, la cual depende de la pendiente lo ngitudinal y del tamario del agregado usado e n el subdren. (Ver Figura 9.3) Gradiente hidriiulico que para el caso de subdrenajes es

=,.

Area de la seccio n transversal del subdre n, normal me nte se fija el anc ho y se

A

despeja su altura. Una vez o btenida la seccio n transversal del subdre n, se puede calcular su perfme tro. La lo ngitud de desa rrollo del geotextil corresponde al perfmetro miis el traslapo (0.25 - 0.35m). Geosiste mas PAVCD fabri ca anchos de rollos de ac uerdo a la necesidad de los diserios de tal mane ra que no se genere desperdicio y el subdre n quedarii diseriado de la mane ra tecnica y economicame nte miis conve niente. Para el caso e n que se requiera aumentar la efi cie ncia de los subdrenajes es recomendable usar tube rfa de drenaje, dentro del subdre n, de esta manera se aumenta la eficiencia de drenaje, permitiendo el pa so a un caudal mayor en una misma seccio n transversa l. EI diiimetro de la tuberfa de drenaje a usa r se puede estimar hacie ndo uso de la ecuacion de Ma nning. Por tanteo se asume un diiime tro de tuberfa y se rectifica si cu mple la siguie nte ig ualdad: (l In) * A" RlIl * S1I1

(9.5)

Donde: Caudal to tal calculado Coefi ciente de Manning. Para tube rfa pe rfo rada usual mente es 0.0 13 A

Area del tubo

R

AT/ PT (A rea total I Perfmetro total) A tubo Ilene

5

Pendie nte del subdre n

La linea supe rior de fluj o

0

ni vel freiitico no debe superar en ningun momenta la cota de subrasante, con este

crite rio se debe establecer la profundidad del subdre n Nd .

CAPITULO 9: SISTEMAS DE SUBDRENAJE PARA ViAS CON GEOTEXTIL YMATERIAL GRANULAR

219)


0.75 0.5

0.25

o

o 0.5

1.5 2 2.5 3 3.5 4 Pendlente de Svbdren ('70)

Figura 9.3 Pendientells.llelocidad, segun el tamano del agregado (Para agregados de tamaiio uniforme). 9.3.4 Evaluaci6n del geotextil a usar en el filtro EI filtro evita una excesiva migracion de particulas de suelo y simultaneamente permite el paso del agua, 10 anterior implica que el geotextil debe tener una abertura aparente maxima adecuada para retener el suelo, cumpliendo simultaneamente con un va lor minima admisible de permeabilidad, que permita el paso del flujo de una manera eficiente. Para lIegar a la seleccion del geotextil no solo hay que tener en cuenta 10 ante rior, sino ademas, la resistencia a la colmatacion, supervivencia y durabilidad. Media Drenante

filtrar lejida

Figura 9.4 Paso del agua a traves del sistema de filtracion. La metodologia de diseiio, consiste en revisar, cual de los geotextiles, satisface la s caracteristicas hidraulicas y mecanicas que resulten de la revision de los criterios de diselio que se presentan a continuacion: Criterio de retenci6n (TAA)l Este criterio asegura que las aberturas sean 10 suficientemente pequelias para evitar la migracion del suelo hacia el medio drenante 0 hacia donde se dirige el flujo. De acuerdo con 10 establecido en "Geotextiles Engineering Manual" de la Federal Highway Administration (FHWA) y basados en los criterios de retencion de Christopher y Holtz (1989), Carroll (1983), un geotextil debe cumplir con la siguiente condicion: < D8~ " B

TAA

(9.6)

Donde: TAA

Tamaiio de abertura aparente, dato suministrado por el fabricante. Corresponde a la abertura de los espacios libres (en milfmetros). 5e obtiene tamizando unas esferas de vidrio de diametros conocidos, cuando el 5% de un tamalio determinado de esferas pasa a traves del geotextil, se define el TAA. Ensayo A5TM 04751 , INV E-907. Tamaiio de particulas (en milimetros) que corresponde al 85% del suelo que pasa al ser tamizado. Este dato se obtiene de la curva granulometrica del suelo en

'HOlTZ, Robert, Geosynthetic Engi ...... eting.Junio 1997, Pag •. 36 - 38.

220)


consideracion. Coeficiente que varia entre 1 y 3. Depende del tipo de suelo a filtrar, de las

B

condiciones de fluj o y del tipo del geotextil. Para arenas, arenas gravosas, arenas limosas y arenas arcillosas (con menos del 50% pasa tamiz #200), B es funcion del coeficiente de uniformidad

c... donde (., = DwDl~ de la siguiente manera:

=

B= 1

=

B=0.5x(.,

=

B=8/(.,

Para suelosarenosos mal gradados usar Bentre 1.5 y 2. Para suelosfinos (mas del 50% pasa tamiz #200) B es funcion del tipo de geotextil. Para Tejidos:

B= 1

=

TAA,,; D85

Para No Tejidos:

B= 1.8

=

TAA,,;1.8*D8~

5egun Christopher y Holtz, para suelos cohesivos con un indice de plasticidad mayor a 7, el valo r del Tamalio de Abertura Aparente debe ser de: TAA < 0.30mm Criterio de permeabilidad 5e debe permitir un adecuado flujo del agua a traves del geotextil considerando su habilidad para esto. EI coeficiente de permeabilidad es la propiedad hidraulica por medio de la cual el geotextil permite un adecuado paso de flujo perpendicular al plano del mismo, para revisar la permeabilidad del geotextil se debe tener en cuenta

10 siguiente: Para condiciones de flujo estable

0

flujo laminar" y suelos no dispersivosl, con porcentajes de finos no mayores

al 50% y de acuerdo con el criterio de Schober y Teindl (1979); Wates (1980); Carroll (1983); Cristopher y Holtz (1985) y numerosos otros: (9.7)

Donde:

k,

Permeabilidad del geotextil

k,

Permeabilidad del suelo

Para condiciones de flujo critico4, altos gradientes hidriiulicos y buscando un correcto desempelio a largo plazo reduciendo riesgo, colmatacion se recomienda usar el criterio de Carroll (1983); Chistopher y Holtz (1985):

> 10* k,

(9.8)

En estas condiciones tambien se recomienda colocar una capa de arena media a gruesa. Criterio de colmatacion Por definicion, la colmatacion resulta cuando particulas finas de suelo penetran dentro del geotextil, bloqueando , EI comportamiento hid,~ulico de d,enaj'" convendonal ... como corti"". d,.. nant... 0 .istemas d .. captaci6n de li";viaoo. ... ""''''''ja ca .... ct .. ,istica. d .. flujo la minar. J

m~.

a las

Los suelos dispersivos 501"1 aquellos que efervec .. n .. n , a ltos contenido. de ... Ie. yge ..... 'an flujos.

CAPITULO 9: SISTEMAS OE SUBDRENAJE PARA ViAS CON GEOTEXTIL YMATERIAL GRANULAR

221 )

~ Tabla de contenido sus canales de po ros

0

cuando son depositadas del lade aguas arriba del geotextil, producie ndo una reduccion

significativa de la permeabilidad. Por 10 tanto, el geotextil debe tene r un po rcentaje minima de espacios vados. Porlic ulos no filf radas

Colm otaci6n

qeolex til

Filamen to

Espacio e ntre fi lomcn tos

Fig ura 9.5 Colmataci6n del filtro par penetrac i6 n de pa rticul as.

En aplicacio nes criticas 0 e n proyectos que involucren suelos mu y fin os se recomie nda realizar ensayos de colmatacio n con los suelos del sitio, la norma que describe este ensayo es la A5TM 5101 - 90 la cual se mencio na e n el Capitulo 2 del presente manual. Los geotextiles con una mayor resistencia a la colmatacio n, son los geotextiles No Tejidos punzonados por agujas, en los cuales el riesgo a que se tapone n gran parte de sus o rificios es mu y bajo debido al espesor que poseen y a los altos valores de porosidad que presenta n. Los geotextiles No Tejidos unidos por tempe ratura

0

calandrados, son mucho mas

delgados y rigidos, raz6n po r la cual se parecen en su compo rtamie nto a los geotextiles Tejidos, Leuttich (1993). Los geotextiles tejidos tienen baja porosidad y el riesgo de colmatacio n muy alto, con la consecuencia de una perdida subita en la permeabilidad; razon po r la cual no se recomie nda usarlos como filtros en sistemas de dre naje. De acuerdo con el crite rio de Chisto phe r y Holtz, 1985; R. Koemer, 1990, los geotextiles usados como medios filtrantes deben tener una porosidad: > 50%, raz6n por la cual no se deben usar geotextiles tejidos e n siste mas de subdre naje. Este criterio es tal vez el que despie rta mas controversia para el e mpleo de geotextiles en aplicacio nes de filtra cio n y dre naje, debido a que es muy dificil cuantificar en el diseiio el porcentaje de poros que seran tapo nados por la intrusio n de fin os al filtro dentro del periodo de servicio del sistema. Los elementos filtrantes se compo rtan de ma ne ra dife re nte dependiendo del mate rial que se esta filtra ndo, de la cantidad de agua presente y de la disposicio n de esta e n el sistema. EI geotextil es parte fundame ntal de un siste ma de subdrenaje, debe diseiiarse para cada caso particular, de tal mane ra, que se garantice un o ptimo fun cio namiento del siste ma del cual forman parte, y para el periodo de tie mpo para el cual fuero n diseiiados. Una investigacio n relacio nada con el estud io de este compo rtamiento es el"Diseiio Racio nal De Elementos Filtrantes Para Sistemas De 5ubdre naje"S, de la Pontificia Uni ve rsidad Jave riana, proyecto e n el cual se evaluaron dife rentes fe n6 menos que afectan a los sistemas de drenaje a largo plazo, e ntre estos la va riacio n de la permeabilidad del siste ma con el paso del tie mpo, el tapo na miento que se produce po r las partfculas de suelo dentro del geotextil, el porcentaje de colmatacio n, entre otros. Los e nsayos fu e ro n rea lizados para observa r el impacto de diferentes tipos de suelo y su afectacion e n la permeabilidad del filtro 0 geotextil. Los e nsayos fu e ro n realizados seg un la no rma A5TM 5101 e n la que a un grad iente determinado se rea lizaban mediciones de la permeabilidad del sistema suelo - geotextil e n un lapso mayo r a las 24 horas. Una vez realizado el e nsayo el geotextil e ra extraido para determina r el ni vel de tapo namie nto el cual es la relaci6 n e ntre la permeabilidad • EI compartamil'nlO hidr~ulico de subdrenajes lateral"" en una via, proIecciones de orilla. blljo rip-rap 0 boIsacretos.e asemeja rna. a condiciones de f1ujo dinamleo par 1'1 incremento dela< pres.iones de pora< blljo carge. ddlea<.

222)


del geotextil virgen y la permeabilidad despues de realizado el ensayo. La colmatacion del geotextil era obten ida mediante la diferencia de la porosidad inicial del geotextil y la porosidad de este despues del ensayo. La porosidad fue calcu lada como la relacion entre el volumen de vados y el volumen total del geotextil. la forma para calcular esta relacion se realiza por medio de la siguiente ecuacion: =

l-m /(p*t)

(9.9)

Donde: Porosidad. (Adimensiona l) m

Masa por unidad de a rea. (g / m2)

p

Densidad. (g/ml) Espesor. (m)

Los suelos para realizar los ensayos fueron suelos que comunmente se encuentran en el sitio de la instalacion de sistemas de d renaje, tales como limos, materiales granu lares y arenas. Se enfatizo en el comportamiento del sistema en presencia de material fino, en el cual la porosidad del geotextil se redujo del 89% al 68%, registrando un taponamiento del 62% debido al tamalio de las particulas de suelo empleadas en el ensayo, sin embargo la permeabilidad del geotextil despues del ensayo seguia siendo muy superior a la permeabilidad del suelo a filtrar. Con el fin de mejorar el comportamiento del sistema, se opto por inclu ir una capa de arena entre el limo y el geotextil con el fin de reducir la colmatacion del filtro. Despues de realizado el ensayo, la permeabilidad del geotextil siguio siendo alta pero se pudo determinar que la porosidad del geotextil disminuyo tan solo un 4%, comparado a 21% en el ensayo sin esta capa de transicion. Segun los ensayos realizados se pudo concluir que al aliadir una capa de transicion (arena) al sistema, el comportamiento para el geotextil No Tejido punzonado por agujas en cuanto al tiempo de estabilizacion y disminucion de la permeabilidad del sistema a traves del tiempo, serra practicamente la misma que la del sistema sin dicha capa; no obstante, la magnitud de la permeabilidad del geotextil y el valor de la porosidad mejoran de manera significativa, disminuyendo la colmatacion en casi un 70%. EI factor de taponamiento medido en los experimentos para filtros de geotextil No Tejido punzonado por agujas se encuentra en un range entre 33 y 74%, sin embargo, el nivel de taponamiento no afecta la eficiencia del filtro puesto que la permeabilidad obtenida en los geotextiles despues de ser ensayados, fue en orden de magnitud mucho mayor que la permeabilidad del suelo base. Un incremento de la permeabilidad implica un aumento de la porosidad para suelos finos, mientras que todo 10 contrario ocurre para suelos granu lares, ya que la arena mostro que a medida que la permeabilidad del sistema aumenta la porosidad d isminuye. Esto ocurre porque despues de un tiempo la permeabilidad de la arena y de geotextil se estabilizan creando un regimen de agua determinado por 10 cual el conjunto termina trabajando como un solo elemento de filtro. La colmatacion del geotextil depende de la distribucion del tamalio del grano del suelo base, por esta razon, para suelos finos la cantidad de particulas que quedan retenidas en el geotextil es mayor que para suelos g ranula res; debido a esto, la porosidad del geotextil se ve disminuida cuando se utilizan suelos finos en el sistema de filtracion y por ende la colmatacion del mismo aumenta, sin afectar la permeabilidad del sistema. 'FAJARDO A., ROORIGUEZ s., Di ... no Racional de Elementos Fiit.ante, p".a Sistema. de Subdrenaje, P.UJ. 1999

CAPITULO 9: SISTEMAS DE SUBDRENAJE PARA ViAS CON GEOTEXTIL Y MATERIAL GRANULAR

223)


Para la evaluacio n de los crite rios de colmatacio n, la mayo ria de los autores tiene n en cue nta una serie de parametros que no cuantitican ve rdaderamente el potencial de colmatacio n e n los tiltros, puesto que el aspecto fundamental a tener en cuenta es la porosidad, ya que esta establece la cantidad de particu las de suelo que quedan retenidas e n el geotextil permitiendo que a pesar de esto se mantenga el fluj o de agua, sie ndo este el facto r de ma yo r importancia para la eva luacio n del criterio de colmatacio n. Como se dijo anterio rmente los geotextiles usados como medios tiltrantes deben tener una po rosidad ma yo r del 50% 10 que garantiza que en caso de colmatacio n parcial del material, siga existiendo una alta po rosidad, suticiente para pe rmitir el paso del fluj o en el siste ma. Crite rio de s upervivencia EI geotextil en el proceso de instalacio n y a 10 la rgo de su vida util puede estar sometido a esfuerzos, los cuales deben ser soportados de tal manera que no afecten driisticame nte sus propiedades hidriiulicas y fisicas. S.M. Leuttich, J.P. Giroud, R.C. Bachus 1992. EI geotextil debe tene r unos valo res minimos de resiste ncia mecanica con el obje to que sopo rte las actividades de instalacion y manipulacio n. Estas propiedades son: resiste ncia a la tensio n, resistencia al punzonamie nto, resistencia al estallido, resistencia al rasgado. En la Tabla 8.3 se presentan las propiedades minimas que se deben cumplir. Tabla 9.3 Especiticaciones generales de co nstruccion de carreteras Artic ulo 673-07 INVIAs - AAsHTO M 288-05

Propiedad



Resistencia a la penetracion con piston 50mm de diiimetro

Resistencia al rasgado trapezoidal

Norma de ensayo

INV E - 90 1

INV E - 90 1

INV E - 913

INV E - 903

Valor minimo promedio por rollo

700N

630N

1375 N

250N

Criteria de durabilidad Este criterio se basa e n la resistencia que debe te ner un geotextil en el tiempo, bie n sea por ataque qufmico, biologico 0 po r intemperismo. Los geotextiles por ser un material fabricado e n poli propile no no son biodegradables y son alta me nte resiste ntes al ataque quimico como e n aplicacio nes de manejo de lixiviados. En casos donde el geotextil vaya a quedar expuesto a la inte mpe rie po r un tiempo prolongado, se recomie nda utilizar geotextiles no tejidos fabri cados con compuestos que Ie pro po rcio nen alta resistencia a la degradacion po r rayos UV. 9.3.5 Calculo hidrau lico para la escogencia del geotextil En el caso en do nde los geotextiles sean usados como recubrimiento de tubos que a su vez se encuentran e n un medio drenante e n espaldones de estructuras de contencio n que involucre n suelos de alta permeabilidad

0

en general cuando se usan como medios tiltrantes para grandes caudales, se debe revisar la ca ntidad de fluj o volume trico que puede pasar po r unidad de iirea (tasa de fluj o), en el plano no rmal al geotextil, frente a la ca ntidad de flujo volume trico a evacuar por metro lineal. Para esto se realiza el siguie nte procedimiento:

224)


=

k/ t

(9. 10)

Donde: Permitividad. (S·l)

k

Permeabilidad del geocompuesto. (m/s) Espesor del geotextil de una cara del geocompuesto. (m)

1. Teniendo el cauda l que se requiere pasar por el filtro, el cual es el caudal calculado por metro lineal de subdren, se calcu la la permitividad requerida del geotextil, haciendo uso de la ecuacion de Darcy. Q

k" i " A

Q

k" A.h!t" A

kit

Q/(Ah*WL)

w~

Q/(Ah" H" L)

w~

qw /(Ah"H)

w~

Permitividad requerida del geotextil, kit.

q.

Caudal por unidad de longitud (teniendo el caudal final y la longitud del tramo en

(9.11)

Donde:

consideracion, OJ L. Q

Caudal total a evacuar calcu lado.

Ah

Cabeza hidraulica, que es igual a la altura del subdrenaje.

A

Area conformada por la cara perpendicular a la entrada del caudal.

H

Altura del subdren.

L

Longitud del tramo de drenaje en consideracion.

2. Calcule la permitividad admisible, la cual se obtiene de la permitividad entregada por el fabricante (Norma ASTM

D4491 , INV E-90S), dividida por unos factores de reduccion, segun el tipo de proyecto (VerTabla 3.3). (9. 12) Donde: Permitividad admisible. Permitividad ultima, entregada por el fabricante. Factor de reduccion por colmatacion y taponamiento. Factor de reduccion por creep 0 fluencia. Factor de reduccion por intrusion.

FRIT

Factor de reduccion por colmatacion qui mica.


225)

~ Tabla de contenido Facto r de reduccio n po r colmatacio n biologica. 3. Calcule el fa cto r de seguridad global: Permitividad Admisible

FS.

Permitividad Requerida

FS.

> 1.0

9.4 EJEMPLO DE DISENO Subd ren longitudina l de una via 5e requie re diseiiar los subdrenajes lo ngitudinales en una via que va a quedar ubicada en la zo na andina. EI tramo seleccionado para este ejemplo, tiene una longitud de SO metros y una pendiente lo ngitudinal del 1%, el ancho de la via es de 10.5 metros. Luego de la explo racio n del subsuelo, se detecto el ni vel freiiti co a una profundidad de 0.50 metros a partir del ni vel o ri ginal. En el diseiio de la estructura del pavimento se establecio que se excavarii 0.4 m y se re mplazarii colocando una base granu lar, compactada al 95% del Proctor modificado. 50bre dicha base se coloca rii una carpeta de pavime nto rfgido de 20 em de espesor. EI material de la subrasante es un limo arenoso (ML), el cual presenta las siguientes ca racte rfsticas:

~.:=.:=------

Permeabilidad (k) = 2.5 x 10-1 mls (Obte nida por e nsayos in-situ)6. 0 8\

=

0.085 mm (Dato extraido de la curva granu lometrica del suelo).

1. Oiseiiar la seccion transversa l del subdre n. 2. Establecer que caracteristicas hidriiu licas y mecii nicas debe te ne r el geotextil a usar en el filtro. Soluci6n: . Ciilculo del caudal total de diseiio Caudal por infiltracion Qw

'.

60 mm/ h = 1.67 x 10.1 m/s

b

5.25 m (5emibanca)

L

50.0 m

F,

0.67 (VerTabla 9.1)

F.

1/3

Qw

1.67 x 10-1 mls * 5.25 m * 50.0 m * 0.67 * 1/3

(VerTabla 9.2)

Qw

"«,,

• EI valor d" perm""bilidad que pr"",nta "jemplo corresponde al de una perrne
226)


Caudal por abatimiento del nivel freiitico

o.

k"i" Aa

k

2.5 x 10·' m/s

o. o.

=

(1.0 - 0.5) / 5.25 = 0.095

=

050 m" 50.0 m = 25.0 m1

2.5 x 10·\ m/s .. 0.095" 25.0 m1 5.94x 10-'m1/s

EI nivel freiitico se encuentra a los dos lados de la seccion transversal de subdren.

o.

5.94 X 10-' m1/s" 2 = 1.1 88 x 10.... ml/s Qri+

Q~ =

9.79 x 10 .... m1/s + 1.188 x 10.... m1/s

1.1 0x 10-1m1/s

V" i " A EI ag regado disponible para colocar como material drenante, es una grava, la cua l tiene un tamano uniforme de 19 mm (3/4"). De la Figura 9.3 se obtiene la velocidad, entrando con la pendiente del subdren y e l tamafio del agregado.

v

0.32 cm/s

=

0.0032 mls

1.0 A

(1.10 x 10-1 m1/s) 1 (0.0032 m/s)

A

0.344 m1

5e fija e l ancho, e l cual por 10 genera l corresponde al ancho de la pala de la retroexcavadora y se calcula la longitud que cumpla con e l area encontrada. En e l caso en que la trinchera sea excavada a mane se recomienda un ancho minima de 0.6 m. A

L" ancho

A

0.344 m1

ancho

0.60m

L

0.344/0.60

=

0.57 '" 0.60 m Aprox.

5eccion Transversal 0.60 x 0.60 m. 2. Evaluacion del geotextil a usaren e l filtro Criterio de retencion (TAA) TAA

<

B" D8,

1.8; Para geotextiles No Tejidos

B

0.085 mm TAA

<

1.8" 0.085 mm

TAA

<

0. 153 mm


227)


Criterio de permeabilidad Como es un suelo fino, se debe cumplir:

k,

> 10*k,

k,

= 2.5x l 0·l m/s

k,

> 2.5x 10--4m/s

Criterio de colmatacion La porosidad de los geotextiles No Tejidos punzonados por agujas son superiores al 80%, por 10 tanto este tipo de geotextiles cumplen con este crite rio. Los geotextiles Tejidos y los No Tejidos termounidos

0

caland rados no cumplen

este criterio. Criterio de supervivencia Cuando se presentan cond iciones severas de instalacion con esfuerzos de contacto altos. 5e eva luan todas las caracteristicas mecanicas que tienen los posibles geotextiles a usar frente las espec ifi caciones segun el articu lo 673-07 deliNVIA5 0 en su defecto la norma AA5 HTO M288-05 (VerTabla 9.3). Con base en los crite rios anteriores y comparando las especificaciones de los geotextiles (Ver Apend ice A), los geotextiles que cumplen estos criterios son: NT25oo, NT30oo, NT40oo, NT50oo, NT6oo0 Y NT7oo0. 5e selecciona el geotextil NT2500 por ser el tecnica y economicamente mas conveniente. 3. Ciilcu lo hidraulico para la escogencia del geotextil Ciilculo de la permitividad requerida por el geotextil como medio filtrante. Q

k* i * A

Q

k*Ah / t *A

kit

Q/(Ah* H*L) Q/(Ah* H* L) 1.1 0 X 10-1 m'/s/ (0.6 m * 0.6 m * 50.0 m) 6.11 xlO- l s·1

Una vez calculada la permitividad requerida por el sistema, se toma la permitividad suministrada por el fabricante como la permitividad ultima para la realizacion del d iselio. 1.7 S· l (Ver Apendice A. Especificaciones d e Product os) Con base a la permitividad ultima del Geotextil no tejido NT 2500, se calcula la permitividad admisible, teniendo en cuenta los fa ctores de reduccion para sistemas de subdrenaje que aparecen en la Tabla 3.3. IV... / (FRlo* FRa * FRw.* FRee* FRod

1.7s·1 /(2.0*'.1 * '.1 *1.2*2.0)

228)


0.29 S· I Finalmente se compara la permitividad admisible con la requerida para determinar el factor de seguridad global:

FS. FS.

0.29 s·1/6.1 1 x 10.5 S· I

FS9

» 1.0

Por 10 que el geotextil NT 2500 es apto como medio "filtrante" en el sistema.

9.5 EJEMPLO DE RELACION BENEFICia - COSTa Evaluar la reducci6n del fndice de serviciabilidad en funci6n de las cargas equivalentes entre una estructura de pavimento con un sistema de drenaje adecuado y una estructura de pavimento sin ningun tipo de sistema de captaci6n de aguas. Adiciona lmente, determinar el incremento en costos en una via principal que fue disenada con la siguiente estructura de pavimento flexible: Espesor de la carpeta asfaltica: Espesor de la base granular:

7.5cm 30cm

Espesorde la subbase granular:

40cm

CBR de la subrasante:

5%

50luci6n: 1. Basandose en la metodologia AA5 HTO para el calculo de pavimentos flexibles, se calcu la el numero estructural de la siguiente forma: 5N

Donde:

"

Coeficiente de la capa (1/pu lg)

D,

Espesor de la capa (pulg) Coeficiente de drenaje de la capa

Realizando el calculo de 5N, para nuestra estructura se obtiene un valor de 4.45


229)

~

Tabla de contenido

.

Layer Null'lber

Laye r (*) CoeHicient

~

~

Uprr

(i)

~

8.42 8.14 8.11

3 4 5

Drainage CoeHicient

= ..

(i)

~

.....'

a(i>tO(!dott

Thi(::kn e$s ~

1.88 1.88 8.98

,

-

2.95 11.88 15.15

Addition a l Thiekne$$ Neede d

1. 24 1.65 1.56

, SN Required

•

..... 4.45

(Ok)

Los datos utilizados en los coeticientes de capa ml, m" m) se tomaron de la Tabla 9.4 donde se especitica el rang o de valo res re comendados por AASHTO. Tabla 9.4 Valores de coeticiente de drenaje mi recomendados

Ca lidad de drenaje

Porcentaje de tiempo en que la estructura de pavimento esta expuesta a niveles de humedad acercandose a saturacion Menosde 1%

Entre 1 ·5%

Entre 5·25%

Mayor de 25%

Excelente

1.40· 1.35

1.35·130

1.30· 1.20

1.2

Bueno

1.35· 1.25

1.25 · 1.1 5

1.1 5 ·1.00

1.0

Justo

1.25· 1.1 5

1.15·1.05

1.00·0.80

0.8

Deticiente

1.15·1.05

1.05·0.80

0.80·0.60

0.6

Muy deficiente

1.05·0.95

0.95·0.75

0.75·0.40

0.4

2. Con el numero estructural calculado, determinamos e l numero de ejes equivalentes que es capaz de soportar la estructura. Parametros para el calculo: Contiabilidad: 95% (Para autopistas y vias principales) Desviacion global: 0.45 (pavimentos flexibles y construcciones nuevas) Modulo Resiliente: CBR Subrasante x 1500 = 5 x 1500 = 7.500 psi Indice de serviciabilidad inicial: 4.0 (B ueno) Indice de serviciabilidad tinal: 2.5 (Para autopistas y vias principales)

230)

Tabla de contenido

Reliability OYerall Deviatioo (-)

95. 88 8.45

Soi l Resilient nod . (.) Ini tia l Serviceability Ternina l Serv icea b ility

7.588 4.88 2.58

==,====;=,==5S' Dlve Future E 18' s

~

Por'~====~==~=

2.634. 288

PgDn FOR LAY ER DEJERttINATION

3. Se calcu la el nuevo numero estru ctu ral considerando una reduccion en los coefic ientes de drenaje, ocasionados por la presencia de agua en la estru ctu ra del pavimento, por la falta de un sistema de drenaje adecuado.

Larer (") Coe ficie n t II;

Up per 2

,

(i)

=

8.42 8.14 8 .11

Drain age Coefficie nt

= "

(i)

1."

•• 75 •• 75

=

Laye r Thickness

=

II; (

t =

i ) wed ott;

Addit io n a l Th ic kn e s s Ne e de d

1.24 1. 24 1.38

2.95 11. 88

15.75

1

5 6

SM Requ ired

a

3.78

0 .08

(O k )

Ilmnw

Na Units

4.

Con el nuevo SN, se calcu la el nuevo numero de ejes equiva len tes que soportara la via:


231 )


Relhbility Overall Devia tion ( -)

95 .00 0.45

So il Resilient nod .(-) Ini tia l Se rvicea bility Terftinal Servicea bility

? 500 4.00 2.50

;Cc====;=;~'S olve Po r======~:=~~

Future E 18' s

971.800

PgDn POR LAYER DEJERttIHATlON

5. 5e calcula la reduccio n del indice de serviciabilidad en el periodo de vida util de la via, relacio nando la va riacio n de ejes equivalentes en las dos situacio nes antes evaluadas: 6. Para determinar la disminucio n de costos, tomamos como refere ncia del libro "Drenaje e n pavime ntos de Autopistas y Ae ro pue rtos· de Ha rry R. Cedergren, el capitulo No. 2 ' ( Iase de daiios causados por la presencia de agua en los pavimentos" y el Capitulo No.8. "Economia en pavime ntos dre nados y no drenados: en donde se muestran los resultados obtenidos e n diferentes investigacio nes y estudios rea lizados por entidades como FHWA, Highway Research Board 's, Autopistas del Estado de Geo rgia y la Asociacio n de Ceme nto Portland e ntre otras, de va rias autopistas principa les en cuanto al compo rtamiento de las estructuras de los pavime ntos, bajo los efectos de ca rga de trafico e n presencia de agua. Con estos resultados se compro bo una disminucio n considerable de su vida ut il de servicio. Po r ejemplo, a un pavimento sin daiios ocasio nados por el ag ua, se Ie puede dar una vida de servicio de 20 aiios, pero si en el transcurso de un ano, presenta exceso de agua e n un 10% del tiempo, su vida de servicio puede reducirse a 10 anos. Basandonos e n 10 anterio r, realizamos el sigu iente calculo para la estructura de la via especifi cada inicialme nte. 7. Para efectos pr,licticos, se to mara e n cuenta solo el costo de los materiales, ya que la mane de obra, equipo y transporte de mate rial va rian de acuerdo a la zo na donde se realice el proyecto. a. Diseno sin dre najes (vida efectiva

=

10 aiios)

Carpeta Asfalti ca

7.5 cm

Base g ranular

30cm

Subbase

40cm

Costo por m1 Diseno sin drenajes Carpeta Asfaltica

0.075 x (107.95 U5D)

8.09U5D

Base Granular

0.300 x (12.09 U5D)

3.63 U5D

Subbase

0.400 x (10.75 U5D)

4.30 U5D

Total

16.02 U5D

Para una ' vida util" de 10 anos, el (costo/m1/aiio) es igual a 16.02 USDI1 0 = 1.602 USD.

232)

Tabla de contenido

~

Costo anual por m 1 = 1.602 USD. b. Disefio con drenajes late ral es (v ida efectiva = 20 afios)

Carpeta Asfa ltica

7.5 cm

Base Granu lar

30cm

Subbase

40cm

Seccion de subdren

(60x40) cm

Costo por m 1 Disefio con drenajes laterales Carpeta Asfa ltica

0.075 x (107.95 USD)

Base Granu lar

0.300 x (12.09 USD) =

Subbase

0.400 x (10.75 USD)

8.09 USD 3.63 USD 4.30 USD

Anii lisis de seccion subdren con geotextil y grava (medio filtrante) Total

4.95 USD

20.97 USD

Para una ·vida util" de 20 afios, e l (costo/m1/afio) es igua l a 20.97 USD/2 0 = 1.05 USD. Costo anual por m 1 = 1.05 USD. Para este ejemplo, un disefio de pavimento bien drenado tiene un costo anual de 34% menos que un pavimento no drenado.

BIBLIOGRAFIA CEDERGREN H.R., Drainage Of High way And Airfield Pavements. CEDERGREN H.R., Seepage, Drainage And Flow Nets. FAJARDO A., RODRIGUEZ 5., Disefio Racional de Elementos Filtrantes para Sistemas de Subd renaje, P.U.J., 1999. FEDERAL HIGH WAY ADM INISTRATIO N, Geosynthetics Design And Constructuon Guidelines Publication No. FHWA HL-9S-038. GEOTEXTILES AND GEOMEMBRANES, GEOSYNTHETICS IN FILTRATION, DRAINAGE AND EROSION CONTROL,

VOL. 11. KOERNER R.M., Geosynthetics In Filtration, Drainage And Erosion Control. LAFLEUR J., ROLLIN A.L., Geofilters'96, Comptes Rendus Proceedings, !:cole Polytechnique Montreal, 1996. NOS 4 - 6, 1992, An Official Journal Of The International Geotextile Society.


233)


234)

I';;i

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1.400,0

1.300.0

1.200,0

1.100,0

1.000,0

900,0

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700,0

600,0

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200,0

100,0

CAUDAL tem'ls)

TAMARO DEL AGREGADO l i T'

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AREA

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SECCI6N

CALCULO DEL CAUDAL

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2.031

1,875

1,719

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1.250

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0.938

0.781

0.625

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0.313

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3.250,0

3.000,0

2.750,0

2.500,0

3.938

3,656

3,375

3,094

2,813

2,531

2.250 2.250,0

1,969

1.750,0

1....

1,406

1.125

0,844

0,563

0,281

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6.000,0

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1.250,0

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40x 50

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2,00

2,50

3,00

2.400

2.400

2.400

2.400

2.400

2.400

2.400

2.400

2.400

2.400

2.400

2.400

2.400

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40x60

40x60

40x60

40x 60

40x60

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40x60

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5,50

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1.950.0

1.800.0

1.650.0

1.500.0

1.350,0

1.200,0

2. 188

2.031

1.875

1.719

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1,406

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1,094

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0.313

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3,938

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3.375 4.875,0

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2.813

2,531

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1,969

1,688

1,406

1,125

0.844

0.563

0 ,281

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5.250

4,500

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4.125

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1.125

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10.500.0

9.750,0

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6.750,0

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5.250,0

4.500,0

3.750,0

3.000,0

2.250,0

1.500,0

750,0

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9.000.0

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6.300,0

5.400,0

4.500,0

3.600,0

2.700.0

1.800,0

900,.

CAUDAL te""l s )

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6.075,0

5.400,0

4.725,0

4.050,0

3.375,0

2.700,0

2.025.0

1.350.0

675.0

CAUDALtcm'I. )

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3,938

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4,500

4,875

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3.750

3.375

3,000

2,625

2,250

1,875

1,500

1,125

0.150

0,375

VELOCIDAOlcm"')

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6.187.5

5.625,0

5.062.5

4.500,0

3.937,5

3.375,0

2.812,5

2.250,0

1.637 ,5

562.5 1.125,0

CAUOALlcm'ls)

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3.656

3.375

3,094

2.813

2.531

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1,969

1,688

1,406

1,125

0,844

0,563

0.281

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TAMARa DELAGREGADO 1"

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4.125.0

3.750.0

3.375,0

3.000,0

2.625,0

2.250,0

1.875.0

1.500,0

1.125.0

750.0

375.0

CAUDAL tem·I. )

TAIIlAFIO DEL AGREGADO JU"

2,188

4.062.5

3.750,0

2.031

1,875

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2.812.5

2.500,0

3.437.5

150.0

CAUDAL tem· ... )

1.875,0 2.187,5

1.719

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1.406

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TAIIIAFIO DEL AGREGADO liZ"

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0,313 1.562,5

1.250,0

375,0

0,188 0,625

312,5

500,.

250,0

0,125

0,250

0.313

0,156

CAUDAL lem' /s)

0,469

125.0

0,063

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VELOCIDAOfc ....s )


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0.438 0,500

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3,00

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40x80 40x80

2.800,0

2.600,0

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1.800.0

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0,063

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2,188

2,031

1,875

1,719

1.563

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0,313

0,156

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3.937.5

7.000,0

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6.000,0

5.500,0

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4.500.0

4.000.0

3.500.0

3.000,0

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1.500,0

1.000,0

500,0

CAUDAL jem'/.)

3,938

3,656

3.375

3,094

2.813

2,531

2.250

1.969

1,688

1,406

1,125

0,844

0,563

0,281

VELOCIOAOtC ..... )

12.600,0

11 .700,0

10.800.0

9.900.0

9.000.0

8.100.0

7.200.0

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1.800,0

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CAUDALtem'I.)

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11.025,0

10.237,5

3,656

5.637,5 3,938

3,375

6.125,0

9.450,0

3,094

8.662,5

7.875,0

1.037,5

6.300,0

5.512.5

4.nS,O

5.250,0

2,813

2.531

2,250

1.969

1,688

1.406

3.150,0

2.362.5

1.575,0

787,5

4.812,5

4.375,0

3.500,0 3.937,5

3.062.5

2.625,0

2.187.5

1.125

1.750,0

TA lIlAfiO DEL AGREGADO 314"

2, 188

2,031

1,875

1,719

2.100,0

1.925,0

1,406

1,563

='

0,5<)

1.094

1,250

1.750,0

1.575,0

TA MARa DEL AGREGADO 112"

0,875

0,813

0,750

0,688

0.625

0,563

1.400,0

1.225,0

3.200

PENDIENTE 1'101

0,438 0,500

0.781 0,938

875.0

0.625

0,563 0,844

875,0

0,281

CAUDALtcm'la )

TAMAAo DELAGREGADO, "

VELOCIDAD(cm'a)

1.312.5

0.313 0,469

437,5

0,156

CAUDAL lem'la)

TAMAfilo DEL AGREGADO~·

VELOCIDAD le""_)

1.050,0

700,0

525,0

350,0

175,0

40xSO

AREA

7,00

6,5<)

6,00

5,5<)

5,00

4,5<)

4,00

3,5<)

0.375

0.313

2,5<)

3,00

0.250

2,00

0,125

0,188

1.5<)

0,063

CAUDAL tcm'l5)

TAMAAo DEL AGREGADO 112" VELOCIDADtcm'a)

1,00

0,5<)

PENDIENTE 4%1

VELOCIDADjcm'. )

cm~cm

SEcclON

2.800

2.800

40x 70

40x 70

2.800

2800

40)( 70

2,800

40x 70

40)(70

2.800

2.800

40x70

40x 70

='

2800

40x 70

AREA

em .em

SEcClON

14.700,0

13.650,0

12.600,0

11 .550,0

10.500,0

9.450,0

8.400,0

7.350,0

6.300,0

5.250,0

4.200,0

3.150,0

2.100,0

1.050,0

5,250

4,875

4,500

4,125

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3,000

2.625

2,250

1,875

1,500

1,125

0,750

0,375

VELOCIOA Dtcm"')

16.800,0

15.600,0

14.400.0

13.200.0

12.000.0

10.800.0

9.600.0

8.400.0

7.200,0

6.000,0

4.800,0

3.600,0

2.400,0

1.200,0

CAUDAL le ..... I. )

TAMARQ DEL AGREGADO 2"

5,250

4,875

4,500

4,125

3,750

3,375

3,000

2.625

225<)

1.875

1,500

1,125

0,750

0,375

CAUDAL lem'I. )

TAMAFlo DEL AGREGADO 2" VELOClDAD(cm"')

o

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i,

I<

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3.600

3.600

3.600

3.600

3.600

3.600

3.600

3.600

3.600

3.600

3.600

3.600

AREA

40x90

40x 90

40x90

40x90

40x90

40x 90

40x90

40x90

40x90

40x90

40x90

40x 90

SECOON

1.00

1.50

2.00

2.50

2.000

2.000

2.000

2000

2.000

2.000

2.000

2.000

2.000

2.000

2.000

2.000

2.000

40.'00

40.'00

40.'00

40.'00

40.'00

40x 100

40x 100

40x 100

40x 100

40x 100

40x 100

40.'00

40x 100

40.'00

7.00

6.50

6.00

5.50

5.00

4.50

4.00

3.50

3.00

0.50

,m'

2.000

em oem

PENOIENTE I"'"

7.00

6.50

6.00

5.50

5.00

4.50

2.00

1.50

0.50

PENDlENTEj 'llo )

3.600

~,

AREA

40x90 40:.90

cm~cm

SEcclON

1,250

1,406

1.800,0

2.025,0

3.150.0

2.925.0

2.700.0

2.475.0

875,0

2,031 2.188

1.625,0 1.750.0

1.875

1.719

1,563

1.406

0.813

1.500.0

1.375.0

1.250.0

1.125.0

1,250

1.094

0,938

0,781

0.875

0.750

0.688

0.625

0.563

1.000,0

0,438 0.500

750,0

500.0

625,0

0,250 0,313 0,375

0,469

375,0

0,188 0,625

0.313

250.0

0,125

0.156

125.0

CAUDAL lem'/a,

VELOCIDAD le..v-.,

0.063

VELOCIDADle ...... '

1.688

7.875,0

7.312.5

6.750.0

6.187.5

5.625,0

5.062.5

4.500,0

4.375.0

4.062.5

3.750.0

3.437.5

3.125.0

2.812.5

2.500,0

2.187,5

1.875,0

1.562,5

1.250,0

937,5

625.0

312.5

CAUDAL lem'I.,

14.175.0

13.162.5

12.150.0

11.137.5

10.125.0

9.112.5

8. 100,0

7.087,5

5.250

4.875 1.815.0

7.312,5 3.938

3.656

4.500

6.750.0

3.375

4.125

3.750

3.375

3.000

2,625

2,250

1,875

1.500

6.187.5

5.625.0

5.062.5

4.500,0

3.937,5

3.375,0

2.812,5

3.094

2.813

2.531

2>50

1,969

1.688

1,406

2250,0

1.687,5

0,844 1,125

0.750

1.125.0 0.563

1,125

0.375

CAUDALlem'I. ,

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17.550.0

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13.500.0

12. 150,0

10.800,0

9.450,0

8.100,0

6.750,0

5.400,0

4.050,0

2.700,0

1.350,0

CAUDALlc ..... t. )

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9.000.0

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7.500.0

6.750.0

6.000,0

5.250,0

4.500,0

3.750,0

3.000,0

2.250,0

1.500,0

750.0

CAUDAL lem'I.,

TAJU.fio DEL AGREGAOO 2" VELOClDADlem/a'

562.5

0.281

VELOCIDADlem'. )

5,250

4,875

4.500

4.125

3.750

3.375

3.000

2,625

2,250

1,875

5.062,5 6.075,0

1.500

1,125

0,750

0,375

VELOCIDADlc"". )


4.050,0

3.037,5

2.025,0

1.012,5

CAUDAL jcm'ls)

TAJU.fio DELAGREGAOO 1"

3.938

3,656

3.375

3.094

2.813

2.531

2,250

1,969

3.375.0 3.937,5

1,406

1,125

2.812,5

2.250,0

0.844

0,563

1.125,0 1.687,5

0.281

VELOCIDAD Ie"". )


562,5

CAUDAL lem"s)

TAJU.fio DEL AGREGAOO3l4"

2,188

2,031

1.875

1.719

1.563

1.094

2.250,0

0,938

1.350,0

0,781

0,625

0,469

1.575,0

1.125,0

900.0

TAMAfio DEL AGREGAOO 112"

0,875

0.813

0.750

0.688

0.625

0,563

0.500

0,438

0,375

0,313

0,250

675,0

0.313

450,0

0,125

0,188

0,156

VELOCIDAD le""s)

225.0

CAUDAL lem''')

TAMARa DELAGREGADO:\I.4"

0,063

VELOCIDADlc""s )


o

"

~,

Il-

0:

..•

~

~

'"w

~

~

r

~

,.

~

~

~

r

~

~ ~

~

l/

'"

~

m

~

~

~

m

C

~

~

~

•

5

2

~

~

2.500

2.500

2.500

50<50 50,.,

50,.,

2.500

2.500 2.500

50,.,

50,.,

,m'

3.000

3.000 3.000

3.000

3000 3.000

50,60

50,60 50,60

50,60

50,60

3.000

3.000

3.000

3.000

3.000

3.000 3,000

50,60

50,60

50,60

50,60

50,60

50,60

_"'" SOx60

3.000

50,60

50,60

AREA

em oem

2.500 2.500

SECOON

50,., 50,.,

50,.,

2.500

2.500

50,.,

50,.,

2.500

50,.,

0.125 0,188

1,00

1,50

0.563 0.625

0,688 O}SO 0.813 0.875

4,50

5,00

5,50

6,00

6,50

7,00

4,00

0.438 0,500

0.375

0,313

3,50

2,50 3,00

0,2SO

0.063


0,50

2,00

2.187.5

2.031 .3

1.875.0

1.718.8

1.562.5

1.406.3

1.250,0

1.093,8

937,5

781,3

2.625.0

2.437.5

2.2SO.0

2.062.5

1.875.0

1.687.5

1.500.0

1.31 2.5

1.125.0

937.5

7SO,0

562,5

375.0

187.5

CAUDAL lem'/a,


0.875

7,00

PENOIENTE I"'"

0.813

0.7SO

0.625 0,688

0,563

0,500

0,438

0,375

0,313

2.109,4

5.468.8

5.078.1

4.687.5

4.296.9

3.906.3

3.515.6

3.125,0

2.734,4

2.343,8

1.953,1

1.562,5

2.188

2,031

1.875

1.719

1.563

1.406

1.2SO

1,094

0.938

0,781

0,625

0,469

0.313

0.156

VELOCIDAD le..v-.,

6.562.5 -

6.093,8

5.625.0

5.156.3

4.687.5

4.218.8

3.7SO.0

3.281.3

2.812.5

2.343,8

1.875.0

1.406,3

937.5

468.8

CAUDAL lem'I.,


2.188

2.031

1.875

1.7 19

1.563

1.406

1,250

1,094

0,938

0,781

0,625

9.843.8

9.140.6

8.437.5

7.734.4

7.031.3

6.328.1

5.625,0

4.921 ,9

4.21 8,8

3.515,6

2.812,5

3,938

3.656

3.375

3,094

2.813

2>50 2.531

1.969

1.406 1,688

1,125

0,844

0.563

0.281

VELOCIDADtem'. )

11.812.5

10.968.8

10.125.0

9.281,3

8.437.5

7.593.8

6.7SO.0

5.906.3

5.062.5

4.2 18,8

3.375,0

2.531,3

1.687.5

843.8

CAUDALlem'I. ,


3.938

3.656

3.375

2.813 3,094

2.531

2,250

1,969

1,688

1,406

1,1 25

0,844

0,250

1.171 ,9

463,8 625,0

0,188

0,469

1.406,3

0,563

781 ,3

0,313

312,5

0,125

703.1

0,281

390,6

0,156

156,3

CAUDAL(cm'ls)

TA MAFIo DElAGREGADO 1"

VELOCIOAD(c"".)

0,063

CAUDAL (em'ts)

TA MARa DEL AGREGAD03I4"

VELOCIDAD (e""s)

CAUDAL lem''')

TA MAFIo DEL AGREGADO l IZ" VELOClOAO~c""s)

6,50

6,00

5,50

5,00

4,50

4,00

3,50

3,00

1,50

2,00 2,50

2.500

50<50

50<50

0.50 1,00

PENDIENTE (%)

2.500 2.500

,m'

em Kem

50<50

AREA

SEcClON

CAUDAL SOcm

937,5

13.125.0

12.187.5

11 .2SO.0

10.312.5

9.375.0

8.437.5

7.500,0

6.562,5

5.625.0

4.687,5

3.750,0

2.812,5

1.875,0

5.2SO

4.875

4,500

4.125

3.7SO

3.375

2.625 3,000

2.2SO

1.875

1,500

1,125

0.750

0.375

VELOClDADlem/a'

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14.625.0

13.500.0

12.375.0

11.2SO.0

10.125.0

9.000.0

7.875,0

6.7SO.0

5.625,0

4.500,0

3.375,0

2.250,0

1.125.0

CAUDAL lem'I.,

TAJU.fio DEL AGREGAOO 2"

5.2SO

4.875

4,500

4.125

3.7SO

3.375

3,000

2,625

2,250

1,875

1,500

1,125

0,750

0,375

CAUDAL tcm'/s)

TAMARa DEL AGR EGADO Z" VELOCIOADlcm"')

o

" ~

i,

I<

.. lil'

~

'"

,m'

3.500

3500 3.500

3.500

3500 3.500

3.500

3.500

3.500

3.500

3.500 3.500

3500

3.500

AREA

cmllcm

SOx 70

50x 70

50,70

50,70

SOx 70

SOx 70

50,70

50,70

50,70

50,70

50,70

SOx 70

50,70

SECOON

4.000

4000

4.000

4.000

4.000

4.000

4.000 4.000

4.000

4.000

4.000

4.000

50,80 50,80

50,80

50,80

50,80

50,80

50,80

50,80

50,80

50,80

50,80

50,80

1.50

2.00

4.000

50,80

7.00

6.50

6.00

5.50

5.00

4.50

4.00

3.00 3.50

2.50

1.00

0.50

,m'

4.000

50,80

PENDIENTE t'llo )

7.00

6.50

6.00

5.50

5.00

4.50

4.00

3.50

2.50 3.00

2.00

1.50

1.00

0.50

PENDIENTE I"' )

~.~

50,70

A REA

SEcctON

3.062.5

2.843.8

2.625.0

2.406.3

2.187.5

1.968,8

1.750,0

0.875

0.813

0.750

0.688

0.625

0.563

0.500

0.375 0,438

0,313

0.2SO

0.188

0.125

0.063

VELOCI DADlcm'. )

3.500.0

3.2SO.0

3.000.0

2.750.0

2.500.0

2.250.0

2.000.0

1.750.0

1.500.0

1.2SO,0

1.000.0

7SO.0

500.0

2SO.0

CAUDAL tem· ... )

TAIIIAFIO DEL AGREGADO liZ"

0.875

0.813

0.7SO

0.688

0,625

0,563

0.500

0,563

1.093,8

7.656.3

7.109.4

6.562.5

6.015.6

5.468.8

4.921.9

4.375,0

3.828,1

3.281 ,3

2.734,4

2.187,5

2.188

2.031

1.875

1.719

1.563

1.406

1.250

1.094

0.938

0,781

0.625

0.469

0.313

0.156

VELOCIDA D (cm'. )

8.7SO.0

8.125.0

7.500.0

6.875.0

6.250.0

5.625.0

5.000.0

4.375.0

3.750.0

3.125,0

2.500.0

1.875.0

1.2SO.0

625.0

CAUDAL tem ·I. )

5.906,3

13.781 .3

12.796.9

11.812.5

10.828.1

9.843,8

8.859.4

7.875,0

3.938

3.656

3.375

3.094

2.813

2.531

2.250

1.688 1.969

1,406

1.125

0.844

0.563

0.281

VELOCIDADlc ...... )

15.7SO.0

14.625.0

13.500.0

12.375.0

11 .250.0

10.125.0

9.000.0

7.875.0

6.750.0

5.625,0

4.500.0

3.375.0

2.2SO.0

1.125.0

CAUDALtcm'I. )

TAIIlAFIO DELAGREGADO 1"

3.938

3.656

3.375

3.094

2.813

2.531

2,250

6.890,6

1.688 1,969

4.921,9

2.953,1 3.937,5

.....4 1.968,8

CAUOA L lcm'ls)

1,406

1,125

0,844

0.281

546.' 1.640,6

vaOCIDADlcm's )


CAUDAL lem' /s)

TAIIlAFIO DEL AGREGADO JU"

2.188

2.031

1.875

1.719

1,563

1.406

t ,25O

1.094

0,938

1.531 ,3

1.312,5

0,375 0,438

0,781

0,625

0,469

0.313

0,156

VELOCIDAD le ....s )

1.093,8

875,0

656,3

437,5

218.8

CAUDAL lem'''')


0,313

0,250

0,188

0,125

0,063

VELOCIDAOfc ....s )


18.375.0

17.062.5

15.7SO.0

14.437.5

13.125,0

11 .812.5

10.500,0

9.187,5

7.875,0

6.562,5

5.250,0

3.937,5

2.625,0

1.312.5

CAUDAL Icm'ts)

5.2SO

4.500 4.875

4.125

3.750

3.375

3.000

2.625

2.250

1.500 1,875

1.125

O}SO

0.375

VELOCIDA D (cm"')

21 .000.0

19.500.0

18.000.0

16.500.0

15.000.0

13.500.0

12.000.0

10.500.0

9.000.0

7.500,0

6.000.0

4.500.0

3.000.0

1.500.0

CAUDAL te""ls )

TAIIlAFIO DEL AGREGADO Z"

5.2SO

4.500 4,875

4.125

3.750

3.375

3.000

2,625

2,250

1.500 1,875

1,125

0.150

0,375

VELOCIDAO lcm"')


o

"

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Il-

0:

..•

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5

2

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5<),90

4500

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5<),90

5.000

5.000

5.000

5.000

50x 100

50x 100

50x 100

50x 100

5,000

5.000

5.000

5.000

5000

50x 100

50x 100

50x 100

50x 100

5,000

50x 100

50x 100

5.000

50x 100

5.000

5.000

50x 100

5.000

50x 100

Cm .Cm

50x 100

AREA

SECCION

4.500

4.500

5<),90

5<),90

4 ,500

4500

5<),90

4 ,500

4 ,500

5<),90

5<),90

4.500

em. em

5<),90

AREA

SECclON

3,5<)

0.250 0.313 0.375

2,00

2,5<)

3,00

3.937.5

3.656,3

3.375,0

3.093,8

2.531.3 2.812,5

4.375,0

0,875

7,00

4.062.5

0,813

6,5<)

3.750,0

3.437.5

0,750

0 ,688

5,5<)

3.1 25.0

2.812.5

2.500.0

2.187.5

1.875.0

1.562.5

1.250.0

937.5

625.0

312.5

CAUDAL Icm''')

703,1

9.843.8

9.1 40.6

8.437,5

7.734,4

5.625.0 6.328.1 7.031,3

4.921.9

4.218,8

3.515.6

2.812,5

2.1 09,4

1.406,3

2,188

2,031

1,875

1,719

1.563

1,406

1.250

1.094

0.938

0.781

0.625

0.469

0,313

0,156

VELOCIDAD Ic..w. )

10.937.5

10.156,3

9.375,0

8.593,8

7.81 2,5

7.031.3

6.250.0

5.468.8

4.687.5

3.906.3

3.125.0

2.343.8

1.562.5

781,3

CAUDAL lem·I.)

TAMARa DEL AGREGAD03/<4"

2.188

2,031

1,875

1,719

1,563

1,406

1.094

1.250

1.968,8

0,938

0.781

0,625

0,469

2.250,0

1.687,5

1.406.3

6,00

0.625

0.563

4 ,5<)

5,00

0 ,500

4 ,00

0,438

0,188

1,5<)

0,063 0,125

3,5<)

843,8

1.125,0

0,313

0,156

281,3 562,5

TAMARa DEL AGREGADO liT VELOClDADIcm'. )

1,00

0,5<)

PENDIENTE (%1

0.875

0,813

6,5<)

7,00

0,750

0,688

6,00

0.625

5,5<)

0,563

0 ,500

0,438

5,00

4 ,5<)

4 ,00

0.375

0.313

2,5<)

3,00

0,250

0,188

0,125

0,063

CAUDAL tem'/a)

TAMAfiio DELAGREGADO 3M"

VELOCIDAD tcnw'a)

CAUDAL tcm'/a)

TAMAf'lO DEL AGREGADO ill' VELOCIDADjcm'a)

2,00

1,5<)

1,00

0,5<)

PENDIENTE~ "'1

17.718.8

16.453,1

15.187,5

13.92 1.9

12.656,3

3,938

3,656

3,375

3,094

2.813

2.531

225<)

1.969

1,688

1.406

1.125

0.844

0.563

0,281

VELOCIDADlc..w. )

19.687,5

18.281,3

16.875.0

15.468.8

14.062.5

12.656,3

11 .250.0

9.843.8

8.437.5

7.031.3

5.625.0

4.218.8

2.812.5

1.406,3

CAUDALfc ....,.)

1.637,5

23.625,0

21.937,5

20.250,0

18.562,5

16.875.0

15.181,5

13.500,0

11 .812.5

10. 125,0

8.437.5

6.750,0

5.062,5

3.375,0

5,250

4,875

4 ,500

4,125

3.750

3.375

3,000

2.625

2.250

1.875

1,500

1.125

0,750

0,375

VELOCIDADlcm" )

26.250,0

24.375.0

22.500,0

20.525.0

18.750,0

16.875.0

15.000.0

13.125.0

11 .250.0

9.375.0

7.500.0

5.625.0

3.750,0

1.875,0

CAUDAL Ic....,.)

TAMARaDELAGREGADOT

5.250

4,875

4 ,500

4.125

3.750

3,375

2.625 3,000

8.859.4

225<)

1.875

1,500

1,125

0,750

0,375

CAU DAL tcm'la)

TAMAfiio DEL AGREGADO 2"

VELOCIDADlcm'a)

10.125,0 11 .390,6

7 .593,8

6.328.1

5.062,5

3.796,9

2.531,3

1.265,6

TAMARa DELAGREGAD01"

3.938

3,656

3.375

3,094

2.250 2.531 2.813

1.969

1,688

1,406

1.125

0,844

0,563

0,281

CAUDAL (w l_)

TAMAf'lO DELAGREGADO 1"

VELOCIDAD (em's)

" ~ o

i,

I<

.. lil'

~

...'"

0,750 0,813

6,50

7,00

3.600

3,600

3,600

AREA

$ECCI6N

0,563 0,625

.,688 0,750 0,813 0,875

5,00

5,50

6,00

6,50

7,00

4.200

4.200

4.200

4.200

4.200

6Ox70

60x 70

6Ox70

6Ox70

6Ox70

. ,500

4,50

4.200

4,00

4.200

60x 70

0,438

3,50

60x 70

0,375

3,00

6Ox70

4.200

6Ox70

4.200

4.200

60x 70

0,188

1,50 0,250

4.200

60x 70

0,125

1,00

0,313

4,200

6Ox70

0,063

2,50

4,200

6Ox70

3,150,0

2,925,0

2,700,0

2.475,0

2.250,0

2.025,0

1,094

3.675,0

3.412,5

3.150,0

2.887,5

2.625,0

2.362,5

2,188

2,031

1.875

1.719

1.563

1,406

1.250

0,938

0,781

0,625

0,469

0,313

0, 156

VELOCIDAD le .....s)

1.575,0

2.100,0

7 ,875,0

7,312,5

6,750,0

6,187,5

5.625.0

5.062.5

4.500,0

3.937,5

3.375,0

9.187,5

8.531.3

7.875,0

7.218,8

6.562,5

5.906,3

5.250,0

4.593,8

3.937,5

3.281,3

2.625,0

1,968,8

1,312,5

656,3

CAUDAL jem'l~

TAIIlAAO DELAGREGADO JU"

2, 188

2,031

1,875

1.719

1,563

1.406

1,250

1,094

1.837,5

1.312,5

1.050,0

787,5

525,0

262,5

CAUDAL jern· ... )

TAMAAO DEL AGREGADO l I Z" VELOCtDADle .....s )

. ,50

PENDlENTEj %)

2,00

4.200

~,

0,875

0,625

5,00

3.600

60x 70

em~em

. ,688

5,50

6,00

3.600

0,563

1.800,0

.,500

4,00

4,50

1.575,0

0,438

0,375

3.600

3.600

3.600

3,00

3,50

3.600 0,938

2.812,5

0,781

0,313

2,50 1.350,0

2.250,0

0,625

900,. 1.125,0

0,250

2,00

3.600

14,175,0

13,162,5

12,150,0

9.450,0

3,938

3,656

3,375

3,094

2,813

16.537,5

15.356,3

14.175,0

12.993,8

11.812,5

10.631.3

2,250 2,531

8.268,8

7.087,5

5.906,3

4.725,0

3. 54 3,8

2,362,5

1.181.3

CAUDAL jem'ls)

1,969

1,688

1,406

1,125

0,844

0,563

0,2 81

VELOCIDAD je .....s)

18,900,0

5,250

4,875

4,500

4,125

3,750

22.050,0

20.475,0

18.900,0

17.325,0

15.750,0

14.175,0

12.600,0

3,000 3,375

11.025,0

9.450,0

7.875,0

6.300,0

4.725,0

3.150,0

1,575,0

CAU DAL jcm'ls)

2,625

2,250

1,875

1,500

1,125

0,750

0,375

VElDClDADle .....s )

TAIIlAAO DEL AGREGADO 2"

5,250

17,550,0

16,200,0 4,875

14,850,0

4,125

13.500,0

12. 150,0

10.800,0

9.450,0

8.100,0

6.750,0

5.400,0

4.050,0

2.700,0

1.350,0

CAUDAL Icm'ts)

4,500

3.750

10.125,0 11 ,137,5

3.375

3,000

2,625

2,250

1,875

1,500

1,125

0.150

0,375

VELOCIDAOlcm"')

TA MARa DEL AGR EGADO 2"

9.112.5

8.100,0

7.087,5

6.075,0

5.062,5

4.050,0

3.037,5

2.025,0

1.012,5

CAUOA Ll cm'ls)

TAIIlAAO DELAGREGADO 1"

3,938

3,656

3,375

3,094

2.813

2.531

2,250

1,969

1,688

1,406

1,125

0,844

3600

1.637,5

675,0

0,188

1,50

3.600

0,563

1.125,0

0.313 0,469

450,0

0,125

60"'. 60,60 60,60 60,60 60,60 60,60 60,60 60,60 60,60 60,60 60,60 60,60 60,60 60,60

1,00

0.281

562,5

3,600

vaOCIDADlcm's)

CAUDAL lem' /s)

0,156

. ,50

3.600

VELOCIDAD le ....s)


225.0


CAUDAL lem'''')


0,063

,m'

cm llcm

PENDIENTE I"') VELOCIDAOfc ....s)

AREA

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CAUDAL60cm

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"

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Il-

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2,00

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4.800

4.800

4.800

4.800

0,813

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6,5<)

4800

4.800

0,313

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3,00

5.400

5.400

0.750 0,813

6,5<)

7,00

5.400

5.400

5.400 0,875

0,688

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6,00

5.400

0.625

5,00

0.563

4,5<)

5.400

5.400

0,500

4,00

5.400

0,438

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0,250

2,00

5.400

3,5<)

0,188

5.400

0,125

0,063

1,5<)

0,5<)

4.200,0

3.900,0

3.600,0

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1.500,0

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300,0

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4.387,5

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3.712.5

3.375,0

3.037.5

2.700.0

2.362,5

2.025,0

1.687 ,5

1.350,0

1.012,5

675,0

337,5

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1,00

5.400

6<),00 6<),00 60,00 6<),00 6<),00 6<),00 6<),00 6<),00 6<),00 60,00 60,00 60,00 6<),00 60,00

PENOIENTE I"'"

5.400

,m'

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5.400

AREA

SECOON

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0,750

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4.800

7,00

0,688

5,00

4.800

0.625

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0,563

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4,800

3,5<)

0.250

1,00

4.800

4.800

0,125

0,188

0,5<)

='

4800

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CAUDAL tcm'l5)

TAMAAo DEL AGREGADO 112" VELOCIDADtcm'a)

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AREA

SEcClON

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2,031

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2, 188

2,031

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1.719

1.563

1.406

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0,313

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- -

_.

-

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10.968,8

10.125.0

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5.906,3

5.062,5

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3.375,0

2.531 ,3

1.687,5

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CAUDA L lem'I.,


2, 188

9.000,0

8.250,0

1,719 1,875

-----------

3,938

3,656

3,375

3,094

2.813

2.531

2.250

1,969

1,688

1.406

1,125

0,844

0,563

0,281

VELOCIDADlenw". )

-_ ..

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17.550,0

16.200,0

--

--- -- --- --

21.262,5

19.74 3,8

18.225.0

16.706,3

15.187.5

13.668.8

12.150.0

10.631 ,3

9.112,5

7.593,8

6.075,0

4.556,3

3.037,5

1.518,8

CAUDA Llem'I.)

25.200,0

23.400,0

---- ---

----- -- -- -- ---

28.350,0 -- --- --- -

26.325,0 ,,5<)

24.300.0

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20.250,0

18.225.0

16.200.0

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12. 150,0

10. 125.0

8.100,0

6.075,0

4.050,0

2.025,0

CAUDA L lem'I. )

4,875

4,500

4,125

3,750

3.375

3,000

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1,875

1,500

1,125

0,750

0,375

VELOClOADlcm"')


5,250

4,875

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4,500

18.000,0

16.200,0

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10.000,0

9.000,0

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5.400,0

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1.800,0

CAUDAL lem'I. )

4,125

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3,375

12.150,0

3,000

2.625

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1.875

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6.000,0 6.150,0 2,250

1.969

1,688

1.406

1,250

5.250,0

4.500,0

0,938 1.094

3.750,0

1.125

3.000,0

0.781

0.625

0,563 0,844

1.500,0

0,281

TAMAFlo DEL AGREGADO 2" VELOClDAD(cm"')

CAUDALtcm'la )

TAMAAo DELAGREGADO, "

VELOCIDAD(cm'a)

2.250,0

0.313 0,469

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0,156

CAUDAL lem'la)

TAMAfilo DEL AGREGADO~·

VELOCIDAD le""_)

o

" ~

i,

I<

.. lil'

~

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2.50

3.00

3.50

4.00

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5.50

6.00

6.50

7.00

6000

6.000

6.000

6.000

6.000

6.000

6.000

6.000

60x 100

60x 100

60x 100

60x 100

60x 100

2.00

6.000

6.000

0,469

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1.50

6.000

60x 100

6.000

0.313

60x 100 60x 100 60x 100 60x 100 60x 100 60x 100

0.156

375,0 750,0

1.00

6.000

60x 100

0.875

0.813

0.750

0 ....

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4.500.0

4.125.0

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1.875

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0.188

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12.187.5

11 .250,0

10.312.5

3.938

3.656

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3.094

2.813

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2,250

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11.812,5

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21 .937. 5

20.250.0

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16.875,0

15.187,5

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8.437,5

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5.062.5

3.375.0

1,683

1.406

1.125

0,844

0,563

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TAMARo OELAGREGADO 1" VELOCIDAD leml_ )

6.562,5

5.625.0

4.687,5

3,750,0

2.812.5

1.875.0

937.5

CAUOAL tem'ls)

TAIIlAAO DEL AGREGADO 3M"

VELOCIDAD leml_ )

0,063

TAMARo OEL AGREGAOO l /T

'm'

PENDIENTE t% ) CAUDAL tem'ls)

AREA VELOCIDADtcm's )

cmllcm

"""',,

5250

4.875

4.500

4,125

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3,375

3.000

2,625

2.250

1,875

1.500

1. 125

0.750

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11 .250,0

9.000,0

6.750,0

4.500,0

2.250,0

CAUDAL le""I.)

TAIIlAAO DEL AGREGADO T

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5.500

5.500

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5.500

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70x80

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3.675.0

4.900.0

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5.500

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9.187.5

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6.125,0

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4.593,8

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1.875

4.200,0

2.188

2,031

1.719

1.563

1.406

1.250

1,094

0.938

0,781

0,625

0,469

0,313

0.156

VELOCIDAD le..v-.,

11 .025,0

19.293,8

3,938

12.250.0

3,375

3,094

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20.475.0

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2.531

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11.025.0

1.969

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7.875,0

6.300,0

4.725,0

3.150.0

1.575.0

CAUDALlem'I.,

225<)

1,688

1.406

1,125

0,844

0.563

0.281

VELOCIDADlem'. )


3,938

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3,656

3,375

13.781.3

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3.656 -

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9.646,9

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16.537.5

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11 .025,0

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5.512,5

3.675,0

1.837,5

5.250

4.875

4,500

4.125

3.750

3.375

3,000

2.625

2.250

1.875

1,500

1,125

0.750

0.375

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2.100.0

CAUDA L lem'I.,

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4,875

4,500

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3.750

3.375

3,000

2.625

225<)

1,875

1,500

5.512.5 6.890,6

1,125

0,750

0,375

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TA IolAFIo DEL AGREGADO 2"

VELOCIDADlcm"')

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2.756,3

1.378,1

3,094

2.813

2.531

225<)

1.969

1.688

1.406

1,125

11 .375,0

10.500,0

9.625.0

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7.875.0

7.000.0

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5.250.0

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3.500,0

2.625,0

1.750,0

875,0

CAUDA L lem'I.,

TA JU.fio DEL AGREGAOO3l4"

2,188

2.031

1.875

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1.406

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0.625

0,844

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0,313 0,469

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765,6

CAUOA Ll c .... I.)

TAIolAFIo DELAGREGADO, ·

VELOCIDAD lcm'.)

0,156

CAUDAL (em' I.)

TAMARa DEL AGREGADO:W"

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3.500.0

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5.500

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2.450.0

4,5<)

5.500

70x80

0.438 0,500

70x 8J

3,5<)

5.500

4,00

5.500

70x 80

2.100.0

1.750.0

0,313

2,5<)

0.375

1.400,0

0,250

3,00

1.050,0

0,188

1,5<)

2,00

700.0

0,125

1,00

CAUDA L lem'/a,

350.0

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3.062.5

2.756,3

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1.531,3

1.225,0

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612,5

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4.900

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4 900

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4,900

70x70 0.625

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4,5<)

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0,500

4,00

4.900

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3,5<)

3,00

0,313

2,5<)

70x 70

4.900

0,250

2,00

0,063

70x70

70x 70

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1,00

4 900

70x 70

70x 70

70x 70

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4.900

70x 70

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,m'

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6300

6.300

6.300

6.300

6.300

6.300

6.300

6.300

6.300

6.300

AREA

70x90

70x90

70x90

70x90

70x90

70x90

70x90

70x90

70x90

70x90

70x90

70x90

SECOON

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1.00

1.50

2.00

2.50

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7.000

7.000

7.000

7.000

7000

7.000

7.000

7.000

7.000

7.000

7.000

7.000

7.000

7.000

em oem

70x 100

70x 100

70x 100

70x 100

70x 100

70x 100

70x 100

70x 100

70x 100

70x 100

70x 100

70x 100

70x 100

70x 100

PENOIENTE I"'"

7.00

6.50

6.00

2.00

1.50

0.50

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6.300

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AREA

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5.118.8

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0.813

0.'" 0.750

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5.587.5

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3.937.5

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3.062,5

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2.187,5

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1.312,5

875.0

437.5

CAUDA L lem'/a,


0,875

0.813

0.'" 0.750

0.625

0,563

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0,313

1.181 ,3

787,5

393.8

CAUDAL lem''')

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0,125

0,063

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2.188

2,031

1.875

1.719

1,563

1.406

1,250

1.094

0,938

0,781

0,625

0,469

0.313

0.156

VELOCIDAD le..v-.,

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CAUDA L lem'I.,


2,188

2,031

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1,406

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25.593.8

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21 .656.3

19.687.5

17.718.8

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13.781 ,3

11 .812,5

9.843,8

7.875,0

5.906,3

3.937,5

1.968.8

CAUDA Llem'I. ,


3.938

3,656

3.375

3.094

2.813

2.531

2,250

7.875,0 8.859.4

6.890,6

1,406

1.094 1,250

1,406

0."" 1,125

0,563

0.281

VELOCIDAD Ie"". )

1.'" 1,969

4.92 1,9

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2.953,1

1.968,8

......

CAUDA L lem"s)


5.906,3

0,938

0,781

0,625

0,469

0.313

0,156

VELOCIDAD le""s)

TAMARa DEL AGREGADO:\I.4"

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30.712.5

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23.625.0

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MANUAL V SOFTWARI DE D15EI\I0

Geosoft® PAVeo

CAP[TULO

SISTEMAS DE

SUBDRENAJE CON GEODREN Vol.er al in dice

~

250)

Tabla de cOfllenido


10. 1 GENERALIDADES EI agua siendo un elemento fundamental para la existencia de la vida, es tam bien la principal causa de los problemas en la Ingenieria Geotecnica y una de las causas mas relevantes del deterioro prematuro de las obras civiles. Es por eso que es necesaria la construccion de obras de drenaje adecuadas para cada caso. Un correcto manejo de los fluidos debe involucrar procesos de captacion, conduccion y evacuacion, los cuales son de igual importancia. Cuanto mas rapido se capte el agua en las obras civiles, se garantiza una mayor durabilidad de estas. Esto debido a que el exceso de agua en los suelos afecta sus propiedades geomecanicas, los mecanismos de transferencia de ca rga, incrementos de presiones de

por~s,

subpresiones de flujo, presiones hidrostaticas y afecta la susceptibilidad

a los cambios volumetricos. La utilizacion del Geod ren PAVCD es una excelente alternativa para el manejo del agua porque permite capta rlos

y conducirlos de una manera rapida y eficiente, disminuyendo notablemente el tiempo de construccion de los subdrenes por su facilidad de insta lacion . Esto da como resultado una disminucion de costos frente a otras alternativas convencionales al reemplazar la explotacion y transporte de materiales petreos no renovables, disminuyendo el fuerte im pacto ambiental que esto genera. Por tal motivo, los geodrenes representan una novedosa solucion de Ingen ieria en obras de infraestructu ra y en obras del sector pred ial.

10.2 INTRODUCCION Este documento es una guia practica para disenar sistemas de drenaje, usando Geodren PAVCD. Lo que tradicionalmente en la ingenieria se ha lIamado filtros, realmente es un sistema de drenaje

0

subdrenaje.

Un sistema de drenaje eficiente y estable es necesario que este compuesto por un medio filtrante y otro drenante. Para el caso de sistemas de drenaje con Geod ren, la funcion de filtracion (retener el suelo perm itiendo el paso del agua) la desempena el geotextil no tejido punzonado por agujas. EI medio drenante es el encargado de captar y conducir el agua que pasa a traves del filtro, funcion realizada por un elemento sintetico que se conoce con el nombre de geored. EI Geodren planar PAVCD es un geocompuesto que combina dos geosinteticos (geotextiles y geored). Cuando se Ie coloca un tubo de drenaje para evacuar los fluidos captados se Ie denomina Geod ren vial. (Ver Figura 10.1 ) Para lograr un buen diseno de un sistema de drenaje usando Geodren, se deben tener en cuenta los sigu ientes aspectos fundamenta les: 1. Establecer el sitio

0

los sitios mas convenientes en donde se requieran captar los fluidos.

2. Estimar el caudal critico para un tramo de diseno, el cua l es la sumatoria de los cauda les de aporte que provienen

del agua subterranea e infiltrada superficialmente. 3. Establecer el geotextil a usar en el sistema de filtracion. EI uso de los geotextiles ha venido desplazando los

sistemas tradicionales de filtracion, debido principal mente al aumento de la vida util del sistema de drenaje, facilidad de instalacion y reduccion de los costos totales de la construccion. Ad iciona lmente los geotextiles son materiales de alta calidad que se fabrican sigu iendo unos procesos normalizados, con el fin de lograr unas resistencias mecanicas y propiedades hidraulicas establecidas segun normas internacionales.

CAPITULO 10: SISTEMAS OE SUBDRENAJE CON GEODR£N

251 )

~ Tabla de contenido 4. Establecer el sistema de evacuacion de los Ifquidos que capta el Geodren. Es necesario que este sistema sea un tubo especial para drenaje.

Geotextil No Tejido PAveD Geared

Tubedo perfarado de drenoje PAVeD

Figura 10.1 Diagrama de Geodren vial.

10.3 METODOLOGiA DE DISENO DE SISTEMAS DE DRENAJE CON GEODREN 10.3.1 Sitios en donde se requieren captar los fluidos Las lineas de subdrenaje 0 subdrenes deben correr de tal manera que intercepten el agua 10 miis perpendicularmente posible.

Figura 10.2 Di recci6n de la resultante de dos pendientes dadas.

Para el caso de subdrenes en vias en donde la pendiente longitudinal sea mayor que la pendiente de bombeo, es conveniente colocar subdrenes transversales. Esto debido a que el agua se moverii en direccion a la suma vecto rial o resultante de las pendientes. Por ejemplo, un tramo con una pendiente longitudinal del 4% y una pendiente de bombeo del 2%, la resultante estii a 63 grados con respecto a la horizontal, en esa direccion se moverii el agua. (Ver Figura 10.2). En tramos de diselio de subdrenes, en donde las pendientes longitudinales sean mayores a las

252)


pendientes de bombeo, es mas eficiente colocar subdrenes transversales, para que intercepten el agua 10 mas perpendicularmente posible. Entre mas cortas sean las lineas de flujo menor va ser el tiempo en que una estructura de pavimento permanezca satu rada, raz6n por la cual se recomienda colocar Geodren planar en contacto con los materiales granulares. En este caso el gradiente hidrau lico sera igual a 1 y la maxima distancia que debera recorrer el agua sera el espesor de la estructu ra de pavimento, la linea superior de flujo por abatimiento del nivel freatico no lIegaria a la estructura de pavimento. Ademas el Geod ren planar cumple la funci6n de separar los materiales seleccionados de la estructura con el suelo de subrasante, impidiendo la contam inaci6n. (Ver Figuras 10.3a y 10.3b).

Pa vi menlo

•

..

Nt" ...... ·············Subrasanle Geodren p lanar - - - - - - -Nd

Geodren

Figura 10.3a Trayectoria de las Ifneas de ftujo.

Pa llimenlo

. .. N!. .. , ............. .

•••

'"

• ....

••

Subrosa nte _______ Nd

GeodrenL___

circular

Figura 10.3b Trayectoria de las Ifneas de ftujo. La profundidad del subdren debe ser tal, que la linea superio r de flujo generada por abatimiento del nivel freatico no toque la estructura de pavimento. Para el caso de muros en suelo reforzado, gaviones, muros en concreto, presas, diques, s6tanos, cimentaciones

y zonas ajardinadas, es indi spensable la colocaci6n de sistemas de drenaje con el fin de mantener disipadas las presiones hidrostaticas y/o subpresiones de flujo. Para estos casos el Geodren planar presenta excelentes ventajas, principal mente por la gran area geometrica que se puede lIegar a tener en contacto con los suelos y su gran capacidad de recibir grandes caudales. (Ver ejemplos de diserio). En el caso de rellenos sanitarios ademas de disipar subpresiones de flujo y subpresiones de gases, tiene la capacidad de drenar lixiviados ya que esta compuesto por materiales sinteticos no biodegradables. (Ver Figura 10.4).

CAPITULO 10: SISTEMAS DE SUBDRENAJE CON GEODR£N

253)


De se chos

Figura lOA Ap li caci6n del Geod ren en rellenos sanitarios.

10.3.2 Estimaci6n del ca udal de diseno A continuacio n se presenta una metodologfa para estima r el caudal de diselio en el caso de siste mas de subd renajes en vias. Los posibles caudales de apo rte, que conforman el ca udal final , los cuales pueden afec tar la estructura de un pavimento son: EI ca udal gene rado por la infiltracion de agua lIuvia. EI cauda l generado por el aba timie nto del nivel de agua subte rranea. EI ca udal generado por escorrentia superficial. Esta guia incluye la manera de estima r los dos primeros caudales, los cua les en la mayoria de los casos van a estar presentes en el diselio de los subdrenes para vias. Para el cauda l generado por escorrentia, como puede ser el caudal proveniente de taludes aledaiios a la via y que no sea posible capta r sus aguas. este debe ser cuantificado para ser incluido en el diselio. Caudal por infiltracion EI agua lIuvia cae directamente en la ca rpe ta del pavimento. Una parte de este inevitablemente se infiltra en la estructura del pavimento debido a que las carpetas de pavimento, tanto rfgidas como fl exibles, no son impe rmeables. Por 10 tanto el caudal de infiltracion se calcu la de la siguiente forma:

Q.

(10.1)

Donde: Precipitacion maxima horaria de frecuencia anual, registrada en la zona del proyecto. "

Dato que se puede extraer de las curvas anexas a este documento (ver anexo 3), las cuales son las de intensidad - du racion - frecuencia para las diferentes zonas del territorio Colombiano. Usual mente se toma el intervalo entre 60 y 120 minutos y se escoge la curva de 2 aiios. Alternativamente se pueden emplear ecuaciones para determinar la precipitacion si no se cuenta con curvas IDF para la region en estud io. Dichas ecuaciones estiin correlacionadas con datos pluviometricos medidos en campo. Para tal efecto se presenta en este manual la investigacion realizada por Va rgas y Diaz-Granados para determinar la ecuacion mas apropiada (ver anexo 4) a emplearse para determinar la precipitacion en el territorio Colombia no (estas ecuaciones se emplearan a criterio del diseliador).

254)


Para subdrenes longitudina les, B es la semibanca de la via (ancho de la via/2). Para

B

el caso de subdrenes transversales, B es la distancia entre subdrenes. L

Longitud del tramo de drenaje. Factor de infiltracion. (Ve r Tabla 10.1 ) Factor de retencion de la base. Refleja e l hecho que las bases, dada su permeabilidad,

F.

entregan lentamente e l agua al subdren. (Ver Tabla 10.2)

Tabla 10.1 Valores recomendados para FI Tipo de (arpeta (arpetas asfalticas muy bien conservadas

0.30

(arpetas asfalticas normal mente conservadas

0.40

Carpetas asfalticas pobremente conservadas

0.50

Carpetas de concreto de cementa Portland

0.67

Tabla 10.2 Va lores recomendados para F~

Tipo de Base

F.

Bases bien gradadas, en servicio 5 alios 0 mas

1/4

Bases bien gradadas, en servicio menos de 5 alios

1/3

Bases de gradacion abierta, en servicio 5 alios 0 mas

1/3

Bases de gradacion abierta, en servicio menos de 5 alios

ln

Caudal por abatimiento del nivel freiitico En sitios donde e l nivel freatico

0

e l agua proveniente a presion alcancen una altura tal, que supere e l nivel de

subrasante afectando a la estructura del pavimento, es necesario abatir este nivel de manera que no genere inconvenientes por excesos de agua. EI calculo de este caudal se basa en los siguientes parametros: (10.2)

k*i*A"

Donde:

k

Es e l coeficiente de permeabilidad del suelo adyacente. Es e l gradiente hidraulico. (ota inferior del subdren. (Ve r Figura 10.3a)

N,

(ota superior del nivel freatico. (Ver Figura 10.3a) Es e l area efectiva para el caso de abatimiento del nivel freatico.

B

Para subdrenes longitudinales, B es la semibanca de la via. Para e l caso de subdrenes transversales, B es la distancia entre subdrenes.

L

Longitud del tramo de drenaje.


255)

~ Tabla de contenido Nota: EI cauda l por abatimiento del nivel freatico en la mayoria de los casos se presenta a los dos lados de la seccion transversal del subdren, el caudal de diselio (QNF) debe ser duplicado. Caudal por escorrentia superficial Este cauda l puede ser controlado con metodos de captacion tales como cunetas y alcantarillas, de manera tal, que se minimice la entrada de agua a la estructura del pavimento. En tramos donde se considere el caudal de agua infiltrada proveniente de escorrentia como un caudal de aporte, se debe estimar teniendo en cuenta los metodos hidrologicos y ser considerado en el diselio. Caudal total de diselio Una vez estimados los caudales de aporte al sistema se obtiene el cauda l de diselio: Q"'+~F

(10.3)

Para el caso de estimar el caudal en estructuras de contencion, se recomienda el uso de las redes de flujo, como se ilustra en el ejemplo de diselio de drenaje de muros de contencion. 1033 Evaluacion del geotextil a usar en e l Geod n2n EI filtro evita una excesiva migracion de particulas de suelo y simultaneamente permite el paso del agua, 10 anterio r implica que el geotextil debe tener una abertura aparente maxima adecuada para retener el suelo, cumpliendo simultaneamente con un valor minima admisible de permeabilidad que permita el paso del flujo de una manera eficiente a la geored. Para la seleccion del geotextil no solo hay que tener en cuenta 10 anterior, sino ademas, la resistencia a la colmatacion y durabilidad, los anteriores criterios se explican a continuacion: Criterio de retencion (TAAjI Este criterio asegura que las aberturas sean 10 suficientemente pequeiias para evitar la migracion del suelo hacia el medio drenante 0 hacia donde se dirige el flujo. De acuerdo con 10 establecido en "Geotextiles Engineering Manual" de la Federal Highway Administration (FHWA) y basados en los criterios de retencion de Christopher y Holtz (1989), Carroll (1983), un geotextil debe cumplir con la siguiente condicion: TAA

(10.4)

Donde: TAA

Tamalio de abertura aparente, dato suministrado por el fabricante. Corresponde a la abertura de los espacios libres (en milimetros). 5e obtiene tamizando unas esferas de vidrio de diametros conocidos, cuando el 5% de un tamaiio determinado de esferas pasa a traves del geotextil. se define elTAA Ensayo ASTM D475 1, INV E-907. Tamalio de particulas (en milimetros) que corresponde al 85% del suelo que pasa al ser tamizado. Este dato se obtiene de la curva granulometrica del suelo en consideracion.

B

Coeficiente que va ria entre 1 y 3. Depende del tipo de suelo a filtrar, de las condiciones de flujo y del tipo del geotextil.

' HOLTZ, Roben, Geosynthetk Engineering. Junia 1997, P~g .. 36- 38.

256)


Para arenas, arenas gravosas, arenas limosas y arenas arcillosas (con menos del 50% pasa tamiz #200), B es funci6n del coeticiente de uniformidad

c.., donde Cu = Dw'Dl~ de la siguiente manera:

B= 1

=

B=0.5x(.,

=

B=8/(.,

Para suelos arenosos mal gradados: B entre 1.5 y 2 Para suelos tinos (mas del 50% pasa tamiz #200) B es funci6n del tipo de geotextil. Para tejidos:

B= 1

Para no tejidos:B = '.B

=<>

=

TAA ,,;D85

TAA,,;1.8*Ds5

5egun Christopher y Holtz, para suelos cohesivos con un indice de plasticidad mayor a 7, el valo r del Tamalio de Abertura Aparente debe ser: TAA

< 0.30mm

Criterio de permeabilidad Debe permitir un adecuado flujo del agua a traves del geotextil conside rando su habilidad para esto. EI coeticiente de permeabilidad es la propiedad hidriiulica por medio de la cual, el geotextil permite un adecuado paso de flujo perpendicular al plano del mismo; para revisar la permeabilidad del geotextil se debe tener en cuenta

10 sigu iente: Para cond iciones de flujo estable

0

flujo laminar y suelos no dispersivos, con porcentajes de tinos no mayores al

50%, y de acuerdo con el criterio de Schober y Teindl (1979); Water (1980); Carroll (1983); Chri stopher y Holtz (1985)yotros: (10.5) Donde: Permeabilidad del geotextil Permeabilidad del suelo Para condiciones de fluj o critico, altos gradientes hidriiulicos y buscando un correcto desempelio a largo plazo reduciendo los riesgos de colmataci6n se recomienda usar el crite rio de Carroll (1983); Chistopher y Holtz (1985):

> 10* k,

(10.6)

En estas condiciones tambien se recom ienda colocar una capa de arena media a gruesa. Criterio de colmataci6n En aplicaciones criticas 0 en proyectos que involucren suelos muy tinos se recomienda realizar ensayos de colmataci6n con los suelos del sitio, la norma que describe este ensayo es la A5TM 5101 - 90 la cual se menciona en el Capitulo 2 del presente manual. CAPITULO 10: SISTEMAS OE SUBDRENAJE CON GEODR£N

257)

~ Tabla de contenido Este criterio considera que existe la posibilidad de taparse algunos de sus vados debido a incrustacion de particulas de suelo, con una incidencia en la reduccion de la permeabilidad, por 10 tanto el geotextil debe tener un porcentaje minima de espacios vados 0 una alta porosidad. Los geotextiles con una mayor resistencia a la colmatacion, son los geotextiles No Tejidos punzonados por agujas, en los cua les la probabilidad a que se taponen gran parte de sus orificios es muy bajo debido al espesor que poseen ya los altos valores de porosidad que presentan. Los geotextiles No Tejidos unidos por temperaturas

0

calandrados,

son mucho mas delgados y rigidos, razon por la cual se parecen en su comportamiento a los geotextiles tejidos, Leuttich (1993). Los geotextiles tejidos tienen baja porosidad y el riesgo de colmatacion muy alto, con la consecuencia de una perdida subita en la permeabilidad; razon por la cual no se recomienda usarlos como filtros en sistemas de drenaje. Oe acuerdo con el criterio de Chistopher y Holtz, 1985; R. Koemer, 1990, los geotextiles usados como medios filtrantes deben tener una porosidad: > 50%. Razon por la cua l no se deben usar geotextiles tejidos en sistemas de subdrenaje. Criterio de durabilidad Este criterio se basa en la resistencia que debe tener un geotextil en el tiempo, bien sea por ataque quimico, biologico 0 por intemperismo. Los geotextiles por ser un material fabricado de polipropileno, no son biodegradables, son alta mente resistentes al ataque quimico como por ejemplo en el manejo de lixiviados. No se recomienda el uso de los geotextiles como sistemas de drenaje en sitios donde vayan a quedar expuestos a los ra yos ultravioleta por un tiempo prolongado. Oonde por razones de instalacion y funcionamiento los geotextiles esten expuestos al ataque de los rayos ultravioleta, estos deberan estar fabri cados por compuestos, que les proporcionen una alta resistencia a la degradacion UV.

, 0.3.4 Ciilculo hidriiulico para la escogencia del Geodren Evaluacion segun la permitividad del sistema En el caso en donde el Geodren sea usado como sistema de subdrenaje en espaldones de estructuras de contencion o como sistemas de subdrenaje en vias, donde se involucren suelos de alta permeabilidad

0

en general cuando se

use este geocompuesto como medio filtrante para grandes cauda les, se debe revisar la cantidad de flujo volumetrico que puede pasar por unidad de area (tasa de flujo ), en el plano normal al Geodren, frente a la cantidad de flujo volumetrico a evacuar por metro lineal. Para 10 cual se realiza el siguiente procedimiento:

kit

(10.7)

Oonde: Permitividad. (S·l)

k

Permeabilidad del geocompuesto. (m/s) Espesor del geotextil de una cara del geocompuesto. (m)

1. Teniendo el caudal que se requiere pasar por el filtro, que corresponde al caudal calculado por metro lineal de subdren, se calcula la permitividad requerida del geotextil, haciendo uso de la ecuacion de O'arcy.

258)

Tabla de contenido

~

k· i " A

Q Q

Q/(Ah * WL)

(10.8)

Do nde: Permiti vidad requerida del geo textil, kJt. Q

Caudal to tal a evacuar calcula do.

Ah

Cabeza hidra ulica, que es ig ual a la a ltura del Geodre n.

A

Area confo rmad a p or la cara perpe ndicular a la e ntrada de l cauda l.

H

Altura de l Geodre n.

L

Long itud d e l tramo de dre naje e n conside ra cio n.

2. Calcule la pe rmiti vidad a dmisible, la cual se o btie ne de la pe rmiti vidad entre gad a po r el fabri cante (No rma ASTM D449 1- INV E-90S), di vidida po r un os fact ores de redu ccio n (Ver Ta bla 3.3) . (10.9)

Do nde: Permiti vidad admisible .

"'.,

Permitividad ultima, e ntre gada po r e l fabricante .

FRsc8

Fac to r de reduccio n po r colmatac i6 n y tap ona mie nto. Fac to r de reduccio n po r creep 0 fluenci a .

Fac to r de reduccio n po r intrusion.

FRoc

Fac to r de reduccio n po r colmatacio n qui mica. Fac to r de reduccio n po r colmatacio n biologica.

3. Calcule el fa ctor de seguridad glo ba l:

Permiti vidad Admisible Permitividad Reque rida

FS.

> 1.0

Evaluacio n de la conduccio n del ag ua e n el plano del Geodre n Una vez se ha verificado que el geotextil pe rmite la entrada del caudal total al sistema, se de be revisar la capacidad del Geodre n para tra nspo rtar una cantidad de fluj o volume trico e n su plano, conducie ndolo de esta mane ra a un siste ma de evacuacio n. Esta capacidad del Geodre n se conoce como tasa de fluj o; pa ra e ntende r este concepto a nalizare mos dicho valo r hacie ndo uso de la ecuacio n de D"a rcy. Q,

k* i * A

Q,

k * i*(W* t)

Q,

(k * t)* i *W

Q,/W

(k * t)" i

q.

e"i

(10.1 0)


259)

~ Tabla de contenido Donde:

q.

Tasa de flujo. (ml/s_m)

•

Transmisividad requerida. (m1/s) Gradiente hidraulico. Caudal total estimado.

w

Ancho del geocompuesto. (Longitud del sistema de drenaje).

Se puede observar que las unidades para la tasa de flujo y la transmisividad son las mismas, aunque se emplea una nomenclatura diferente para poder diferenciarlas. Los valores de la tasa de flujo y la transmisividad son los mismos para un gradiente igual a uno (i

=

1.0), valor que se adquiere cuando el Geodren es instalado de forma vertical,

como por ejemplo en el espaldon de un muro de contencion

0

a los costados de una via.

Debido a que no siempre se cumplen las cond iciones de flujo laminar y condicion saturada en e l sistema se recomienda trabajar con la tasa de fluj o. Calcu lada la tasa de flujo requerida por el sistema, se determina la tasa de flujo ultima, la cual se obtiene con base en los datos suministrados por el fabricante y calculada por medio de la Norma ASTM 04716 - 03 referenciada en e l capitulo 2. La tasa de flujo ultima es variable y cambia para las condiciones de cada proyecto. Los factores que modifican la capacidad de transmitir un fluido a traves de su plano en e l caso de los geocompuestos son los siguientes: Esfuerzo normal sobre e l Geodren Se debe establecer e l esfuerzo normal maximo al que el geocompuesto sera sometido, debido a que la presion de tierras

0

las cargas aplicadas sobre el sistema en casos criticos pueden reducir la capacidad de transmision del fluido

como consecuencia del cambio de espesor del Geodren. y" h" K.

(10. 11 )

, Geodren VIal

\

Figura 10.5 Esfuerzo normal aplicado sobre el Geodren

260)

Tabla de contenido

~

Donde: Esfuerzo normal maximo. (kPa) y

Peso espedfico del suelo en e l cual se va instala r e l geocompuesto. (KN/ml)

h

Altura a la cual e l esfuerzo normal es maximo. (m)

Ka

Coeficiente late ra l de presiones.*

• En aplicaciones en la. cUIII"" el Geodren se encuentre innalado en po.icion vertkftl se tendril en cuenta ene f""tor debido a q ue 100 e.fuerzos latera l"" son meno .... a 100 ""fu~o. vertio:a les, generados per el.uelo y las carga. aplkada •.

Gradiente hidraulico Debido a que la tasa de flujo del sistema es proporcional a l grad iente hidraulico, la pendiente 0 inclinac ion que tenga e l Geodren afectara directamente la cantidad de fluido que este pueda transmitir. En ap licaciones para sistemas de subdrenaje en espaldones de muros

0

en vias e l valor de gradiente es 1.0, debido

a que e l Geodren esta ubicado de forma verti cal por 10 que los fluidos tendran una mayor facilidad para ser transmitidos en el geocompuesto. En los casos donde e l Geodren sea instalado de forma horizontal

0

con muy poca pendiente, como por ejemplo, en

casos donde se necesite abat ir e l nivel freatico de una estructura de pavimento,

0

en rellenos sanitar ios, se maneja

un grad iente aproximado de 0.1. Condicion en la cua lla transmision de flujo es menor debido a la perdida de cabeza hidrau lica por unidad de d istancia que es mayor en comparacion a la perdida de cabeza hidraulica de l Geodren instalado de forma vertical. Este valo r es recomendado y debe ser calculado para cada proyecto. A continuac ion se presentan las graficas para la estimac ion de la tasa de flujo en funcion del grad iente hidraulico y e l esfuerzo normal a l que esta sometido e l Geodren, en e l sentido maquina (sentido del flujo del agua parale lo a la construccion del geocompuesto) y sentido transversal (direccion del flujo de agua transversal a l proceso de construccion del geocompuesto).

1.00E-02

- -i= I .o

::= _

i: O.5

1------

1.00E-OS

>--------+--------<-------+---------1

o

50

100 Esfuerzo Normal (kPa)

150

200

Figura 10.6 Tasa de f1ujo en fund6n del esfuerzo normal y el gradiente hidraulico Geodren i: 1.0, i : 0.5 yi '" 0.1 - SentidoMaquina CAPITULO 10: SISTEMAS DE SUBDRENAJE CON GEODR£N

261 )


+--

1.00E~5 ~

+-________4-________

________

o

10

20

~

- _

i- l .o i:O.5

_

i =O.1

________-+________

30

Esfuerzo Normal (kPa)

'"

~

50

Figura 10.7 Tasa de f1ujo en funci6n del esfuerzo normal y el gradiente hidraulico Geodren i '" 1.0, i '" 0.5 Y i '" 0.1 - Sentido Transversal

Una vez se obtiene e l valor de la tasa de flujo ultima, suministrada en las Figuras 10.6 y 10.7 se calcula e l valor adm isible teniendo en cuenta los factores de reduccion, los cua les varian segun las condiciones del proyecto. Los rangos de estos factores se mencionan en la Tabla 3.4 del presente manual. (10.12) Donde: Tasa deflujo admisible. (mJ/s- m) Tasa de flujo ultima. (Ve r Figuras 10.6 - 10.7)

q••

Factor de reduccion por intrusion.

FRo.

Factor de reduccion por creep 0 flu encia.

FIIoc

Factor de reduccion por colmatacion qui mica. Factor de reduccion por colmatacion biologica.

Finalmente para la verificacion del Geodn!n propuesto se verifica e l factor de seguridad g lobal: Tasa de Flujo Admisible

FS.

Tasa de Flujo Requerida

FS.

262)

> 1.0


10.3.5 Sistema de evacuaci6n de liquidos captados por e l Geodren Una vez los f1uidos son captados se deben evacuar. Para establecer el tipo y d iametro de tuberia se deben revisar 10 siguiente: Que el tubo tenga la capacidad de conducir la totalidad del caudal de diseno. Para estimar el caudal maximo que puede transportar el tubo se establecio un nomograma con base en la ecuacion de Prandtl Colebrook, Figura 10.8. En donde conociendo la pendiente y el caudal de diseno se puede establecer el diametro de la tuberia a usar. En el Anexo 2 de este capitu lo se encuentran diferentes longitudes de descarga para cada uno de los geodrenes que se pueden emplear en las obras con base en unos datos promedio establecidos inicialmente.

100.0 ,------------------------"'~------_,

10.0

~

-

•",

OM ...., \ 0 100....,

I= ~:: I

•

0

' .0

0.' 0. 1%

1. 0%

10.0 %

100 .0%

Pendiente 1%1

Figura 10.8 Nomograma para el calculo del diametro de tuberfa a usar

10.3.6 Aplicaci6n en campos deportivos Se entiende por sistemas de subdrenaje todo el conjunto de subsistemas y elementos tecnicamente interrelacionados que permiten captar, conducir y evacua r un cauda l previamente estimado en corto tiempo. Una excelente alternativa para cumplir con estas funciones y que ademiis disminuye el tiempo de construccion debido a la facilidad de insta lacion, es el Geod ren PAVCO, como ya se ana lizo en la seccion anterior. EI sistema de subdrenaje en campos deportivos es de vital importancia debido a que el manejo adecuado del agua es parte del funcionamiento optimo de estas zonas, permitiendo el desarro llo de la actividad deportiva. Adicionalmente el correcto manejo del agua de exceso, permite el desarrollo de la capa vegetal, proporcionando la aireacion necesaria para la respiracion de las plantas, de tal manera que se evita cond iciones anaerobicas con la consecuente muerte de la vegetacion.


263)

~ Tabla de contenido EI caudal de agua de excesos que se debe manejar en los ca mpos deporti vos, con un sistema de subdre naje, es el aportado por precipitaciones directas e n estas zo nas, mas el ca udal generado por ascenso del ni vel freati co; cuando este ultimo se presenta. Para realiza r un correcto diseiio y lograr una evacuacion rapida del agua presente en las areas de actividad depo rti va se debe te ner en cuenta la siguiente metodologia: 1. Estimaci6n del caudal de di seiio A continuacio n se presenta una metodologfa para estimar el caudal de diseiio en el caso de siste mas de subdre naje e n ca mpos deporti vos. Caudal por infiltracio n EI agua lIuvia cae directamente sobre la grama del ca mpo deportivo. Gran parte de esta se infiltra debido a la permeabilidad del suelo. Para calcular el caudal por infiltracio n aportado al sistema de subdre naje se utiliza la siguie nte ecuacio n: (10. 13)

Q. Donde:

'"

Precipitacio n maxima ho ra ria de frecuencia anual, registrada en el sitio mas cercano al proyecto. Dato que se puede extrae r de las curvas a nexas a este docume nto, las cuales son las de inte nsidad - duracio n - fre cuencia para las dife re ntes zonas del territorio Colombiano. Usual mente se to ma el intervalo e ntre 60 y 120 minutos y se escoge la curva de 2 arios.

A

Area del campo deportivo en consideracio n.

F,

Facto r de filtra cion que considera el efecto de perdida de agua po r efecto de evapo racio n y saturacion del suelo. (Se sugiere usa r de 0.7 a 0.8).

Caudal por abatimie nto del Nivel Freatico Para el calculo del caudal por abatimie nto del ni vel freatico se puede emplear la metodologfa expuesta e n el nume ral 10.3.2. Caudal total de diserio Una vez estimados los caudales de aporte al sistema se obtiene el ca udal total de diserio: Q... + QNf

(10.1 4)

2. Permeabilidad de la capa organ ica, incluye ndo la capa vegetal Es importante te ner una permeabilidad adecuada e n la capa o rganica para e ntrega r en el meno r tiempo posible, el ca udal de agua lIuvia, que cae directamente en el campo depo rti vo al sistema de captacion. Como el suelo de la capa o rganica es un suelo confo rmado po r particulas fina s, con una permeabilidad mu y baja, se recomie nda mezclar este material con un porcentaje de a rena media a g ruesa y de esta mane ra incrementar su permeabilidad. La mezcla obtenida debe conserva r una adecuada proporcio n de nutrie ntes necesa rios para el desarrollo de la capa vege tal.

264)


Se recomienda que el material que conforma la capa orgiinica tenga una permeabilidad superio r a 1xl 0-1 cm/s, para

10 cua l se deben hacer ensayos de permeabilidad con los materiales del sitio y establecer el porcentaje de arena a usar para cumplir esta condicion, normalmente este porcentaje de arena es superior al SO%. Si no es posible garantizar una adecuada permeabilidad del conjunto, capa orgiinica y grama es recomendable colocar unos pequelios sumideros.

Ma teria l

Org6nico y Are na

A

Corte A·A ' RoRo~ de geo te xlit no leiido de 2" de di6melro.

Figura 10.9 Sumideros para incremento de velocldad de respuesta del sistema de drenaje.

Estos sumideros son elementos de drenaje vertical que pueden ser cortina s de geotextil con capacidad de drenaje en su plano 0 sifones de geotextil

0

de arena (Ver Figura 10 .9).

Estos elementos de drenaje vertical se deben colocar minima uno por metro cuadrado.

3. Metoda de captaci6n de agua Una vez el agua se ha infiltrado a traves de la capa orgiinica esta se debe captar para ser lIevada a los sistemas de subdrenaje. La captacion del agua se puede hacer de las siguientes maneras: La primera es considerar el diselio de un colchon drenante. La segunda es considerar el diselio de subdrenes de captacion en forma de espina de pescado

0

subdrenes

transversales. La tercera y miis eficlente es contemplar la implementacion de las dos alternativas ante riores como un sistema miis eficiente. (olchon drenante con material granular y geotextil EI colchon drenante estii constituido por un espesor de material granular, que debe cubrir toda la superficle y debe protegerse con un geotextil adecuado que cumpla la funcion de filtraclon de manera que pase el agua y retenga los suelos finos de la capa vegetal, asi se evitarii la contaminacion del colchon drenante. Para la soluclon del geotextil adecuado para esta funcion, remitirse a la seleccion de geotextil de drenaje en el capitulo S. Para diseiiar el espesor necesario del colchon drenante se debe tener en cuenta 10 siguiente:

kc.a * i * Ac.o. kc.a * i * Ac.a CAPITULO 10: SISTEMAS DE SUSDRENAJE CON GEODR£N

265)

~ Tabla de contenido Donde: Caudal que pasa a traves de la capa o rganica. Permeabilidad de la capa organica. Gradiente hidriiulico. Area de la seccion transversal de la capa organica por metro lineal. Caudal que pasa a traves del colchon drenante. Permeabilidad del colchon drenante. Area de la seccion transversal del colchon drenante por metro lineal. Reemplazando las ecuaciones anteriores se tiene: Qc.o.

QC.D.

Qc.o.

ken " i " Ac.n

Qc.o.

ken"i"1.0*e=

"cn

Qc.a /

(kc.o. " i * 1.0)

(10.15)

Donde: Espesor del colchon drenante. Adicionalmente, se debe cumplirque el espesor del colchon drenante no debe ser menor a 10 cm. Colchon drenante con Geodren planar Otra alternativa para el colchon drenante es el uso del Geodren planar, el cual presenta fuertes ventajas tales como: Facilidad de instalacion. Gran capacidad de drenaje a pendientes muy bajas. Espesor muy pequeno. (Aprox. 1 cm.) EI Geodren planar reemplaza el colchon drenante que normalmente se construye, con geotextil y material granular con un espesor de 20 0 30 cm. EI diseno y seleccion de este tipo de sistemas, se basa en la metodologia de diseno de sistemas de drenaje, numerales 10.3.3 a 10.3.5 en los cuales se evallian las propiedades del geotextil como medio filtrante y al geocompuesto como medio drenante, verificando su permitividad y su capacidad de conduccion en el plano del mismo con pendientes minimas. Colectores principales y colectores secundarios Los colectores secundarios son los encargados de transportar el agua hasta el Estos colectores pueden ser subdrenes de tipo frances (Ver Capitulo g)

0

Las configuraciones geometricas mas usuales se ilu stran en la Figura 10.1 0.

266)

0

los colectores principales.

subd renes compuestos por Geodren vial.


Figura 10.10 Configu raciones Geometricas en Sistemas de Subd renaje.

Para la escogencia del geocompuesto que cum pia con las ca racte risticas hidriiulicas y meciinicas que resulten de los disenos y la tasa de fluj o que se presenta en el sitio, se debe seguir la metodologia desc rita en los numerales 10.3.3 a 10.3.5 de este manual. Para el diseno de los colectores secundarios y el colchon drenante se utilizan iireas aferentes para determina r la cantidad de flujo que aporta cada sector al Geod ren, en caso de que el factor de seguridad global no cumpla para el sistema, se recomienda aumentar el numero de colectores secundarios con el fin de reducir su iirea afe rente, para que estos esten en la capacidad de transmitir el fluid o al colector prima rio. EI ejemplo 10.4.3 presenta los pasos a seguir para el diseno de un sistema de drenaje para campos deportivos,

utilizando Geod ren planar como colchon drenante y Geod ren con tuberia como colectores primarios y secunda rios. 103.7 Aplicacion en predial Asi como el Geod ren planar y Geod ren vial se pueden emplear en sistemas de sub-drenaje para vias y campos deportivos, otra de sus aplicaciones se encuentra en el sector predial. La principal aplicacion en este sector se presenta para proteccion de los muros de sotanos en edificios, los cuales y debido a su condicion de encontra rse bajo el nivel final del terreno pueden ve rse afectados por fuerzas hidrostiiticas para los cuales no estiin disenados y que deben ser disipadas. Adicionalmente la presencia del Geod ren sirve como complemento de un sistema para controlar humedades en estos muros. EI emplear un sistema de sub-drenaje incluyendo Geod ren planar y Geodren vial permite obtener varias ventajas

entre las que se encuentran principalmente grandes rendimientos de insta lacion que representan menores costos de construccion, manejo adec uado de aguas de infiltracion y subsuperficiales que pueden generar problemas en los muros y su fl exibilidad al poderse obtener sistemas de sub-drenaje de diversas alturas empleando un sistema complementa rio con Geodren vial y Geod ren planar. EI cauda l de agua que deberii ser evacuado por un sistema de subdrenaje de este tipo es el aportado por

precipitaciones d irectas en estas zonas que apo rta el cauda l por infiltracion (si se tienen zonas verdes aledanas al muro), miis el caudal generado por ascenso del nivel freiitico cuando hay presencia de este ultimo. Con el fin de determinar el caudal apo rtado por infiltracion y por abatimiento de nivel freiitico, se deberiin emplear las metodologias expuestas en el numeral 10.3.2. La diferencia principal entre la primera metodologia y aquella


267)

~ Tabla de contenido empleada para este caso radica en la diferencia del concepto aplicado para determinar B, que en este caso sera la longitud de afectacion de las zonas verdes frente al muro. Adicionalmente, los parametros de infiltracion que se deben tener en cuenta para esta metodologia varian, seglin el criterio que adopte e l disefiador. Con e l fin de presentar una ilustracion mas clara para ap licaciones en predial, se presenta un ejemplo ilustrativo dentro de la siguiente seccion.

10.4 EJEMPLOS DE DISENO 10.4. 1 Drenaje para un muro de contenc i6n Se va a construir un muro en suelo reforzado para estabilizar una ladera, el muro va a tener 7 m de alto y 30 m de la rgo. EI material de la lade ra es una a rena limosa (SM), con un peso especffico de 18.5KN/ml y una permeabilidad ks de 1.6 x 10"\ mIs, de acuerdo con la curva granulometrica presenta un D8\ de 0.25 mm. Disefiar y evaluar e l sistema de drenaje utilizando inicia lmente geotextil y verificar si es adecuado para el proyecto. Luego realice e l mismo disefio empleando Geodren PAVCD con red de 7 mm. Solucion: 1. Calcu lo del cauda l total de diseno Nlimero de canales deflujo n,= 4 Nlimero de equipotenciales nF 5 k *h*n./nr*L

(10. 16)

1.6x 10'\ mls" 7.0 m * (4/5) * 30.0 m 2.688 x 10"l ml/s

6

/

Figura 10.11 Muro de contencion en suelo reforzado.

268)

Tabla de contenido

~

2. Escogencia del tipo de geotextil a usa r como mate rial drenante Para escoger el geotextil mas adecuado para esta aplicacion se reali za un chequeo con base en los crite ri os de dicha ap licacion y los datos del enunciado. • Crit eri o de retencion (TAA) TAA

< B*04\

B

=

TAA

" 1.8 * 0.25 mm

TAA

< 0.45 mm

1.B; Para geotextiles No Tejidos

• Criteri o de permeabilidad Como es un suelo con alto contenido de finos, se debe cumplir:

> 10 * k, =

1.6 x 10-5 m/s

> 1.6x 10--4 m/s • Crit erio de colmatacion La porosidad de los geotextiles No Tejidos punzonados por ag ujas son superi o res al 80%, por 10 tanto todos los geotextiles No Tejidos punzonados po r agujas cumplen con este criterio. Los geotextiles Tejidos y los No Tejidos termounidos 0 calandrados no cumplen con este criterio .

3. (alcul o hidra ulico para la escogenc ia del geotextil EI caudal por unidad de longitud 0 tasa de fluj o que se requiere evacuar es: 2.688 X 10-1 ml/s

OdL 2.688 x ' O-J m1/s / 30.0 m

C2ilculo de la tasa de fluj o ultima del geotextil:

o o

k* i * A

O/ W

i * (k " t)

i " (k * t)

CAPITULO 10: SISTEMAS OE SU80RENAJE CON GEOOR£N

269)

~ Tabla de contenido Donde: q••

Q IW. Tasa de f1ujo ultima del geotextil

Gradiente hidriiulico k

Permeabilidad del geotextil Espesor del geotextil

Reemplazando los valores se obtiene la tasa de f1ujo ultima para el geotextil No Tejido: q••

1.0 *(2.6x 10·] m/s* l .3x 10·1 m)

q••

3.38 x 1Q-6 m1/s-m

Una vez obtenida la tasa de f1ujo ultima para el geotextil. se calcula la tasa de f1ujo admisible, teniendo en cuenta los facto res de reduccion para drenaje por gravedad que aparecen en la Tabla 3.3. qw ... 1 (FRsCi * FRc:. * FR.N * FRa:" FR..d 3.38 x 1Q-6 m1/s-m 1 (2.0" 2.0 * 1.2 * 1.2" 1.2) 4.89 x 10-1 m1/s-m Finalmente se com para la tasa de f1ujo admisible con la requerida para determinar el factor de seguridad global:

FS, FS,

4.89 x 10-1 m1/s_m 18.96 x 1O·s m1/s_m

FS,

0.0054 « 1.0

Por 10 que no es viable usar un geotextil no tejido como medio "drenante" en el sistema debido a la magnitud de cauda l a conducir en su plano. Es por esto que se hace necesaria para este tipo de proyectos la colocacion de un sistema de subdrenaje compuesto por grava y geotextil no tejido 0 estud iar la opcion de colocar un Geodren planar como medio de captacion que pueda captar y conducir caudales considerables como los que se presentan en este tipo de proyectos. 4. Evaluacion del geotextil a usar en e l Geodren Debido a que en la seleccion del geotextil como material drenante se revisaron los criterios para la escogencia, se tiene como resu ltado que el geotextil no tejido de propiedades de resistencia a la tension por el Metodo Grab de 400 N Y resistencia al punzonamiento por el Metodo del CBR mayor a 1.2 kN, con el cual se fabrica el Geodren, cumple con todos los criterios de seleccion y es apropiado para este diseiio en particular. 5. Ciilculo hidriiulico para la escogencia del Geodren • Evaluacion segun la permitividad del sistema Ciilculo de la permitividad requerida por el geotextil del Geodren como medio filtrante.

270)


Q

k" i " A

Q

k "Ah / t "A

kit

Q/(Ah * WL) Q/(Ah " H" L) 2.688 X 10·J ml/s I (7.0 m " 7.0 m " 30.0 m) 1.83 x 1Q"Ii 5.1

Una vez ca lculada la permitividad reque rida po r el siste ma, se toma la pe rmiti vidad suministrada por el fabri cante como la pe rmiti vidad ultima para la realizacio n del di seiio. 2.05.1 (Ver Ape ndice A. Especificaciones De Productos) Con base a la pe rmiti vidad ultima del Geodre n, se calcula la permitividad admi sible, te niendo en cuenta los facto res de reduccio n para filtros en el espaldon de mu ros de conte ncio n que aparecen e n la Tabla 3.3.

2.0 S· l I (2.0" 1.5" 1.1 .. 1.0" 1.0) 0.60s·1 Finalme nte se compara la pe rmiti vidad admisible con la requerida para dete rmina r el facto r de seg uridad glo bal:

FS. FS.

0.605.1 I 1.83 x 1O-li 5. 1

FS.

» 1.0

Po r 10 que el geote xtil no tejido con una Resiste ncia a la Te nsio n po r el Metodo Gra b de 400 N Y resiste ncia al punzonamiento po r el Metodo del CBR de 1.2 kN, es apto como medio · filtrante" en el siste ma . • Evaluacion de la conduccion del ag ua en el pla no del Geodre n Se dete rmina el esfu e rzo no rmal al Geodre n con base al peso especifi co del suelo y a la profundidad mas critica do nde se e ncue ntra el Geodren, debido a que para este proyecto el Geodre n se instalara de fo rma ve rtica l. el esfuerzo no rmal es equivale nte al esfuerzo lateral de tierras, po r 10 que se tie ne e n cuenta el coeficiente de presiOn acti vo, este se de be calcular para cada proyecto segun los pa ra metros dados po r el tipo de suelo y geometria del siste ma, pa ra este caso y con el fin de ilustra r el calculo se to ma un valo r a proximado: y" h "K, 18.5 KN /ml " 7.0 m " 0.5 64.75 kPa Debido a que el Geodre n se ubica ra de fo rma ve rtical. el valor del gradiente hidra ulico sera ig ual 0 aproximado a 1.0. Con estos dos valo res, se de te rmina la tasa de fluj o ultima pa ra el Geodre n seg un la Fig ura 10.6. 9.05 x 10-' ml/s_m

CAPITULO 10: SISTEMAS OE SU8DRENAJE CON GEODR£N

271 )

~ Tabla de contenido Con base en este dato, se calcula la tasa de flujo admisible. Teniendo en cuenta los factores de reduccion para muros de contencion que aparecen en la Tabla 3.4.

q...... 1 (F~" FR..· FRet:" FRod 9.05 x 1Q-4 m1/s-m 1(13 • 1.2 • 1.1 • 1.0) 5.27 x 1Q-4 m1/s-m Finalmente se com para la tasa de fluj o admisible con la requerida para determinar el factor de seguridad global: FS o

q"'ldm/q ... ~

FS o

5.27 X 10- 4 m1/s-m 18.96 x 10'\ m1/s-m

FS o

5.88> 1.0

Por 10 tanto el Geodren conformado por el geotextil no tejido y geored de espesor 7mm es adecuado para el sistema de subdrenaje en el espaldon del muro. 6. Sistema de evacuacion de los liquidos Se revisa la capacidad de conduccion del cauda l total (Ver Figura 10.8). Las tuberias que cumplen 10 anterior son: $ 100, $160, $200. Se escoge la tuberfa $ 100 mm por ser la solucio n tecnica y economicamente mas conveniente. 10.4.2 Sistemas de subdrenaje en una via Se requiere diseiiar los subd renes para una via ubicada en la zona andina. EI sector en conside racion presenta una pendiente promedio del 1%, el ancho de la via es de 12 metros. La posicion del nivel freatico es 0.20 m a partir del nivel o riginal. En el diseiio de la estructura de pavimento se establecio que se excavara 0.50 m por debajo del nivel freatico y se reemplazara por materiales seleccionados. EI material de subrasante presenta las siguientes caracteristicas: Clasificacion U.5.C: CL Permeabilidad (k) = 8.5 x

1 0~

m/s (Obtenida por ensayos in-situ)

D81 = 0.06 mm (Dato extraido de la curva granulometrica). Diseriar el sistema de subdrenaje con Geodren estableciendo la longitud maxima en donde la tuberfa podra realizar la descarga a la atmosfera. Po vimento

• ••

-. h

_ _. Nf ._ . . _.. ______ .. . _

Subrosante Geodren'---_ _+ con tubo

Figura 10.12 Geodren vial (con tuberfa perforada).

272)

Tabla de contenido

~

Solucion: ,. Calcu lo del cauda l total de diserio • Caudal por infiltracion

I,

60 mm/h = 1.67 x 10-1 m/s (Obtenido de la s curvas de intensidad - duracion- frecuencia)

B

6.0 m (Semibanca)

L

, 0.4

F,

0.5 1.67

X

10-1 mls * 6.0 m * L .. 0.4 * 0.5

2.004 x ' 0-1 m1/s * L • Caudal por abatimiento del nivel freatico

Q.

k"i" A (Nd - Nf)/S = (0.7 - 0.2) 16 = 0.0834

k

8.Sx 10-lim/s

A

(0.7m-0.2m)*L

Q.

8.5 X 10-li m/s * 0.0834 * 05 m * L * 2 = 7.09 X 10-7 m1/s * L

• Caudal total de diserio Qw+ Q~= 2.075

X

10-1 m1/s * L

Para establecer la longitud de tramos en donde se requiere hacer la descarga de agua a la atmosfera se debe considerar la capacidad maxima de flujo de la tuberia. En este caso para 1% de pendiente (ver Anexo 2 de este capitulo). 2. Determinaci6n del diametro de la tuberia Se diseria para que cada 1SO m se realicen descargas de agua a la atmosfera usando una tuberia de 4" de diametro. Entonces: 150.0 m .. 2.075 x 10-1 m1/s

3. Evaluaci6n del tipe de geotextil a usar en e l Geodren Se revisa si e l geotextil del Geodren cumple con todos los criterios de diselio.

CAPITULO 10: SISTEMAS DE SU8DRENAJE CON GEODR£N

273)

~ Tabla de contenido • Crite rio de rete ncio n (TAA) Para suelos cohesivos con un indice de plasticidad mayor a 7, el valo r del Ta mano de Abe rtura Aparente de be ser de: TAA

< 0.30 mm

0.1 5 mm

< 0.30 mm (Ver Ape ndice A: Es peciticacio nes De Productos)

• Crite rio de permea bilidad Como es un suelo tino, se de be cumplir:

k,

0.0026 m/s (Ver Ape ndice A: Especiticaciones De Product os)

k,

8.5x 10-li m/s

k,

> 10" ks

• Crite rio de colmatacion La po rosidad de los geotextiles No Tejidos punzo nados po r ag ujas son superio res a180%.

4. Ca lculo hidra ulico para la escoge nc ia d e l Geodre n • Eva luacio n segun la permiti vidad del siste ma 5e realiza el ciilculo de la pe rmiti vidad reque rida po r el geotextil como medio tiltra nte. Q

k" i* A

Q

k "6.h / t *A

kit

Q /(t..h " H" L) Q!(t..h * H " L)

3.11

X 10"]

m]/s/ (0.70 m " 0.70 m " 150.0 m)

4.23 x 1 0"~ S·I Una vez ca lculada la pe rmiti vidad reque rida po r el siste ma, se toma la pe rmitividad suministrada po r el fa bricante como la pe rmiti vidad ultima para la realizacio n del d iselio. 2.0 S·I (Ver Ape ndice A. Especiticaciones de Productos) Con base a la permiti vidad ultima del Geodre n, se calcula la pe rmiti vidad admisible, te nie ndo e n cue nta los facto res de reduccio n pa ra siste mas de subdre naje que a parecen e n la Tabla 3.3. III..., / (FR scl " FRo * FR.!;" FRa:* FRod 2.0s·I/(2.0" '.1 " '.1 * 1.2 *2.0) 0.34s·1 Finalme nte se com para la pe rmiti vidad admisible con la reque rida pa ra dete rmina r el facto r de seg uridad glo ba l:

FS.

274)


FS.

0.34 s·1/4.23 x 10.5 S· I

FS.

» 1.0

Por 10 que el geotextil No Tejido es apto como medio "filtrante" en el sistema . • Evaluaci6n de la conducci6n del agua en e l plano del Geodn2n 5e calcu la el esfuerzo normal actuante con base al peso especifico del suelo y a la profundidad mas critica donde se encuentra el Geodren, debido a que el Geodren se ubicara de forma vertical se calcu la el esfuerzo normal, teniendo en cuenta el coeficiente lateral de presion de tierras: y* h *K. 20.0 KN /m' * 0.70 m * 0.5 7.0 kPa EI valor del gradiente hidraulico serii igual 0 aproximado a 1.0, debido a la posicion del Geodren. Con estos dos valores, se determina la tasa de flujo ultima para el Geodren vial segun la Figura 10.7, se toma el esfuerzo normal minima de la griifica, debido a que el Geod ren estii a una profundidad menor de 1.0 m de profundidad. 4.9x 10--4 mJ/s-m Con base en este dato, se calcula la tasa de flujo admisible. Teniendo en cuenta los factores de reduccion para sistemas de subdrenaje en vias que aparecen en la Tabla 3.4. qwuk 1 (F~ * FR.t FRa:* FRIIC) 4.9 x 10--4 m1/s-m 1 ( 1.2 * 1.5 * 1.1 * 1.0) 2.47 x 10-' mJ/s- m EI va lor de la tasa de flujo requerida se determina dividiendo el caudal total de diseiio sobre la longitud del Geodren entre descarga y descarga:

QT/L

2.075 X 10.5 mJ/s_ m Finalmente se compara la tasa de flujo admisible con la requerida para determinar el factor de seguridad globa l:

FS. FS.

2.47 x 10- 4 mJJs- m 12 .075 x 10- 5 m'Js- m

FS.

11.90» 1.0

Por 10 tanto el Geodren vial es adecuado para el sistema de subdrenaje en el tramo de la via en consideracion.


275)

~ Tabla de contenido , 0.4.3 Sistema de subdrenaje en un campo deportivo Se requiere diseliar el sistema de subdrenaje para una cancha de futbol en un campo deportivo ubicado en la ciudad de Manizales, de dimensiones 100 m x60 m. Se encontro en el terreno un suelo organico (Limo) con las siguientes caracteristicas: LL = 40, LP = 31 , IP = 9 Clasificacion USC: ML, 100 % fino Permeabilidad (I<) = 3.86 x 10.7 m/s 1. Estimacion del caudal de diselio EI caudal de diselio esta conformado por el cauda l procedente de agua lIuvia, lIamado caudal por infiltracion unicamente, debido a que en el terreno en consideracion no hay presencia de nivel freatico . • Caudal por Infiltracion Qw

Donde:

'.

32 mm/ h = 8.88 x 1O-li m!s Precipitacion maxima horaria de frecuencia anual, registrada en el sitio mas cercano al proyecto. Como no se tiene precipitacion maxima horaria para Maniza les, se toma la de la estacion mas cercana, en este caso Guamo - Tolima, basado en las curvas intensidad, duracion y frecuencia. (Curva 2 alios, 120 min). Alternativamente se pueden emplear ecuaciones para determinar la precipitacion si no se cuenta con curvas IDF para la region en estudio. Dichas ecuaciones estan correlacionadas con datos pluviometricos medidos en campo. Para tal efecto se presenta en este manualla investigacion realizada por Vargas y Diaz-Granados para determinar la ecuacion mas apropiada (ver anexo 4) a emplearse para dete rminar la precipitacion en el territorio Colombiano (estas ecuaciones se emplearan a criterio del diseliador). l 00m"60m = 6000m1 0.7

Entonces: Qw

8.88 x 1Q-li m/s" 6000 ml" 0.70 Qw

0.037 m]!s, debido a que no hay presencia de nivel freatico

276)

Tabla de contenido

~

2. Permeabilidad de la capa organica Como e l suelo encontrado es un limo organi co, se hace necesaria una mezcla con arena, buscando aumentar la permeabilidad del suelo sobre e l sistema de drenaje. En la Tabla 10.4 se presentan unos resu ltados de ensayos de permeabilidad de cabeza constante realizados para diferentes mezclas de un limo orgiinico con una arena de tamaiios medios a gruesos. Tabla 10.4 Ensayos de permeabilidad de cabeza co nstante, realizados en ellaboratorio de la facultad de Ingenieria Civil de la Pontificia Universidad Javeriana

Permeabilidad al80% Proctor modificado k (cmls)

Permeabilidad a l 9O% Proctor modificado k (cm/s)

9.36 x 10--1

3.86 x 10-5

80% Limo - 20% Arena

2.93 x 10-J

2.30 x 10""4


3.83 x 10-1

60% Limo -40% Arena

6.52 x 10-J

Material 100% Limo - 0% Arena 90% Limo -10% Arena

1.06x 10-4

1.29 x 1o-J 1.50 x 10-1

50% Limo - 50% Arena 2.38 x 10-1

40% Limo - 60% Arena 100% Arena

1.54

1.54

Arena media a gruesa: NL - NP Clasificacion USC: SP

TamizNo.

% Pasa

4

100

8

625

10

41

20

9

40

o o

Fondo

Con base en 10 anterior se observa que un porcentaje optimo de arena, en este caso y para este tipo de material o rgiinico, para aumentar la permeabilidad es del 40%. La permeabilidad del limo orgiinico es de 3.86 x 10-1 mls, al mezclarlo con 40% de arena aumenta a 2.38 x 10-5 mls. Es impo rtante conocer que para el buen funcionamiento de un sistema de subdrenaje, la permeabilidad del suelo no puede ser menor a 1 x 10-5 m/s. 3. Metoda de captaci6n de agua Los colectores principales y secunda ri os son diseiiados con el sistema Geodren con tuberia de drenaje y son funcion de la geometria del terreno y del caudal de diseiio definido. 3.1 Colch6n drenante con Geodn2n planar Evaluacion del tipo de geotextil a usar en el colchon drenante. CAPITULO 10: SISTEMAS DE SUBDRENAJE CON GEODR£N

277)

~ Tabla de contenido Se revisa si el geotextil del Geodren cumple con todos los criterios de diserio. • Criterio de retencion (TAA) Para suelos finos con un indice de plasticidad mayor a 7, el valor del Tamario de Abertura Aparente debe ser de: TAA

< 0.30 mm

0.2 12mm

< 0.30 mm


• Criterio de permeabilidad Como es un suelo fino, se debe cumplir: 0.0026 m/s


2.38 x 1o-~ m/s

> 10 * k, • Criterio de colmatacion La porosidad de los geotextiles No Tejidos punzonados por agujas son superiores al 80%. Ciilculo hidraulico para la escogencia del Geodren planar como colchon drenante. • Evaluacion segun la permitividad del sistema Asumiendo una altura promedio de 10 cm de capa orgiinica sobre el Geodren planar, se calcula la permitividad requerida del geotextil. Q

k*i * A

Q

k *6.h / t *A

kit

Q/(l!.h*H*L) Q/(l!.h*H*L) 0.037 m]/s 1 (0.10 m * 60.0 m * 100.0 m)

Para este ciilculo se tome el cauda l total de diserio y el a rea de todo el campo de fUtbol. como seccion transversal perpendicular al flujo. Una vez calculada la permitividad requerida por el sistema, se toma la permitividad suministrada por el fabricante como la permitividad ultima para la realizacion del diserio.

w.

2.0 S· 1 (Ver Apendice A. Especificaciones de Productos).

Con base en la permitividad ultima del Geodren, se calcula la permitividad admisible, teniendo en cuenta los factores de reduccion para sistemas de subdrenaje que aparecen en la Tabla 3.3.

IV... I (FRsca* FFb * FR)N* FRcr:* FRee) 2.0s·1 /(2.0* 1.1 * 1.1 *1.2*2.0) 0.34s·1

278)


Finalmente se compara la permitividad admisible con la requerida para determinar el factor de seguridad global:

FS. FS.

0.34 s·1/6.1 7 x 10·\ S· I

FS.

» 1.0

Por 10 que el geotextil NT1600 es apto como medio "filtrante" en el sistema . • Eva luacion de la conduccion del agua en el plano del Geodren Para el d iseiio del colchon drenante se utiliza el area aferente para determinar la cantidad de flujo que debe manejar el Geodren planar, en caso de que el factor de seguridad no cumpla para el sistema, se recomienda disminuir la longitud de descarga del colchon drenante, para estos casos la distancia entre colectores, reduciendo de esta forma su area aferente, pa ra que estos esten en la capacidad de transmitir el fluido a los colectores secundarios. (10.1 7) 6.0m* 1.0m 6.0m2 Donde: Area unitaria del colchon drenante con Geod ren planar (m 2 ) Longitud entre colectores, es la long itud maxima que el agua debe recorrer en el colchon drenante para ser captada por el colector (m)

w

Ancho del Geodren planar, dimension normal al sentido del flujo (m)

EI caudal para esta area aferente se calcula de la siguiente forma: (10. 18)

Q.

O:r* A" I AT

Q.

0.037 m1/s * 6 m1 I 6000 m1

Q.

3.7 X 10·\ m1/s

Una vez obtenido el cauda l que capta el colchon drenante por area aferente, se verifica si el Geodren a seleccionar puede conducir en su plano el caudal calculado. (10. 19)

Q.... /W

Donde: Tasa de flujo requerida para el colector (m1/s_m)

Q.

Caudal calculado para el area aferente del colector (ml/s)

w

Ancho del Geodren planar (m)

En este caso el anc ho del Geodren es la unidad por 10 que el valor de la tasa de flujo sera la misma que el caudal del area aferente. Reemplazando los valores en la formula ante rior se obtiene: 3.7 X 10·\ mJ/s 1 1.0 m 3.7 X 10·\ mJ/s-m


279)

~ Tabla de contenido Para determinar la tasa de flujo ultima del Geodren planar como colchon drenante se utiliza la Figura 10.6 y como datos de entrada el gradiente igual a 0.1 por la posicion casi horizontal del Geodren y e l esfuerzo normal minima de la griifica, debido a que e l Geodren estii a una profundidad menor de 1.0 m de profundidad. q••

21.4 x HP m1/s-m

Con base en la tasa de flujo ultima para e l Geodren insta lado de forma horizontal, se calcula la tasa de flujo admisible, teniendo en cuenta los factores de reduccion para colchon drenante, propuestos en la Tabla 3.4. qwul /

(F~

* FRtt Flh* FRIIC)

21.4 x l O-~ m1/s-m / (13 * 1.2 * 1.0* 1.0) 13.7 x 1o-~ m1/s-m

Finalmente se com para la tasa de flujo admisible con la requerida para determinar e l factor de seguridad globa l:

FS, FS,

13.7 x 1o-~ m1/s-m 13.7 x 1O·~ m1/s-m

FS,

3.70 > 1.0

Por 10 tanto e l Geodren es adecuado como colchon drenante para la cancha de futbol. 3.2 Colecto res Secundarios Los colectores secundari os se diselian para manejar e l cauda l de agua aferente a cada una de las iireas en las que se encuentran y luego se conectan al colector principal que permite evacuar el agua hacia los desagues existentes. La forma de conectarse con los geod renes con tuberia de 160 mm de diiimetro (6"), que corresponde a los colectores principales, es directamente en el sitio de la obra, empleando un accesorio denominado Silla T para la tuberia. Lo importante es que lIeguen en una cota superior a la del tubo del Geodren de los colectores principales, en contacto directo con e l geotextil y la geo red. Se colocariin 16 colectores secundarios con Geodren en cada lade de los colectores principales, separados por una distancia de 6 m entre ellos. Va que se verifico que a esta distancia e l colchon drenante es capaz de manejar e l flujo aportado por la infiltracion en la cancha de futbol. Estos colectores secundarios deben lIegar a una cota superior a los colectores principales y en e l momenta de interceptarlos se les debe dar una pequelia curva hacia e l sentido del flujo para que se acoplen correctamente. Es importante que en estos sectores de interseccion se rellene la zanja con arena para que e l agua lIegue a l sistema del colector principal sin problema y para darle soporte a l Geodren en este sector. Para e l diselio de los colectores secundarios se calculan sus iireas aferentes para determinar la cantidad de flujo que aporta cada sector al Geodren. Se debe revisar que e l factor de segu ridad cumpla para e l sistema, garantizando la transmision del fluido al colector prima ri o.

280)


6.0 m *60.0 m / 2 = 180 m1 porcada colector secunda rio

0.

Or*Ao/AT

0.

0.037 ml/s * 180 m1 /6000 m1

0. Teniendo una pendiente del 1% y en relacion con el nomograma basado en la ecuacion del Prandtl-Colebrook (Figura 10.8), se determina que el diametro de la tuberia mas adecuado para los colectores secundarios es de 1OOmm (4"). Una vez obtenido el caudal que capta cada colector por area aferente, se verifica si el Geodren a selecciona r puede conducir en su plano el cauda l calculado. (10.20) Donde: Tasa de flujo requerida para el colector (m1/s-m)

0.

Caudal calculado para el area aferente del colector (ml/s) Longitud del colector secunda rio (m)

En este caso la long itud de cada colector secunda rio es la misma y equivale a la mitad del ancho del campo de futbol , por 10 que reemplazando los valores en la formula anterior se obtiene:

Para determinar la tasa de flujo ultima del Geodren se utiliza la Figura 10.7 y como datos de entrada el gradiente igual a 1.0 por la posicion vertical del Geod ren y el esfuerzo normal minimo de la grafica, debido a que el Geod ren esta a una profundidad menor de 1.0 m de profundidad. 4.9x 10--4ml/s-m EI calcu lo de la tasa de flujo admisible del colector secundario se realiza utilizando los factores de reduccion para campos deportivos, propuestos en la Tabla 3.4.

4.9 X 10--4 m1/s-m 1 (1.0 * 1.0 * 1.0 * 1.1 ) 4.45 x 1Q-' m]/s- m Finalmente se compara la tasa de flujo admisible con la requerida para determinar el factor de seguridad global:

FS. FS.

4.45 x 10- 4 m]/s- m 13 .7 x 10·\ m]/s- m

FS.

12.0» 1.0

Por 10 tanto el Geodren es adecuado como colector secunda rio para la cancha de futbol.


281 )


• • ••

Figura 10.13 Detalle recorrido del agua colch6n drenante ycolector secundario.

3.3 Colectores Principales Se van a disenar 4 colectores principales, con Geodren con tuberia que corren de manera longitudinal y para lela con la longitud mayor del campo de futbol; debido a las cond iciones topograficas se recomienda conectar los colectores a los desagues existentes en la zona. 100m" 60m = 6000ml 0.037 m]/s 1% (Seleccionada) EI diametro de la tuberia a usar puede ser determinado utilizando el nomograma basado en la ecuaci6n de Prandtl - Colebrook (Figura 10.8) Segun el nomograma para una pendiente del 1% y los cuatro diametros de tuberias existentes para Geodren el cauda l maximo a transportar es el siguiente: Tuberia de 65 mm (2.5")

=

Q ... x= 0.00 11 9 m]/s

Tuberia de 100 mm (4")

=

Q ... x= 0.00433 mJ/s


=

Q ... x= 0.0 11 74 mJ/s


=

Q ... x= 0.02 157 mJ/s

EI caudal requerido para cada colector principal es igual a 0.009 m]/s, por 10 tanto la tuberia a usar para los conectores principales es de 160 mm (6~).

282)


Caja de inspeccion

Descole Colector principal

Sen lido del flujo

Colectores secundorios seporados cada 6m

Sentido del flujo Colector principal

O::::::::::::::::~;?~D~e:t:a'l le

A - A'

Figura 10.14 Distribuci6n esquematica de los colectores principales y los colectores secundarios. Los geodrenes con tube ria se pueden fabri ca r de 1.05 m de altura 6 de 0.52 m (Media malla) de acuerdo a la profundidad de excavaci6n que se defina. Sin e mbargo, el siste ma de Geodren es muy flexibl e y si en algunos tramos sobra un poco de altura, se puede doblar sin ningun proble ma. EI ancho minima de las za njas debe ser de 20 cm, anc ho que se consigue con una pala pequeiia de excavaci6n y la profundidad se debe definir de acuerdo a la pend iente y a la cota en que se encuentran los desagues y el pozo final. EI material de relleno de las zanjas debe ser un material permeable, que pe rmita el paso del agua a los geodre nes, pero no necesa riamente debe ser un material seleccionado como se utilizaria en los siste mas tradicio nales de dre n fran ces. De acue rdo a las propiedades de permeabilidad del material de excavaci6 n, este puede ser utilizado si la permeabilidad es adecuada y si el conte nido de limos y arcillas es minimo. Para definir si el material de excavaci6 n se puede utilizar es necesario conocer su tipo y sus propiedades. 10.4.4 Sistemas de sub-d renaje en predial ejemplo 1 Para un proyecto e n la ciudad de Pasto, Colombia, se plantea la construcci6 n de un edificio de seis pisos y un nivel de s6tano. De acue rdo con los estudios geotecnicos se conoce que la profund idad del ni vel freati co esta ubicada a 6 m por debajo del ni vel del te rreno e n epoca de invierno, y que no se presentariin ascensos por capilaridad que puedan afectar la estructura. EI suelo de fundacio n es un limo a re noso MS con una permeabilidad ig ual a 2.5 x 10'\ m/s. Con el fin de dar un manejo adecuado al agua que por infiltracion puede afectar la edificacio n, se plantea la construccio n de un siste ma de sub-d renaje empleando Geodren vial para captar, conducir y evacuar dicha agua. EI estudio hidrosanitario arrojo que se te nd ran cajas de inspeccio n cada 30 m y que la pe ndie nte a manejar entre cada una es ell %.


283)


ZONA VERDE

-0 .0

ANOEN

SOTANO

~~============*

N .A.F.

4f

=

-6.0

Figura 10.1 S Esquema ejemp lo sistema de sub-d renaje.

, . Estimaci6n del ca udal de disefio Debido que no se encontr6 presencia de nivel freatico que pueda afectar la estructura, solamente se tiene en cuenta el cauda l por infiltracion de la superficie (zona verde) adyacente a la estructura . • Caudal por infiltracion

Donde: 24 mm/ h = 6.66 x 1O-li m/s Precipitacion maxima horaria de frecuencia anual, registrada en el sitio mas cercano al proyecto. Como no se tiene precipitacion maxima horaria para Pasto, se toma la de la estacion mas cercana, en este caso Rio Mira - Narino, basado en las curvas intensidad, duracion y frecuencia. Para la curva de 2 anos y 120 min. Alternativamente se pueden emplear ecuaciones para determinar la precipitacion si no se cuenta con curvas IDF para la region en estudio. Dichas ecuaciones estan correlacionadas con datos pluviometricos medidos en campo. Para tal efecto se presenta en este manualla investigacion realizada por Vargas y Diaz-Granados para determinar la ecuacion mas apropiada (ver anexo 4) a emplearse para determinar la precipitacion en el territorio Colombiano (estas ecuaciones se emplearan a criterio del diseliador). 30 m * 6 m = 180 m1 (area aferente de cada colector).

F,

284)

0.7


Entonces:

Ow

6.66 x 10-6 m/s * 180 m1 * 0.70

Ow

0.00084 ml/s 0.00084 m'/s. debido a que no hay presencia de nivel freatico.

2. 5elecci6n del Geodren adecuado 5egun el nomograma para una pendiente dell% y los cuatro diametros de tuberfas existentes para Geodren circular, el caudal maximo que pueden transportar es el siguiente: Tuberia de 65 mm (2.51

=

Qm.. = 0.0011 9 m1/s

Tuberfa de 100 mm (4")

=

Q..... = 0.00433 m'/s


=

Qm.. = 0.0 11 74 m'/s


=

EI caudal determinado para cada tramo de 30 metros entre caja y caja para cada colector principal es igual a 0.00084 m'/s. Con este cauda l total se determina que la tuberia adecuada a emplear para estos colectores principales es de 65 mm (2.5").

6

ZO NA VERDE

0

-2&111111111 J Geodren Pla nar H:0.5m

.. ~.::;~

'~F "S

~~;::.

Material de relieno Permeable

..

'.~~:/

}7;

'/: .

-3.0

Geodren Viol lOOmm H:2.0m

-v'

/

.~ I

.~~.~~

~:

SOTANO

E

~

"

,.-

Figu ra 10.16 Esquema de la propuesta para el sistema de sub·drenaje.

Para la seleccion de la altura del Geodren el parametro mas adecuado en este caso es la altura que tendra la estructura directamente en contacto con el suelo. En este caso el nivel mas bajo del sotano estara a 2.4 m por debajo del nivel del terreno, por 10 tanto esta es la altura seleccionada. 10.4.5 Sistemas de Sub-d renaje en predial ejemplo 2 5e plantea la construccion de una bodega de dos niveles que cuenta con un area de 80m x 120m. De acuerdo con los resultados obtenidos por el estudio geotecnico, se determino que la altura del nivel freatico se encuentra a 0.5 m por debajo del nivel final del terreno. EI suelo de fundacion es una a rcilla normal mente consolidada que clasifica como CH, que de acue rdo con los ensayos realizados tiene una permeabilidad igual a 1.5 x 10-5 mls. Debido a


285)

~ Tabla de contenido consideraciones estructurales de diseiio para el proyecto, se determino que la profundidad de la cimentacion se rea lizara mediante zapatas aisladas a una profundidad de 1 m por debajo del nivel final del terreno. Debido a la necesidad de controlar el nivel freatico que afectara la estructura a nivel de cimentacion y del suelo de fundacion, se instalara un sistema de sub-drenaje con Geodren vial el cual es necesario diseiiar. EI estudio hidrosanitario determino que se ubicaran cajas de inspeccion cada 40m con una pendiente del 1%.

ZONA PARQUEADEROS

0.0 -V

c ___________ J

PLACA

-5.0 -V

N.A.F

DE

,, :

L __________ _

CONTRAPISO

--------------,, ,r----------,, ,,

II

r-----J

L _ _____ , L _______________ J

-1.0

-V

Figura 10.17 Esquema ejemplo sistema de sub-drenaje. ,. Estimaci6n del caudal de diseiio Debido a que la superficie aledaiia a la estructura se hara en pavimento asfaltico y tendra un sistema adecuado de drenaje superficial, no se considerara aporte de cauda l por infiltracion. Primero se debera definir un esquema en planta de la distribucion de los geodrenes con el fin que estos no interfieran con la cimentacion, otras redes, y que este de acuerdo con los puntos de desague mas adecuados; de esta forma se determinara el area aferente para cada Geodren (Se recomienda que dicha distancia no sea mayor a 10 m). Dicha situacion se muestra a continuacion:

I I

,I

0'

'I .-.!P.t!'-4-

,' I i i i i

I---_J_~b!_

,' i i

:-i--!.!L.-_ : i

,'

I

i

,:'

~--------~- ------~--------~---------

Figura 10.18 Planta de las areas aferentes propuestas.

286)


• Caudal po r a batimie nto de ni vel freatico

k* i * A

Q.

(Nd - Nf)/B

(1.0 - 0.5) / 10 = 0.05

k

1.5x l 0·\ m/s

A

(1.0 m - 0.5 m) *40 = 20 ml. (Area de afectacio n sobre el Geodre n para el caso de aba timie nto del ni vel freiitico) 1.5 X 10.5 m/s * 0.05 * 20 m1 * 2 = 3.0x 10·\ ml/s

Q.

3.0 X 10-5 ml/s, de bido a que no hay presencia de ca udal de infiltracio n 2. Seleccio n d e l Geodn2n adecuado para los colectore s secundarios Segun el no mograma pa ra una pe ndie nte del 1% y los cuatro dia metros de tube rias existentes para Geod ren vial, el caudal miiximo que puede n tra nspo rtar es el sig uiente: Tube ria de 65 mm (2.51 Tube ria de 100 mm (4") Tube ria de 160 mm (6~) Tube rfa de 200 mm (B")

= = = =

Q_.

= 0.0011 9 m1/s

Q_.

= 0.00433 m1/s

Q_.

= 0.0 11 74 m1/s

Q_.

= 0.02 157 m1/s

EI caudal de te rminado para cada tramo seleccio nado es ig ual a 0.00003 m1/s. Con este ca udal se de te rmina que los

colecto res secunda rios (i nte rnos) se puede n hace r con Geodre n vial con tube ria de 65 mm (2.5"). 3. Seleccio n d e l Geodn2n adecuado para los colectore s primarios Luego de la seleccion de la solucio n adecuada pa ra los colectores secundarios

0

inte rnos, es necesario conecta rlos

a un colecto r prima rio que sera el que evacuarii el ag ua fin alme nte a los desagues con que se disponga, y de a hi hacia afu e ra de la estructura. EI colecto r principal conduci rii un caudal a po rtado po r un a rea afe re nte de 40 m (dista ncia e ntre descoles), seg un 10 establecido po r el d iseno hidrosa nita rio, miis el apo rte de caudal de tres colecto res secunda rios q ue se conecta n a este.

Q ~ <

Q ~ <

z

z

0

~

0

~

u w

u w

~

~<

~<

0

0

~

~

z

z

u w

u w

~

~

~

~

0

~

~

~

w ~ 0

w ~ 0

w ~ 0

w ~ 0

~

u u

~

u u

~

u u

~

u u

Figura 10.1 9 Planta esquema de los colectores propuestos.


287)


10.5 EJEMPLO DE RELACION BENEFICIO - caSTO Un tramo de una via en ejecucion tiene un ancho de ca lzada de 14m, long itud de 250 m, pendiente de 2%, y presenta problemas de estabilizacion ocasionados por e l nivel freatico de la zona. 5e requiere disenar los subdrenes longitudinales y evaluar la alternativa mas economica entre e l uso de un Geodren y un dren frances convencional si e l caudal estimado para la zona es de 5.600 cmJ/s. EI material del agregado disponible en la zona tiene un tamafio de 1". 50lucion: Con un cauda l de 5600 cml/s y una pendiente del 2%, segun e l nomograma de Prandtl Colebrook (Figura 10.8) se necesita emplear una tuberia perforada de drenaje de 100 mm (4' 4") para el sistema de Geod ren. Para calcular la dimension necesaria de la seccion del subdren frances en una via con pendiente de 2%, se tome como referencia las tablas guia de disefio del Anexo 1 de este capitu lo. Donde: Geodren 100mm

5ubdren frances

Caudal maximo cmJ/s

Tamafio agregado

Velocidad cm/s

Area seccion

om'

Altura Base 80 cm

0.5%

2.840

10.098

130

4.020

0.563

7.147

90

1.5%

4.850

'" '" '" '" '" '" '"

0.281

1.0%

0.844

5.748

75

Pendiente

2.0%

5.680

2.5%

6.320

3.0%

6.960

3.5%

7.495

1.1 25

5.049

65

1.406

4.494

60

1.688

4.124

55

1.969

3.807

50

Haciendo la compara cion de costos de las dos alternativas, tenemos 10 siguiente:

Dren Frances Descripcion Geotextil No Tejido Tuberia de drenaje

100 mm

Material de relleno* Excavacion y desalojo Mano de obra

Unidad

Cantidad

m' ml m' m'

3.50

Hr/ MI

Costo

Total

U$ .95

U$ 3.33

1.00

U$ 4.00

U$ 4.00

0.73

U$12.00

U$ 9.36

0.78

U$6.19

U$ 4.83

1.00

U$ 5.54

Total

U$ 5.54 US 27.05

Geodren Vial Descripcion Geodren vial

100 mm x 1,0 m

Material permeable (A rena gruesa)* Excavacion y desalojo Mano de obra Total

Unidad

Cantidad

Costo

Total

ml m' m'

1.00

US 9.70

US 9.70

0.39

US 6.00

US 2.34

0.39

U$ 6.19

US 2.41

Hr/M I

1.00

US 5.54

US 5.54 US 19.99

• EI <0010 d ..1 mal .. , ..1de , .. Ik-no d .. I5i51 .. ma d ... ubdrenllj" depende de I~ zona de proye<:IO, .. n el an"li,i, ... incluy.. un precio I.. nlalivo.

288)

Tabla de contenido

~

Para una longitud de 2S0 ml, y construyendo el drenaje a los dos lados de la seccion transversal de la via, tenemos: Costo Geodren
BIBLIOGRAFIA CEDERGREN H.R., DRAINAGE OF HIGHWAY AND AIRFIELD PAVEMENTS, REPRINT ED., U.s.A., 1987. KOERNER R.M., DESINGNING WITH GEOSYNTHETlCS, S ED., U.S.A., 200S . KOERNER R.M. GEOSYNTHETICS IN FILTRATION, DRAINAGE AND EROSION CONTROL, REPRINT ED., ENGLAND, 1992. HOLTZ R., Geosynthetic Engineering. Junio 1997, Pags. 36 - 38. VARGAS

R., DIAZ-GRANADOS M., CURVAS

SINTETICAS REGIONALIZADAS DE

INTENSIDAD-DURACION-

FRECUENCIA PARA COLOMBIA. 1998. FEDERAL

HIGHWAY

ADMINISTRATION,

GEOSYNTHETICS

DESING

AND

CONSTRUCTION

GU IDELLI NES,

PUBLICATION. NO HI- 9S 038, 1995.


289)

~

IV

5.082

4.755

4.483 4.254

0,063

0,125

0,188

0,250

0,313

0.375

0,438

•. 500

0,563

0,625

1.185

1.453

1.679

1.878

2.058

2.223

2.377

2.522

2.659

1,0%

1,5%

2,0%

2,5%

3,0%

3,5%

4.0%

4,5%

5,0%

5.488

6.010

6.716

7.750

9.482

13.377

fern ')

836

AREASECClQN

0,5%

,-,

"r

VELOCIDAD

CAPACIDAD

CAUDALtQ~

MAXlMAEN 'f;m '~)

PEHDlENTE

GEODREN65mm

'" 129

75 71

79

85

9'

..'"

1,563

1,406

1.702

1.793

1.902

2.033

1,094 1,250

2.195

2.404

2.686

3.100

3.793

5.351

SECCIONfcm')

0,938

0,781

0,625

0,469

0,313

112 100

0,156

lenn)

VELOCIDAD

223

-""'"

ALTlJRAfBASE

...

28

3<)

32

34

37

4.

45

52

89 63

-""'"

ALTURA !BASE

,-,

1.722

0,844

2,813

2,531

2.250

1,969

1.688

1,406

945

996

1.057

1.129

1.219

1.335

1,492

2. 107

0,563

1.125

2.973

..

SECClON fcm' )

'" '" 0,281

VELOCIDAD

OREN FRAI'ICES

..'" I.

19

18 11

3,750

3,375

3.000

2.625

2.250

792 747 709

847

915

1.119 1.002

22 2.

1.875

1.292 1, 125

1,500 25

29

, .58<)

2.229

fern')

SECCION

0,750

0,375

fem/a)

VELOCIDAD

r

35

50

-""'"

ALTURAfBASE

GEODRtN Vs. SECCION DREN FRANCtS EN FUNCION DEL CAUDAL

ANEXO 1

12

12

13

14

'9 11 15

26 22

37

"'m,

ALTURA (BASE-

o

"

,~

Il-

0:

..•

~

~

~

'"

IV

Z

m

~

~

~

~

~

~

m

C

~

~

~

e

5

i

0,125

0,188

0.250

0,313

0,438

0,500

0,563

4.325

S.3()1

6.123

6.848

7.503

8.105

8.688

9.192

9.690

1,0%

1,5%

2.0%

2.5%

3,0%

3,5%

4,0%

4,5%

5,0%

11 ,739

14.381

1,0 %

1,5%

50.236 46.994

0, 4 38

0,500

20.347

21 .9 78

23.497

24.924

26.273

3,0 %

3,5%

4,0%

4,5%

5,0%

44,309 42.037

0,563

54.258

0,625

0,375

0,313

59.431

0,250

16.609

66.4 37

76.701

93,911

132.719

tern')

AREA-SECCIQN

,,,.

15.505

16.342

18.5n

0, 188

0, 125

0,063

VELOCI DAD tcml_)

0,625

17.332

18.526

20.007

21 .913

24.493

28.271

2,5%

2,0%

8.295

0,5%

PENDIENTE

CAPACIDAD MAXIMA EN (em 'l_)

CAUDALtQ~

GEODREN 160 mm

48.865

0,063

3.054

0,5%

0,375

tern' )

t ~. )

34.603

AREASECCION

VELOCIDAD

,,,.

MAXIMA EN ttm ' /. )

PENDIENTE

CAPACIDAD

CAUDALtQ ~

GEODREN 100 ......

20.095

0,938

1,094

1,563

1,406

16.815

17.724

18.798

21 .70 3

0,781

1,250

23.772

0,625 26.575

30,681

37,564

53.088

SECClQN tern')

.....

w-

6,202

6.537

991 904 837 783 738 701

0, 469

0,313

0,156

VELOCIDAD teml_)

1,563

1,406

6.933

7.410

1,094 1,250

8.003

8.765

9.797

11.303

13.841

0,938

0.781

0.625

0,469

0,313

19.546

t""'. ) 0,156

A .... SECCION tem')

VELOCIDA D

1.107

1,278

1,565

2.212

-""'"

A LTURAtBASE

289 272 258

309

8" 577 471 408 365 333

-""'"

ALTUM t BASE

w-

2,813

2,531

2,250

9.342

9,848

10.443

11 .164

12.057

1,688 1,969

14.764 13.207

1,400

1.125

20.869

0,563 0, .....

17.045

29.493

0,281

885 626 511 443 396 362 335 313 295 280

-6Ocm)

VELOCIDAD (eml_)

SECCIQN tem')

.....

,-

3,445

3.632

3.851

A LTURAtBASE

2,813

2,531

2,250

4. 117

4.446

1.405

1,688 1,969

5.443 4.869

1, 125

6.282

7.639

0,563 0, .....

tem' )

10.859

S ECCION

A ....

,0,281

tcmls)

VELOCIDAD

DRENFRANCES

326 231 188 163 146 133 124 116 109 103

-""'"

ALTURA {BASE

OREN FRA NC ES

3,750

3,375

3,000

2,625

2,250

1,875

1,500

1.125

0,750

0,375

492

3,750

3,375

3,000

2,625

2,250

1.875

7385 7006

7832

837 3

9905 9043

11073

12784

15652

22120

tem')

AREA SECCIQN

369 261 213 185 165 151 140 131 123 117

""m,

(BAS E -

AC_

43

r

45

2,584

48 2 .724

2.889

3.' "

3.335

3.652

4.082

1,500

5.767 4 .712

VELOCIDAD (em" )

"8 284 246 220 201 186 174 164 156

""'" 136 96 79 68 61 56 51

(BASE -

tern' )

8.144

ALTURA

SECCION

1,125

0,750

0,375

tcml$)

VELOCIDAD

A LTURA tBASE

-""'"

57

181 128 105 91 81 74 69 64 61

-""'"

A LTURll- j BASE

r AREA

o

" ~

i,

I<

.. lil'

IV

'" 'wi

IV

109.205

0,313

0,375

0,438

34.126

37.386

40.384

43.175

45.795

48.274

2.5% 3,,",

3,5%

4,0%

4,5%

5,0%

0,625

0,563

0,500

122.032

0,250

30.521

2,0%

77.239

81. 414

86.349

92.307

99.697

140.948

0, 188

172.583

0,125

21 .573

26.428

' ,0%

1,5%

243.935

fem')

0,063

AREASECCION

(emf. )

,,,..

VELOCIDAD

15.246

MAXIMA EN ftm 'ls)

0,5%

PENOIENTE

CA PACIDAD

CAUDALIQ ~

GEODREN 200 mm

1.287

1.357

1.439

1.538

1.662

30.895

32.566

1,563

34.540

36.923

,,094 1,4{)6

39.879

0,938

1,250

43.682

48.833

56.379

69.033

97.574

SECCION (em ')

..'"

0,781

0.625

0, 469

2.035 1.820

0,313

2.349

4.066 2.876

0,156

.""'" VELOCtDAD (emls )

ALTURAtBASE

"'"

5"

543

576

."

665

"4 728

2,813

2,531

2,250

' ,668 1.969

1,406

1,125

0,844

940

17. 164

18.092

19.189

20.513

22.155

24.268

27.129

31 .322

38.352

0,563

1.151

SECCION

..

54.208

VELOCIDAD (cmI. )

'" '"fern' )

0,281

1.626

.""'"

ALTtJRAtBASE

DRENFRANCES

369 342 320 302 286

3,750

3,375

3,000

2.625

2,250

1,875

' ,500

1,125

452 404

0.750

522

0,375

janis)

VELOCIDAO

903 639

.""'"

ALTURAtBASE

r

12873

13569

14392

"384

16616

18201

20347

23491

28764

40656

tem')

AREA SECCION

'"

226

256 240

2n

392 339 303

479

"""" 678

(BASE -

ALTURA

0

"

0

~

0

0

•

~

0:

..•

~

Tabla de contenido

~

ANEXO 2 GUfA PARA EL CALCULO DE LONGITUD DE DESCARGA EN GEODRENES

Datos ini cia les Precipitacion maxima horaria anual (t R) Permeabilidad del suelo (K)

45 mmlh 0,00085 cm/s

TUBERIA 65 mm CAUDAL(Q)

L ONGITUD DE DESCARGA


PENDIENTE CAPACIDAD MAx IMA

(cm' /s) PARA CAlZADA DE 7.0 m (m) PARA CAlZADA DE 14.0 m (m)

0,5%

836

45

20

1,0%

1.185

65

30

1,5%

1.453

80

40

2,0%

1.679

90

45

2,5%

1.878

100

50

3,0%

2.058

11 0

55

3,5%

2.223

120

60

4,0%

2.377

130

65

4,5%

2.522

135

70

5,0%

2.659

145

75

5,5%

2.789

150

75

6,0%

2.913

160

80

6,5%

3.032

165

85

7,0%

3.147

170

85


j

J 293)

~

Tabla de contenido

TUBERIA 100 CAUDAL (0)

mm

LONGITUD DE DESCARGA


PENDlENTE CAPACIDAD MAxIMA (cm ' /s)

PARA CAlZADA DE 7.0 m (m) PARA CAlZADA DE 14.0 m (m)

0,5%

3.054

165

85

1,0%

4.325

235

120

1,5%

5.301

290

150

2,0%

6.123

335

170

2,5%

6.848

375

190

3,0%

7.503

410

210

3,5%

8.105

445

225

4,0%

8.666

475

245

4,5%

9.192

505

260

5,0%

9.690

535

270

5,5%

10.164

560

285

6,0%

10.617

585

300

6,5%

11 .051

610

310

7,0%

11.469

630

320


mm




294)


0,5%

8.295

455

230

1,0%

11 .739

645

330

1,5%

14.381

790

405

2,0%

16.609

915

470

2,5%

18.572

1025

525

3,0%

20.347

1120

575

3,5%

21.978

1210

620

4,0%

23.497

1295

665

4,5%

24 .924

1375

705

5,0%

26.273

1450

740

5,5%

27.556

1520

780

6,0%

28 .782

1585

815

6,5%

29.959

1650

845

7,0%

31.090

1715

880

Tabla de contenido

TUBERIA 200 CAUDALIQ)

~

mm



PENOIENTE CAPACIDAD MAxIMA Icm ' ls)

PARA CALZADA DE 7.0 m 1m) PARA CALZADA DE 14.0 m 1m)

0,5%

15.246

840

430

1,0%

21 .573

1190

610

1,5%

26.428

1455

745

2,0%

30.521

1685

860

2,5%

34.126

1880

965

3,0%

37.386

2060

1055

3,5%

40.384

2230

1140

4,0%

43.175

2380

1220

4,5%

45.795

2525

1295

5,0%

48.274

2665

1365

5,5%

50.632

2795

1430

6,0%

52.884

2920

1495

6,5%

55.045

3035

1555

7,0%

57.124

3150

1615


295)



Datos ini cia les Precipitacio n maxima ho raria a nual (l R) Pe rmea bi lidad del suelo (K)

50 mmlh 0,00085 cmls

TUBERIA 65 mm CAUDAL(Q)



PENDIENTE CAPACIDAD MAxIMA Icm' /s) PARA CAlZADA DE 7.0 m 1m) PARA CALZADA DE 14.0 m 1m)

296)

0,5%

836

40

20

1,0%

1.185

55

30

1,5%

1.453

70

35

2,0%

1.679

80

40

2,5%

1.878

90

45

3,0%

2.058

100

50

3,5%

2.223

11 0

55

4 ,0%

2.377

11 5

60

4 ,5%

2.522

125

60

5,0%

2.659

130

65

5,5%

2.789

135

70

6,0%

2.913

145

70

6,5%

3.032

150

75

7,0%

3.147

155

80

Tabla de contenido


~

mm

LONGITUD DE DE SCARGA




0,5%

3.054

150

75

1,0%

4.325

215

11 0

1,5%

5.301

260

135

2,0%

6.123

305

155

2,5%

6.848

340

170

3,0%

7.503

370

190

3,5%

8.105

400

205

4,0%

8.666

430

220

4,5%

9.192

455

230

5,0%

9.690

480

245

5,5%

10.164

505

255

6,0%

10.617

525

270

6,5%

11.051

550

280

7,0%

11.469

570

290


mm


LON GITUD DE DESCARGA



0,5%

8.295

410

210

1,0%

11.739

585

295

1,5%

14.381

715

365

2,0%

16.609

825

420

2,5%

18.572

925

470

3,0%

20.347

1.010

515

3,5%

21.978

1.095

560

4,0%

23.497

1.170

595

4,5%

24.924

1.240

635

5,0%

26.273

1.310

670

5,5%

27.556

1.370

700

6,0%

28.782

1.435

730

6,5%

29.959

1.490

760

7,0%

31.090

1.550

790


j

I) 297)

~

Tabla de contenido

TUBERIA 200 CAUDAL(QJ

mm




298)


0,5%

15.246

760

385

1,0%

21.573

1075

550

1,5%

26.428

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2,0%

30.521

1520

775

2,5%

34.126

1700

870

3,0%

37.386

1860

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3,5%

40.384

2010

1030

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43.175

2150

1100

4,5%

45.795

2280

1165

5,0%

48.274

2405

1230

5,5%

50.632

2520

1290

6,0%

52.884

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1345

6,5%

55.045

2740

1400

7,0%

57.124

2845

1455

Tabla de contenido

~


Datos ini cia les Precipitacion maxima ho ra ria anual (t R)

60 mm/h

Pe rmeabilidad del sue lo (K)

0,00085 cm/s

TUBERIA 65 mm CAUDALIQ)



PENOIENTE CAPACIOAD MAx IMA Icm ' ls)


0,5%

836

30

15

1,0%

1.185

45

25

1,5%

1.453

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2.058

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2.223

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2.522

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2.659

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2.789

115

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2.913

120

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6,5%

3.032

125

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3.147

130

65


j

I) 299)

~

Tabla de contenido


mm





0,5%

3.054

125

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1,0%

4.325

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1,5%

5.301

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6.123

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6.848

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10.164

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11.469

475

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mm




300)


0,5%

8.295

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11 .739

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14.381

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6,5%

29.959

1245

635

7,0%

31.090

1295

660

Tabla de contenido

TUBERIA 200

~

mm

Caudal (Q)

Longitud de Descarga

Longitud de Descarga

Capacidad maxima (cml/s)

para Calzada de 7.0 m (m)

para Calzada de 14.0 m 1m)

0,5%

15.246

635

320

1,0%

21.573

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455

1,5%

26.428

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2,0%

30.521

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1025

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1120

6,5%

55.045

2290

11 65

7,0%

57.124

2380

1210

Pendiente


301 )

~

Tabla de contenido

ANEXO 3 CURVAS DE INTENSIDAD DURACION FRECUENCIA

Region Amazonia

Ubicaci6n de las estaciones en las regiones

Regiones climatolOgicas de Colombia

climatolOgicas de Colombia

180 160 140 120

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Tabla de contenido

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Tabla de contenido

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160

120

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120

360

Tabla de contenido

160

160 160 140 120

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160

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CAPfTUlO 10: SISTEMAS DE SUBDRENAJE CON GEODflEN

360

305)


ANEXO 4 CURVAS SINTtTICAS REGIONALIZADAS DE INTENSIDAD-DURACIGNFRECUENCIA PARA COLOMBIA

RESUMEN Las curvas Intensidad-Ouracion-Frecuencia (lOF) permiten la estimacion de volumenes de drenaje superficial mediante modelos lIuvia-escorrentia en cuencas pequeiias para las cuales no existen registros de caudal. Los metodos tradicionales de caku lo de curvas IOF requieren el uso de informacion pluviografica. EI empleo de ecuaciones que permitan estimar las curvas IOF a partir de informacion pluviometrica constituye una alternativa para aquellas zonas que solo disponen de registros de lIuvias a nivel diario. A partir de 165 curvas IOF ubicadas en diversas zonas de Colombia y los resumenes multianuales pluviometricos de las mismas, se eva luaron las principales ecuaciones propuestas en la literatura y se establecieron nuevas ecuaciones para cuatro grandes regiones de Colombia. Introduccion En el diseno de obras de drenaje y de estructuras hidraulicas es indi spensable conocer el comportamiento hidrologico del area. En las zonas en las cua les no se disponen registros de cauda les, estos se deben determinar mediante modelos hidrologicos lIuvia-escorrentia. En estos modelos es necesario precisar la profundidad de precipitacion maxima que se espera tener con un determinado periodo de recurrencia. AI analizar esta informacion se puede obtener el volumen maximo de agua que debe ser evacuado en un cierto lapso de tiempo. Oe ahi se obtiene el caudal de diseiio de la obra, el cual establece el tamano de la misma y afecta directamente los costos de construccion. En general, las zonas de las cuales no se dispone de informacion historica de caudales son cuencas pequenas

0

subcuencas en las cua les el tiempo de concentracion es relativamente corto. Usualmente las duraciones de estos eventos son menores a 24 horas, siendo las 3 primeras horas las mas importantes. Las curvas Intensidad-Ouracion-Frecuencia (lOF) sintetizan el comportamiento pluvial de una zona y su determinacion es de vital importancia por los motivos antes mencionados. En estas curvas se puede conocer la intensidad maxima de precipitacion que se espera tener durante determinada duracion de lIuvia, en un evento que en promedio ocurrirfa cada cierto numero de aiios. Justificaci6n y Objetivos Usual mente las curvas IOF se determinan mediante analisis del mayor numero posible de registros pluviograficos pertenecientes a la estacion de estudio. En las cartas pluviograficas estan consignados los perfiles de cata tormenta, es decir, la profundidad de precipitacion acumu lada en funcion del tiempo. EI problema que se presenta es la escasez de estaciones que registran informacion de este tipo, probablemente a causa de sus altos costos de instalacion y mantenimiento. La mayor parte de estaciones existentes en el pais son pluviometricas y registran la informacion de precipitacion a nivel diario, por 10 cua l no se puede realizar el analisis de frecuencia tradicional. La informacion generada por estas es discreta y no continua, por 10 cual no se conoce la forma en que se distribuye la precipitacion

306)


a 10 largo de cada tormenta, sino unicamente con un nivel de agregacion de 24 horas. La estimadon de curvas IOF a partir de informadon pluviometrica se presenta como una alternativa muy impo rtante para resolver este problema. A traves de los aiios se han propuesto diversas ecuadones empfricas que pretenden describir las curvas IOF de una forma generalizada. Ad iciona lmente, se han elaborado otras que permiten generar curvas IOF sinteticas a partir de informacion pluviometrica. Mediante esta investigacion se evaluo la aplicabilidad de las prindpales ecuaciones propuestas en la literatura en el caso particular de Colombia, y se analizaron nuevas ecuaciones empiricas como alternativa a las probadas en otros sitios del planeta. 5e realizaron analisis en conjunto y por regiones climatologicas, esto ultimo con el fin de aumentar la confiabilidad de las curvas sinteticas.

Procedimiento Recopilacion de curvas IOF La primera gran etapa del aniilisis la constituyo la recopilacion de cerca de 250 curvas IOF para diferentes estaciones del pais. Estas curvas fueron tomadas de diversos estudios de ingenieria, anuarios metereologicos y articulos publicados. Las principales Fuente de informadon fueron el FONAOE, la EAAB, la C.v.e., las EEPPMM, CENICAFE, Y algunas de las prindpales firmas de consu ltoria del pais. Se consideraron aquellas curvas que fueron calcu ladas por metodos tradicionales de aniilisis de frecuencia puntuales y de las cuales se pudieran conocer como unos minimos criterios de determinadon. 5eleccion de Curvas IOF Reales A partir de las curvas recopiladas, se tomaron en cuenta unicamente aquellas que fueron determinadas con al menos diez aiios de regi stros pluviograficos. con 10 cua l se tend ria una mejor calidad de info rmacion. EI numero de curvas reales se redujo a cerca de 170. Recopilacion de Informacion Pluviometrica 5e consiguio la informacion pluviometrica correspondiente a la s estaciones para las cuales se habian escogido las curvas reales. De acuerdo con las ecuaciones utilizadas para estimar curvas IOF sinteticas. la informadon pluviometrica requerida corresponde a los resumenes multianuales de precipitacion maxima en 24 horas. el numero de dias con lIuvia y la precipitacion multianual. Esta informacion fue solicitada a la entidad operadora de cada estacion en medio magnetico, aunque en algunos casos fue necesario consultar directamente los anuarios metereologicos correspond ientes al perfodo de registro con el cual fueron calculadas las curvas. Para algunas estaciones no se logro conseguir esta informacion, con 10 cual el grupo final de estaciones analizadas fue de 165. Regionalizacion de las Estaciones Con el proposito de aumentar la confiabilidad de las ecuaciones propuestas, y en razon al numero de curvas disponibles durante la segunda etapa de la investigacion, se decidio dividir el territorio nacional en 5 grandes zonas. Esto permitio hacer aniilisis independientes con estadones que pertenederan a la misma region geografica, buscando condiciones metereologicas regidas por fenomenos simi lares para cada g rupo de estaciones. La division se hizo con base en la propuesta por Velez (1983), la cual contempla las siguientes regiones climatologicas: Region Andina (Rl ), Region del Caribe (R2), Region del Pacifico (R3), Region Orinoquia (R4) y Region Amazonia (R5). En la figura 1 se muestra la distribucion regional para ubicacion de las 165 estaciones utilizadas en los aniilisis.


307)


Regi6n Amazonia

Figura 1. Regiones Climatol6gicas de Colombia

Ecuaciones que describen las curvas IDF En 1932, Bernard propuso una ecuacion general para las curvas IDF. l= a*(P/t<)

En donde I es la intensidad media en mm/h, T es el tiempo de reto rno en aiios, t es la duracion en horas; a, b, y c son constantes que dependen del sitio. Powell por su parte, propuso en el mismo alio los va lores de b y c de la ecuacion de Bernard como 0.25 y 0.75 respecti va mente. De esta forma la ecuacion de Powell es: I = K * (1"0.25 / tooll)

donde Kes una constante que depende del sitio; T y t son los mismos para metros de las ecuacion de Bernard. Como parte del ana lisis, se establecio la aplicabilidad de estas dos ecuaciones. En la primera fase del estud io (Vargas, 1997), despues de ana lizar 62 estaciones se concluyo lo sigu iente: siendo la ecuacion de Powell un caso particular de la ecuacion de Bernard, restringe la s pendientes de las curvas y la separacion entre las mismas (10 cual sucede al asignar valo res unicos a los coeficientes c y b respectivamente).

308)


En la segunda fa se de l estudio (Va rgas. 1998) se ve rifico la ecuacio n de Berna rd con las 165 curvas IOF obte niendo los valo res para cada parametro de la ecuacio n que se presentan en la Tabla 1. EI amili sis se hi zo por regio nes y para e l conjunto total de curvas. Tabla 1 Valo res estad isticos d e los parametros de la ecuaci6 n de Bernard A

B

,.

R. Andina (R 1)

"

0

30.4

9.9

0. 19

R. Ca ribe (R2)

42.3

9.3

0.2 1

R. Pacifico (R3)

36.4

10.6

R. Orinoquia (R4)

41.3

10.3

Todas

33.3

10.9

0. 19

C

"

0.04

"

0.65

0.09

0.98

0.10

0.49

0.12

0.97

0.19

0.07

056

0.12

0.96

0.20

0.08

056

0.08

0.98

0.06

0.6 1

0.12

0.97

0

0

La ecuacion de Bernard es valida para duraciones de lIuvia mayo r 0 igual a 5 minutos. Ec uaciones para la estimac ion de c urvas IOF En 1969, Bell pro puso un me todo para poder estimar las curvas IOF, utiliza ndo como base informac io n de Estados Unidos continental, Hawa i, Alaska, Puerto Rico, Australia, 5udafrica y Rusia. Bell propuso una ecuacio n para estimar las curvas a partir de lIuvias agregadas cada 10 minutos

( Pl.l~)

y otra para info rmacio n a nivel ho rario (P1•60 ) . Esta

ultima es: (0.35" L.,,(T)

PT•t

+ 0.76) * (0.54" toolS - 0.50)" P2.60

Valida para T entre 2 y 100 anos y t e ntre 5 y 120 minutos. En esta ecuacio n

PT~

es la profundidad de precipitacio n, e n

pulgadas. corres po ndiente a un evento de precipitacio n con una duracion de t minutos y un periodo de reto rno de T anos. Bell propone estimar P1•60 a partir de info rmacio n a ni vel diario con base en relacio nes e mpiricas desarro lladas previa mente por He rshfie ld y Wil son en 1955: p, ..

0.1 7MNOJ)

si 0.0 < M < 2.0 pulg.

y 1 < N <=80

p, ..

0.21 MD.61 N°.3)

si 2.0 < M < 4.5 pulg.

y 1 < N <=80

En donde M es e l promedio del va lor maximo anual de precipitacion d iaria y N es e l numero promedio anual de dias con to rme nta (thunde rsto rm days). Sin e mba rg o, los resultados obtenidos mediante la utilizacio n de la ecuacio n que emplea P1.60 en vez de P2.10 son descritos po r e l propio Bell como -desafortunadamente me nos satisfa ctori os". Es po r esto que se recomienda su uso solo e n caso de ser necesario. En la prime ra e tapa de este estudio se ana lizo la aplicabilidad de la ecuacio n de Bell para Colombia. Para las 62 estaciones in icia lmente ana lizadas, e n e l 50% de los casos e l valo r estimado de intensidad tu vo error relati vo me nor a ±40% y solo e n e l 32% de los casos fue meno r a ±20%. Se concluyo que la e cuacio n de Bell no es confiable para su ap licacio n e n e l pais, probable mente po r la dife rencia de condicio nes hidrocl imatologicas que existen con las regiones en las cuales fue derivada. Esta ecuacio n resulta ap licable exclusiva me nte en zonas que presenten precipitaciones maximas diarias que sean meno res a 2 pulgadas. En Colo mbia una 9ran parte de regio nes no se aj ustan a esa condicio n.


309)

~ Tabla de contenido En 1983 (hen propuso una formula genera lizada para las curvas IOF en los Estados Unidos: IT= a "IIOlog(l Ol-"T'-I)

,

(t+b)<

En donde I~es la intensidad en pu lg/h, T es el tiempo de retorno en anos. t es la duracion en horas, x es la relacion R,'1XI/~!Oa, bye son para metros que dependen de la relacion

~O/~!O

R,T esta definida como la profundidad de

precipitacion correspondiente a una du racion t y un tiempo de retorno T. En 1992, Kothyari y Garde realizaron un estud io de curvas IOF para la India con 80 curvas IOF reales, en el cual verificaron dife rentes ecuaciones propuestas en la literatura y propusieron una nueva ecuacion. Partieron de los resultados obtenidos por Raudkivi(1979), quien encontro que las propiedades de las celdas convectivas asociadas con lIuvias de corta duracion (menor a 24 horas) son similares en regiones hidrologicamente diferentes. Ademas. a partir de una comparacion entre las ecuaciones que representan curvas IOF para du raciones cortas propuestas por (how(1964), Raudkivi(1979), Pert et al.(1987), ( hen( 1983), y Hargreaves(19881. encontraron que los exponentes de los parametros t y T de la Ecuacion 1 va rian entre 0.1 8 y 0.26 para t y entre 0.7 y 0.85 para T. Los resultados obtenidos de la ecuacion de (hen(1983) no resultaron satisfactorios por los cual los investigadores decidieron ca li brar diferentes ecuaciones semejantes a la de Berna rd(1932). Oespues de un detallado estudio encontraron que aquella que permite estimar las curvas IOF de la manera mas ap roximada es la siguiente:

En donde I es la intensidad media en mm/h, T es el tiempo en retorno en anos, t es la duracion en horas. R~4 es la profundidad de precipitacion en mm correspondiente a un perfodo de retorno de 2 aiios y una du racion de 24 horas, y (es una constante que depende de las estaciones analizadas. En el caso de la India ( =8.3 1, con errores menores a ±30% en el 95% de los casos. Para una misma estacion el valor de (es diferente para t,.; 10 min. Esto indica que la inclusion del termino ~: no refleja todos los factores que afectan un punto de la curva. Ecuaciones propuestas para Colombia En la primera etapa de la investigacion se considero apropiado utilizar la ecuacion de Kothyari y Garde pero en una forma mas genera lizada:

Oe este modo se calcu lo el valor R;4 para cada una de las 53 estaciones de las cuales se tenian registros multianuales de precipitacion maxima diaria. Se calibro la ecuacion con 36 de las estaciones y luego se verifico con las restantes 17. Los resultados de la regresion ind icaron que la ecuacion de mejor ajuste, con un coeficiente de determinacion r =0.91, es: ~"

I = 0.65 l.,.....--{fil t'~

310)

)0.9l


En la segunda etapa de la investigacion la ecuacion de Kothyari y Garde fue modificada para facilitar el procesamiento de la informacion. 5e reemplazo e l termino

R~4 por e l promedio del va lor maximo anual de precipitacion diaria M,

de tal manera que quedo:

A partir de esta ecuacion se realizaron variaciones en los diferentes para metros obteniendo despues de muchos ana lisis que la ecuacion anterior es la que final mente se ajusta mas a las diferentes condiciones eva luadas para Colombia. EI ajuste de la ecuacion con base en las 165 estaciones agrupado por regiones produjo los valores de los para metros que se presentan a continuacion Tabla 2 Valores de los parametros de la ecuacion de Kothyari y Garde para Colombia # Estaciones evaluadas

,

b

,

d

Region Andina (R1)

11.

0.94

0.18

0.66

0.83

0.93

Region del Caribe (R2)

28

24.85

0.22

0.50

0.10

0.72

Region del Pacifico (R3)

17

13.92

0.19

0.58

0.20

0.88

Region Orinoquia (R4)

4

5.53

0.17

0.63

0.42

0.91

Region

"

Conclusiones y recomendaciones EI nivel de confiabilidad de las curvas sinteticas esta directamente relacionado con la cantidad de informacion disponible para calibra r las ecuaciones correspond ientes a cada region climatologica. EI error esperado al estimar una intensidad de lIu via en la Region Orinoquia (R4) es mayor que en las Regiones 1, 2 Y 3. Esto no es sorprendente si se tiene en cuenta que para esta zona del pais solo se recopilaron 4 curvas IDF reales. En la region Andina (R 1) se obtuvieron los mayores niveles de confiabilidad. La gran mayoria de intensidades estimadas se concentran alrededor de las intensidades observadas, con una baja dispersion de datos. En las regiones Ca ribe y Pacifico (R2 y R3 respectivamente) se obtuvieron resultados bastante aceptables, a pesar de que la dispersion es mayor que en la region Andina (R1J. EI menor numero de curvas analizadas parece ser la razon. Es necesario disponer de un mayor numero de curvas reales para aquellas zonas del pais como la Orinoquia y Amazonia. En esta ultima no se consiguio ninguna curva real, por 10 cual no es pudo obtener ninguna ecuacion regionalizada.

CAPITULO 10: SISTEMAS OE SU8DRENAJE CON GEODR£N

311)

~ Tabla de contenido BIBLIOGRAFfA Bell F.C, Genera lized Rainfall-Duration-Frequency Relationships, Journal of Hyd raulics Division, Vo I.9S, No. HY1, Enero 1969. Berna rd M, M. Formulas for Ra infall Intensities of Lon9 Durations, Trans, ASCE, Vo1.96, 1932. Chen C, Rainfall Intensity-Duration-Frequency Formulas, Journal of Hydraulic Engineering, Vol.1 09, No.12, Diciembre 1983. Chow v.T. Handbook of app lied Hydrology, MacGraw Hill Book Co, New York, N.Y., 1964. Ge rt, A., Wall, D.J., White, E.L., Dunn, CN., Regional Rainfall Intensity-duration-frequency curves for Pennsylvania, Wate r Resour. Bulletin, 23(3), 1987. Hargreaves G. H., Extreme Rainfall for Africa and othe r Developing Areas, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol 11 4, No.2, Mayo 1988. He rshfield D.M., Weiss L. L. Y Wilson W.T., Synthesis of Rainfall-Intensity Frequency Regime, Journal of Hydau lics Division, ASCE, Vo1.81, No. HY Proc. Paper 774, Julio 19S5. Kothyari U.C Y Garde R.J., Ra infa ll Intensity-Dura tion-Frequency Formula for India Journal of Hydrau lic Enginee ring, Vol.11 8, No.2, Febrero 1992. Powell R.w., Discussion of Formulas for Rainfall Intensities of Long Durations, de Berna rd M.M., Trans., ASCE, 96,1932. Raudkivi A.J., An Advance Introduction to Hydrological Processes and Modelling, Oxford Pergamon Press, New York, 1979. Vargas R., Curvas Sinteticas de Intensidad-Duraci6n-Frecuencia para Colombia, Departamento de Ingenie ria Civil, Universidad de los Andes, Julio 1997. Vargas R., Curvas Sinteticas de Intensidad-Duraci6n-Frecuencia para Colombia, Regionalizaci6n e im plementaci6n de un SIG, Departamento de Ingenie rfa Civil, Universidad de los Andes, Julio 1998. Velez F., Curvas Intensidad-Duraci6n-Frecuencia en Regiones Climatol6gicas de Colombia, Facultad de Ingenie ria Civil, Universidad Santo Tomas de Aquino, 1983.

Trabajo de Investigac i6n realizada par: Rodr igo Vargas M., Ing. Civil, Programa Magister en Ing. Civil, Universidad de los Andes, Bogota D.C- Colombia., 1998. Mario Diaz-Granados 0., Profesor Asociado, Dpto. Ingenie ria Civil y Ambiental, Universidad de los Andes, Bogota D.C - Colombia, 1998.

312)

MANUAL v SOfTWARE DE DISENO

Geosoft® PAVCO

CAPrTULO

MUROS DE CONTENCION REFORZADOS CON GEOSINTETICOS Volver al indite

~

314)

Tabla de cOfllenido


11.1 GENERALIDADES Uno de los tipos de obras mas comunes en la ingen ieria son los muros de contencion, bien sea para la conservacion de las dimensiones de la banca en vias, contencion de suelos 0 conformacion de areas planas. Tradicionalmente se han venido utilizando muros de contencion porgravedad que absorben las presiones horizontales gracias a su gran masa. Una de las alternativas presentadas a mediados de la decada de los sesenta, fue creada por el ingeniero frances Henry Vidal, que consistia en la inclusion de una serie de tiras metalicas, amarradas a unos elementos externos que componian la cara del muro, hasta una determinada longitud dentro del relleno utilizado, para conformar asi la masa de contencion. Este es un sistema que se ha venido empleando con relativo exito en la actualidad y tiene el nombre registrado de tierra armada. Aunque el sistema ha presentado un buen desempelio, su principal problema radica en la determinacion de la duracion del refuerzo metiilico dentro del suelo, teniendo en cuenta que se encuentra expuesto a un proceso permanente de corrosion. Gracias al desarrollo de nuevos materiales que pueden soportar la s condiciones de humedad y de acidez

0

alcalinidad dentro del suelo, se ha venido implementando el uso de mantos sinteticos tales como los geotextiles y geoma llas, para que sum inistren refuerzo, debido a las ca racteristicas mecanicas que estos poseen, como es su resistencia a la tension. Los estudios que condujeron al uso de esta nueva tecnologia tuvieron origen en Francia y Suecia a finales de la decada de los setenta. Los muros de contencion reforzados con geosinteticos se han convertido mundialmente en una alternativa de construccion frente a los muros de concreto reforzado y a los terraplenes conformados, principal mente cuando hay deficiencias en la capacidad portante del suelo de fundacion

0

cuando las condiciones geometricas de la seccion

a desarrollar no permiten que las zonas de relleno sean conformadas con un angulo igual

0

menor al de reposo

natural del suelo de relleno. No es necesario que las condiciones sean tan criticas como las mencionadas anteriormente, la gran ventaja es que son alternativas mas economicas, de hecho bajo las mismas condiciones geotecnicas y constructivas, un muro de suelo reforzado puede originar una reduccion de los costos totales de un 30 a un 60%, si se com para con los muros reforzados en concreto, debido al hecho que se pueden emplear materiales terreos del sitio. Alrededor del mundo, este sistema es empleado masivamente en vias y con el fin de ganar area util en lotes que la han perdido por efecto de deslizamientos. La evolucion en este campo ha side tan grande que hoy en dia, gracias a investigaciones realizadas por la FHWA (Federa l Highway Administration) de los Estados Unidos, se han desarrollado metodos constructivos y de diseiio para conformar terraplenes de acceso a puentes en suelo reforzado con geosinteticos.

11.2 METODOLOGiA DE DISENO AI incluir un material con resistencia a la tension dentro de una masa de suelo que debe soportar una serie de empujes, se logra aumentar la resistencia general del conjunto, biisicamente por el esfuerzo friccionante desarrollado entre el geosintetico y las capas de suelo adyacentes.

CAPITULO 11: MUROS DE CONTENCION REFORZADOS CON GEOSINTt:nCOS

315)

~ Tabla de contenido Existen un sinnlimero de planteamientos para resolver el diseiio de un muro en suelo mecanicamente estabilizado, dentro de los cuales se pueden nombrar el del Servicio Forestal de los Estados Unidos (Revisado en 1983), Broms (1978), Collin (1986), Bonaparte et al. (1987), Leshinsky y Perry (1987), Schmertmann et al. (1987), Whitcomb y Bell (1979) y Gomez (1998).

La diferencia entre estos metodos radica principal mente en la manera de enfocar las distribuciones de esfuerzos, la superficie de falla y los valores para los diversos factores de seguridad involucrados. Su similitud se basa en que asumen que en la estructura no se presentan presiones hidrostaticas y que la superficie de falla activa es una superficie plana definida por la metodologfa de Rankine. Sin embargo, se ha demostrado que la inclusion de un refuerzo altera el estado de esfuerzos y tensiones en una masa de suelo, haciendo que la superficie de falla sea diferente a la de una masa de suelo no reforzada. Para permitir una familiarizacion con el proceso de diseiio que los muros en suelo reforzado requieren, se lista ra a continuacion la serie de pasos necesarios con el fin de eva luar tanto la estabilidad interna como externa del muro. , 1.2.1 Establecer los limites del diseiio, cond iciones ini ciales, alcance del proyecto y

cargas externas 10 .2.1.1

Determinar la altura maxima del muro, variaciones de alturas, seccion transversal y longitud total. EI nivel

superior servira como referencia para la construccion de todas las capas en el caso de muros con alturas variables, es decir, se recomienda que el muro tenga continuidad en su sentido longitudinal. (Ver Figura 11.1 ).

Recomendable

No Recomendable

Figura 11.1 Continuidad de las capas de refuerzo 11.2. 1.2 Determinar la inclinacion de la cara del muro en relacion con la horizontal. Se define 70° como la inclinacion

minima para los muros de contencion, de 10 contra rio el caso serfa el de un terraplen 0 un talud, donde la superficie de falla es curva y los metodos a utilizar para determinarla no se ajustan al modele defalla de Rankine. 11.2. 1.3 Evaluar la s cargas externas y su ubicacion (Ver Figura 11.2).

,.

Presion late ral de tierras

b. Sobrecarga uniforme, q = y * d c. Sobrecargas concentradas, F., Fh d. Cargas vivas, Aq

.. 316)

Cargas sismicas. ag

(11.1 )

Tabla de contenido

J" J "

/

Sobrecarga

I

~

d

r\

/ /

I

• H

+

+

/ 4S. +/2

I

Ocv

•

0,

Sv

\ EmpuJe

EmpuJe PDf

EmpuJe por

del suelo

sobrecarga

cargas

EmpuJe Total

""G' Figura 11.2 Conceptos de presi6n de suelos y teoria de muros con Geotextil.

11.2.1.4 En el caso de existir un terraplen sobreel muro, determinar la inclinaci6n

f3 con

respecto a la horizontal y definirlo como una sobrecarga. 11.2.1.5 Para proteger el muro de la accion ambiental (radiaci6n ultravioleta), de aetas vanda licos a de la posible acci6n de roedores, este se debe cubrir con elementos rigidos 0 flexibles, tales como: Mamposteria: se puede pensar en utilizar cua lquier tipo de bloques para conformar la fachada , la cual no soportarii ningun tipo de empuje horizontal originado par el muro reforzado con geosintetico. Se deberii verificar el comportamiento estructural de la fachada independientemente de la estructura en suelo reforzado. Paneles de concreto: se deberii pensar durante el ciilculo de la sepa racion vertical entre capas de refuerzo, la posicion para la inclusion de las vari llas de anclaje para los paneles. Se recomienda que los pases queden ubicados de tal manera que no vayan a romper el geotextil sobre la cara vertical del muro. Recubrimiento en mortero

0

concreto lanzado

0

fundido in-situ: para este tipo de acabados, se debe considerar

la utilizacion de una malla electrosoldada, colocada adecuadamente sobre la cara vertical del muro.

CAPITULO 11: MUROS DE CONTENCION REFORZADOS CON GEOSINTlOnCOS

317)


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Figura 11.3 Fachada con recubrimiento en concreto 0 mortero

Fachada vegetal: Para tal efecto se utilizan sacos de yute, fique 0 de polipropileno rellenos con tierra vegetal y semillas, estos sacos se colocan simultaneamente a la compactacion de las capas de suelo reforzado. Finalizando la construccion del muro, se debera instalar un manto de control de erosion permanente tipo PECE (Productos Enrollados para el Control de la Erosion), el cual tendra como funciones: mejorar las cond iciones de crecimiento de la vegetacion, evitar que el material organico de los sacos sufra de desgaste

0

desprendimientos a causa de

la erosion; y protegeran el geotextil hasta que se establezca la vegetacion.

Manto de control de erosion permanente UOfoderos Geodren

Planar~ :;e~o~ ;1 :le~ji~d:O T \ :::l~"""",==-=::::::::;;-:~.G dele~'~l~ refuerzo

~?"',...~~~::::::::::::; ~

Sv

O. 15m O.25m

_____

de fique 0Boisa polipropileno

Suelo Orgonico

Figura 11.4 Fachada vegetal

Si las obras son temporales, esto es, la duracion de la vida util del muro no comprendera un perfodo de tiempo mayor a los 6 meses, el geotextil podra dejarse expuesto. Para el caso en que los muros en suelo reforzado empleen geomallas como refuerzo, estos pod ran ser recubiertos con cualquiera de los sistemas anteriormente mencionados. Se debera hacer enfasis en la construccion de la fachada empleando elementos prefabricados en concreto, los cuales estan conectados con el refuerzo y son de facil colocacion. Igua l que los recubrimientos realizados con mamposterfa estructural, el comportamiento de estos debe ser verificado garantizando su estabilidad independientemente de la estructura en suelo reforzado.

318)


11.2.1.6 Determinar la separacion entre cada una de la s capas de refue rzo ca n geosint4hico. Se recomienda por comodidad en la etapa de diseiio, que unicamente se trabaje con un solo tipo de geosintetico y dejar que la separacion ve rtical Sy entre capas sea el factor va riable. Sin embargo, otra alternativa que resulta tecnica y economica factible en el diseiio de muros en suelo reforzado en especial para alturas mayores a 8m, es la de usar para el mismo muro dos

0

miis referencias de geotextiles

0

geomallas conserva ndo un mismo espesor de capa, segun la resistencia requerida para cada capa del refuerzo. (Ver numeral 11.3) . 11.2.1.7 Para garantizar que el muro trabaje bajo los supuestos de diseiio, principal mente bajo condicion sin presion hidrostiitica se deberii incluir un adecuado sistema de drenaje. Para tal efecto se considera 10 siguiente: Drenaje en la base del muro: Para controlar los ascensos de los ni veles freiiti cos con las subsiguientes presiones hidrostiiticas se deberii construir un sistema de drenaje en su base. Este drenaje estarii compuesto por un geotextil No Tejido punzonado por agujas que cumpla la fun cion de filtro y dentro del cua l se colocarii un material drenante que podriin ser gravas con granulometria entre 112- y 3" (este sistema se conoce como colchon drenante). Otra alternativa es la colocacion de un sistema de drenaje con Geodren (Ver Capitulo 10)

0

cualquier otra forma de drenaje sugerida por el ingeniero diseiiador del proyecto. EI colchon drenante tendrii un espesor no menor a 0.3 m en 10 posible cubririi toda la superficie de cimentacion del muro. EI colchon ayudarii a la disipacion de la presion de poros y al abatimiento del ni vel freatico. La presencia del colchon drenante afectarii el valor del angulo de friccion generado por el muro en la cimentacion. Este iingulo de fri ccion sera el generado por el contacto del geotextil punzonado por agujas y el suelo, sobre el que se apoya (0). Este valor va ria entre el92 al 96% de';' dependiendo del tipo de suelo (Ver Tabla 11 .5). Lluvias, escorrentias y aguas de infiltracion: Para el control del agua aportada de esta forma existen dos sistemas principales; a saber lIoraderos y drenes al espaldon del muro. Los lIoraderos evacuariin el agua que por infiltracion pueda lIegar ha sta la zona reforzada con el geosintetico. Estos lIoraderos se podriin construir con tuberia perforada forrada con un geotextil No Tejido punzonado por agujas.

0

con geodren planar con pendiente no

menor al 3% en el area de refuerzo y que sobresalga de la ca ra del muro. Para la recoleccion del agua evacuada por los lIoraderos se recomienda construir una canaleta en la parte inferior de la cara del muro para evitar la socavacion en la base del mismo. Para el espaldon del muro se recomienda la instalacion de un sistema compuesto por Geodren planar cubriendo la altura total del muro terminando el sistema con un Geodren vial

0

un dren trinchera tipo sub-dren frances (Ver

Capitulos 9 y 10). 11.2.2 Determinar las propiedades ingenieriles del suelo de funda cion 11 .2.2. 1 Determinar los para metros de resistencia

c."

a c'y cjl:

11.2.2.2 Determinar los pesos unitarios Y" Yd Y las propiedades indice del material. 11.2.2.3 Loca lizacion del nivel freatico.


319)


11.2.3 Determinar las pro pie dades del s uelo a usar en la co nstrucci6n del muro y las propiedades del relleno de confinamiento 11.2.3.1 Determinar la g radaci6n y e l indice de plasticidad, verificando si cumplen con las especificaciones minimas exig ibl es para los materiales de re ll eno. Estas recomendaciones minimas son: Se recomienda que para el material de conformaci6n del muro se emplee un material que posea un indice de plasticidad maximo de 20 y un contenido de finos < SO%, evaluando las deformaciones que se puedan presentar. En el caso de utilizarse un material granular deberii evaluarse la supervivencia del geosintetico a las condiciones de instalaci6n, esto es, el tamario maximo del agregado, la altura minima de las capa s de compactaci6n y la presi6n de contacto que generen los equipos de construcci6n, como se explica en la guia sobre diserio de estabilizaci6n y separaci6n de subrasantes (Ver Capitulo 4). En el caso de geomallas uniaxiales se recomiendan utilizar suelos en su mayo ria granu lares debido al efecto de trabaz6 n que este tipo de refuerzo genera en el suelo. Algunas entidades gubernamentales manejan sus especifi caciones de construcci6n particu lares. Por ejemplo las normas generales de construcci6n de carreteras empleada por el Ministerio de Transporte a tra ves del Instituto Nacional de Vias en su Articulo 220 de 2007, establece los requisitos para materiales a utilizar en la conformaci6n de terraplenes. Estos requisitos son los siguientes: Tabla 11.1 Es pecificaciones generales del material para construcc i6n de terraplenes INVIAS Art. 220-07

Suelos

Seleccionados

Adecuados

Tolerables

Corona, nucleo, cimiento

Corona, nucleo, cimiento

Nucleo, cimiento

75mm

100mm

150mm

Pasa tamiz No. 200

,,; 2S% en peso

,,;3S%en peso

,,; 3S% en peso

CBR de laboratorio

;" 10.0%

;"S.O%

;,,3.0%

Experiencia de prueba CBR

0%

< 2.0%

< 2.0%

Contenido de materia orgiinica

0%

< 1.0%

< 2.0%

Limite liquido

<30

< 40

< 40

Indice de plasticidad

< 10

< 15

Aplicaci6n Tamario maximo

Otras entidades como la FHWA para la constructi6n de suelos en tierra reforzada en proyectos viales como accesos a puentes donde losasentamientos deben ser minimo$, recomiendan que el suelo de relleno tenga las siguientes propiedades: Tabla 11 .2 Es pecificaciones s uelos de relleno, segun la FHWAI

Tamario del tamiz

% Pasa

4"

100%

No.4

Oa60%

No. 200

Oa 1S%

Indice de plasticidad no debe ser mayor a 6 1 NATIONAL HIGHWAY INSTITUTE, FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION, MKMnkaliy Stabilized Earth Walls And R";nforcecl Soil Slopes Design And ConmUCIion Guid .. lin .... FHWA-NHI-Q0.043, March 2001.

320)

Tabla de contenido

~

Por 10 general el material mas apropiado para ser utilizado en rellenos de tierra reforzada es aquel de tipo granular con un mfnimo de finos (se pueden emplear materiales tipo subbase granu lar). Sin embargo este tipo de material es cada vez mas escaso y su transporte incrementa los costos del proyecto, haciendo que este no sea economicamente viab le. Una de las ventajas mas importantes de este tipo de sistemas de refuerzo, es la posibilidad de trabajar con los mismos materiales que se encuentran en el sitio de la obra. Sin embargo hay que tener en cuenta los procedimientos de compactacion de este tipo de suelo, debido a que en epocas de lIu via se incrementa la dificultad de compacta rl os y lIevari os a una densidad considerable. Se debe hacer enfasis en e l sistema de drenaje a emplear ya que un aumento del contenido de humedad en la masa de suelo disminuye la resistencia al corte rapidamente. En e l caso de considerarse la utilizacion de materiales plasticos

0

a rcillosos se recomienda que estos sean mejorados con materiales granulares

con el fin de reducir sus caracteristicas de deformacion bajo condiciones de humedad y carga. En Colombia se han presentado experiencias en las cuales se emplearon materiales con una fraccion g ranu lar menor a l 50% y plasticidades medianas a baja. En e l caso de emplear este tipo de materiales es importante obtener los ana lisis completos del material para determinar e l comportamiento del sistema en suelo reforzado, comparado con respecto a las deformaciones a largo plazo segun e l uso

0

aplicacion que se Ie de a l muro. EI estudio y ana lisis de

estos comportamientos generados principal mente por los asentamientos y consolidacion del material de relleno pueden ser medidos en un programa de e lementos finitos.

11.2.3.2 Determinar la humedad optima wOIJI y e l y _ datos obtenidos de un ensayo Proctor modificado. Se recomienda que e l material a usar en la construccion del muro se compacte a l 9S% del Proctor modificado.

11.2.3.3 Obtener e l angulo de friccion interna por medio de los ensayos de corte directo drenados

0

un ensayo triaxial.

11.2.4 Estab lecer los factores de segu ridad a usar durante el diseno 11.2.4.1 Estabilidad Interna Determinar la resistencia a la tension admisible del geotextil. (11.2)

FS

(11.3)

Donde:

T",

Resistencia ultima del geotextil por el metodo de la tira ancha. (ASTM D 4S9Sj1.

FS.

Valores recomendados de 1.3 a 1.s para condiciones estaticas. EI ingen iero diseriador debe revisar y seleccionar e l factor de seguridad mas apropiado de acue rd o a las caracterfsticas de cada proyecto, segun las caracterfsticas de los materiales y la aplicacion que se Ie de a este tipo de estru ctura. Factor de Reduccion por darios durante la insta lacion. Factor de Reduccion por ca rga continua sobre e l geotextil (fluencia ). Factor de Reduccion por degradacion quimica/ biologica.

1 E. important.. ,,,,,orda, qu .. los valOR" obt .. nidos del emayo de resist.. ncia a Ia tension po, ..1 metodo G,ab, si ... paSlln a un ancho equival .. nte de 1.0 metro, ... ,a n ""'YO..... a los obt.. nido. par .. 1 metodo de la ti,a ancha, p,inciplliment.. par .. I .. tecto d .. ad .. lgaz.omi .. nto qUf' ,utr.. la mu .. ,lra du,ante ..1ensayo. haciendo que la relaci6n de Poisson ..)(C .. da ..1valo,d .. O.S. EI ensayoGrab ... ' .. p ....... ntativo pII,a 10. valo ..... d .. produccion y nunca ...neja .. I comportami .. nto ingeni .. ril d .. lgeot..xtil como ,.. fu .. rzo.


321 )

~ Tabla de contenido Los valores recomendados para los fa ctores de reduccio n se encuentran e n la Tabla 3.1 yTabla 3.2 de l presente manual. 11.2.4.2 Estabilidad externa yasentamientos Los facto res que se me ncio nan a continuacio n son los factores minimos recome ndados por la AASHTO para e l ciilculo y diselio de muros e n sue lo reforzado para accesos a puentes seg un los lineamie ntos de la FHWA. La seleccion de estos valo res deben ser establecidos por el inge nie ro diseliador seg un las ca racte risticas geomeciinicas de los materiales a utiliza r y de las condicio nes propias del proyecto.

Tabla 11.3 Factores de seguridad minimos para analisis estatico

Tipo deaniilisis

Factor de seguridad

Deslizamiento

1.5

Volcamiento

2.0

Capacidad portante

3.0

Estabilidad global Asentamientos

1.3 Segun los requerimientos de l proyecto

Tabla 11 .4 Factores d e seguridad para analisis sismica

Tipo deaniilisis Deslizamiento

Factor de segu ridad 1.1 25

Volcam iento

1.5

Estabilidad global

1.1

11.2.5 Diselio de estabilidad interna 11.2.5.1 Determinar las dimens iones preliminares d e l muro. Por ra zo nes constructi vas y para evita r e l e mbo mbamiento en la cara exte rna e n cada una de las capas se recomie nda que la altura de las misma s no exceda los SO c m, aunque e l resultado obte nido e n los cii lculos haya a rrojado valo res ma yo res. Dimension de la base del muro. En la mayoria de los casos se asume inicialmente e ntre e l 70% y 80% de la altura miixima. 1 1.2.5.2 Desarrollar los diagramas d e presion lateral de tierras para la se ccion reforzada. Estos se compo ne n por la sumato ria de los valo res obte nidos para el e mpuje late ral de tie rras, por cargas muertas, ca rgas vivas y sismicas. 11.2.5.3 Calcular los ma ximos esfuerzos horizo ntales en c ada ca pa de refu e rzo. 11.2.5.4 Diseliar la separacion vertical e ntre capas y las longitudes d e d esarrollo de l geotextil para cada una d e estas. Dimensionamiento de la separacio n vertica l e ntre capas de refuerzo Sv:

322)


Se evaluan primero las presiones de tierra originadas por la presion del suelo, de la s cargas, sobrecargas y las cargas vivas. K.,*y*z

(11.4)

IVq

( 11 5)

P (xlz I R')

(11.6)

Ops

+ Osc + Ocv

(11.7)

Donde: 0"

Presion debida al suelo

K.

tan l (4S O -
•

Angulo de friccion del suelo de relleno en la zona reforzada

y

Peso unitario del suelo de relleno

,

Profundidad desde la superficie hasta la capa en estudio

o~

Presion debida a sobrecargas uniformemente distribuidas

q

y"D. Sobrecargas en la superficie, dondey es el peso unitario de la sobrecarga

D

Profundidad del suelo de sobrecarga

00

Presion debida a las cargas vivas

P

Cargas concentradas

,

Distancia horizontal entre la carga y la cara vertical del muro

R

Distancia radial entre el punto de carga sobre el muro y donde la presion estii siendo calcu lada

AI determinar cada una de estas presiones se hace su sumatoria, teniendo en cuenta que esta se realiza en la

profundidad correspondiente a cada una de las capas de refuerzo. AI hacer un diagrama de cuerpo libre en el diagrama de presiones latera les totales y sumando las fuerzas en

la direccion horizontal, se obtiene la sigu iente ecuacion para calcu lar la separacio n vertica l entre las capas de refuerzo.

5,

T_ /(oh" FS)

(11.8)

Donde: Separacion vertical (Espesor de cada capa) Esfuerzo admisible del geosintetico, calculado segun ecuacion (11.2) La presion late ral total en la profundidad total

FS.

Factor de segu ridad global (usar 1.3 a 15)

calculo de las longitudes de desarrollo del refuerzo con geosintetico: Estas se componen por tres longitudes que sumadas arrojan la long itud total a utilizarse por capa en la seccion transversal del muro, a saber: CAPITULO 11: MUROS DE CONTENCION REFORZADOS CON GEOSINTt:nCOS

323)

~ Tabla de contenido 1. Longitud geometrica hasta la zona defalla, Lv (Ve r Figura 1 1.2)

Lv 1 (H-z) =

tan (45

0 -

4'/2)

(H-z) * tan (45

0

¢'I2)

-

( 11.9)

(

//

(

/

( ( (

H

/

L,

Le

//

Is.

' " 45 + $/2

(

//

I-

Lo

\

-I

Figura 11.5 Despiece de las capas. 2. Longitud de empotramiento, L. Esta corresponde a la superfi cie de empotramiento por detras de la zona de falla, donde debido a la interaccion de suelo-geotextil

0

suelo-geomalla se desarrollan las fuerzas resistentes.

/ /

•

7

/

/ /

/

/\

,

/

~

~

~

~

~

~

1+1'--45 + ~/2

Figura 11.6 Uilculo de la longitud de empotramiento del refuerzo Haciendo sumato ria de fuerzas en X: I: F.. se obtiene: oh*5 y *F5

2 * Fza. Corte

Fza. Corte c + o*tano Oh * 5y * FS 12 (c + o*tano)

(11.1 D)

Donde 0 es el angulo de friccion entre e l suelo y el geosintetico de refuerzo, obtenido por medio del metodo de ensayo de la norma A5TM D 532 1, con el cua l se determina la resistencia a l corte e n la superficie de contacto entre e l suelo y e l geosintetico 0 entre geosintetico y geosinte tico segun sea e l caso. Este es uno de los ensayos mas importan tes a nivel de disefio que se recomienda realizar en aplicaciones de refuerzo con geosinteticos, con los cuales se obtienen disefios optimos y eficientes segun los materiales presentes en cada proyecto.

324)


La fuerza de adherencia suelo - geotextil disipa los esfuerzos generados por las presiones late rales a las que se ve sometida la estructura en suelos friccionantes y cohesivos de la siguiente forma: 2L.,(C. *L+oh *tanCl)

F,

(11.1 1)

Donde: F,

Fuerza de adherencia suelo - geotextil a 10 largo de la long itud de empotramiento

c,

Cohesion suelo - geotextil

tan CI

Coeficiente de friccion suelo - geotextil Presion normal efectiva a la profundidad del refuerzo

A continuacion se presenta el procedimiento de ensayo para medir la adherencia suelo - geosintetico presentado por Koernerl. Este proced imiento se recomienda para proyectos de gran tamaiio en los cua les la informacion geotecnica debe tener un grado de certeza mayor para el proceso de realizacion y ajuste del diseiio de la estructura. Este ensayo es una va riacion del ensayo de corte directo en el cual se coloca una muestra representativa del suelo ubicada en la parte infe rior de la caja de prueba para ser compactada al porcentaje estimado a usar en campo (se recomienda que sea al 95% del ensayo Proctor modificado). Una vez se compacta la ultima capa de material se enrasa, se coloca la parte movil de la caja segu ido de la capa de geosintetico y final mente el suelo restante compactado y enrasado. Haciendo va rios ensayos con diferente presion normal, preferiblemente en el ran go de presiones a las que sera sometido el geosintetico, se encuentra la va riacion de la resistencia al cortante maximo T..,.. en funcion del esfuerzo normal

On.

Dibujando la envolvente de falla para los diferentes niveles de esfuerzo calcu lados (Ver Figura 11 .7) se

miden en esta grafica los valores de C. y CI.

• '--- - Envolve nle de lalla

L-__________________________________~ a "

Figura 11.7 Envolvente de falla ensayo de corte directo para geosinteticos. Una vez finalizado el ensayo se puede realizar el ensayo de corte directo para el material de relleno para determinar cual es la eficiencia del sistema suelo - geosintetico frente a la interaccion suelo - suelo. Segun la norma ASTM D 532 1, las dimensiones de la caja para el ensayo de corte directo deberan ser por 10 menos 300 mm x 300 mm. Koerner recomienda el uso de este tipo de cajas especialmente para ensayos empleando suelo - geomalia, suelo - geored

0

suelo - geomembrana, esto con el fin de mini mizar los efectos de escala. Tambien se

hace la aclaracion que para ensayos suelo - geotextil se pueden utilizar cajas de 100 mm x 100 mm teniendo en cuenta los sigu ientes parametros:

'Koerner RM. O",igningWith ~osyntheti< s, 5 ED.


325)

~ Tabla de eontenido Usar el tipo de suelo especifico dellugar del proyecto Controlar la densidad y la humedad de la muestra EI ensayo se debe realizar con el suelo saturado Utilizar e l mismo tipo de Ifquido encontrado in-situ (Ej.: Lixiviado)

! t

•

Figura 11.8 Ensayo de corte con geosinteticos.

Las magnitudes de

~

y [) dependen directamente del tipo de geosintetico y de las propiedades ffsicas y mecanicas

del suelo de relieno, tales como su granulometria, plasticidad y las mas importantes la cohesion y friccion del suelo. En e l capitu lo 2 se describe e l procedimiento de ensayo segun la norma A5TM D 532 1. En las Tablas 11 .5 y 11 h se referendan algunos ensayos realizados para determinar los valores de Co y [) segun el tipo de suelo y el tipo de geotextil. Estos valores tambien son expresados en funcion de c' y 0;.' como un porcentaje de los mismos. Tabla 11.5 Va lores tipieos de [) para distintos tipos de arenaS"' Arena de grana medio a grueso

Arena redondeada

Arena limosa

0;. = 30°

0;. = 28°

0;. = 26°

Geotextil Tejido cinta plana

24° (77%)

24° (84%)

23° (87%)

Geotextil No Tejido punzonado poragujas

30° (100%)

26° (92%)

25° (96%)

Tipo de Geotextil

Para suelos con porcentaje de contenido de finos se tienen los siguientes va lores:

Tabla 11,6 Valores de C. y b para suelos con eontenido de finos y geotextiles tejidos de e inta plana Cohesion 5uelo

Adherencia 5uelo - Geotextil

4> 5uelo

[) 5ueloGeotextil

Porcentaje de.

(T/ mlj

(T/m1j

n

n

(%)

0% Limo -1 00% Arena

1.0

1.8

37.0

34.5

93.2%


3.5

15

35.4

30.8

87.0%


3.7

15

33.0

29.9

90.6%


3.7

15

32.0

25.6

80.0%


3.8

1.,

28.7

21.1

73.5%

Mezclas utilizadas

4 KoernerRM., o..'igningWilh Geosynthetic .. 5 ED, 1"'9.127, TabLo 25.

326)


Para prediseiios

0

diseiios de muros en suelo reforzado de baja altura y sometidos a cargas muertas menores se

puede tomar un valor de b entre O.l¢' y O.SS¢" siendo 0.7¢' el valor mas conservador. En cierto tipo de aplicaciones, el conocimiento del angulo de friccion entre el suelo y el geosintetico es mas relevante para la estabilidad externa que el conocimiento de este para el chequeo de estabilidad interna. 3. Longitud del doblez superior Para efectos practicos asumirla siempre igual a 1.0 metro La long itud total a usarse para cada capa de geotextil sera entonces: (11.1 2) Que final mente podra ser acomodada a una medida constructiva que corresponda a multiplos de 0.50 m. EI instituto nacional de vias de los Estados Unidos de America y la FHWA en su documento · Mechanically Stabilized Earth Wa lls and Reinforced Soil Slopes Design and Construction Guidelines· recomienda que la longitud minima del refuerzo en este tipo de estructuras sea mayor

0

igual a 0.75 veces la altura del muro y que la longitud del refuerzo

sea la misma en toda la altura del muro. 11.2.6 Analisis de la estabilidad externa del muro Revisar la estabilidad al deslizamiento Revisar la estabilidad al volcam iento Revisar capacidad portante Revisar la estabilidad de la excavacion para la construccion del muro Revisar la estabilidad global Las ecuaciones para la verificacion de la estabilidad externa se encuentran en la seccion 10.3 como parte de la solucion del ejemplo de diseiio. 11.2.7 Analisis de la estabilidad dinamica EI analisis de la estabilidad dinamica del muro se emp lea unicamente para el estudio de la estabilidad externa del muro. 11.2.7.1 Presiones laterales debidas a sismos, metoda pseudo-estatico Los sismos generan vibraciones en el suelo las cuales producen presiones laterales adicionales a las estaticas generadas par el suelo de relleno, las cargas muertas y las cargas vivas que estan presentes y afectan la estructura. La teoria mas conocida para calcular este tipo de sobrepresiones generadas en el suelo por efecto de un sismo para el diseiio de estructuras de contencion es la propuesta por Mononobe-Okabe, la cual es una modificacion de la teo ria propuesta por Coulomb.


327)

~ Tabla de contenido Seg un Mo nonobe-Okabe el e mpuje total activo en condicio nes de sismo es:

y," K... "y" Hl _ c'" (1(.,)"''' H

Po.

(11.13)

Para suelos granulares (11.14)

Po. EI ciilcu lo

0

la estimacion del coefi cie nte de presion activo Kas se determina mediante las sigu ientes ecuaciones:

tan-I

[ ,':. ]

(11.1 5)

,

J

[ + [ en (0+0+"'1" ,en(~~I J sen (¢I'+[))" senW-j3-\II)

D.

(11.16)

(11.17) DA " cos \If " coslu .. cos (u+[)+\II) Donde: o

,

Angulo de inclinacio n del trasdos Inclinacion de la superficie del suelo rete nido Angulo de friccion suelo - geotextil

••

Angulo de fri ccion interna del mate rial

'.

Coeficie nte slsmico horizo ntal

'.

Coeficiente sismico ve rtical

EI Reglamento Colo mbiano de Construccion Sismo Resistente NSR-10 en su titulo A establece las zo nas de amenaza sismica por regio nes y ciudades e n nuestro pais clasificiindolas por zo na de a menaza sismica. La zo na de amenaza sismica baja presenta valores de ah me no res

0

iguales a O.lg, las zonas de amenaza sismica intermedia presenta valo res

entre 0.1 y 0.2g Y por ultimo la zona de amenaza sismica alta presenta aceleraciones mayores a 0.2g. Dependiendo del sitio de la construccio n del muro y con base e n estudios de amenaza sismica se obtie ne n los coefi cientes de aceleracion ah y a.,. Para efectos priicticos se puede asumir ah entre 0.1 9 Y 0.2g. Determinada la presion activa PI! se puede realiza r la evaluacio n de la estabilidad externa de la estructura. Debe tenerse en cuenta que en condicio nes diniimicas, los fa cto res de seguridad para deslizamiento, volcamiento y estabilidad inte rna son meno res que en condicio nes estiiticas (Ver Tabla 11.4). 11.2.8 Diseriar los s is temas de drenaje Para el control de aguas supe rficiales y subsuperficiales. En los capitulos 9 y 10 del presente manual se presenta una g uia sobre el diserio de siste mas de drenaje donde se explica todo el procedimiento.

328)


",3 EJEMPLO DE DISENO Se requiere constru ir una estructura en suelo reforzado, para obtener una superficie adicional y conformar la bancada de una via de doble carri!, que soportarii triifico pesado en los dos sentidos. Geometria del muro: Altura miixima:

12.0m

Longitud:

7S.0m

Inclinacion de la ca ra:

Ve rtical

EI suelo a utilizarse como material de relleno en la zona reforzada tiene las siguientes caracteristicas y propiedades geomeciinicas:

"

.'

1.4 TlmI 3~"

LL

25

LP

15

Pasa Tamiz 200

35%

00"

75%

y-

1.g0T/ ml

yt

1.7BT/m 1

-

16%

EI suelo de la ladera que servirii al tiempo como fundacion , tiene las sigu ientes caracteristicas:

"

1.0Tl mI

LL

40

LP

23

Pasa Tamiz 200

27%

"

1.70T/ m 1

.'

26"

Se tiene ademiis una estructura de pavimento con los sigu ientes espesores y sus respectivos pesos unitarios: Subbase granular:

40cm, 1.9T/m 1

Base granu lar:

20 cm, 2.0T/ml

Carpeta asfiiltica:

10 cm,2.2T/ml

Diseliar e l muro estableciendo la separacion vertical entre capas, las longitudes de desarrollo del geotextil y verificar su estabilidad externa.


329)

~ Tabla de contenido Solucion: Evaluacion de cargas: Sobreca rgas uniformes Para el calcu lo de sobrecargas se tendril en cuenta la carga generada por la estructura de pavimento ubicada en la corona del muro. En aplicaciones viales la AAS HTO recomienda como sobrecarga minima la generada por un espesor de 0.60 m, repartida uniformemente sobre toda la superficie superior del muro. q

I: (yO'd)

q

O.4m * 1.9T/m1 + 0.2m * 2.0T/ml

q

1.38T/m1

+ O. lm * 2.2T/ml

Cargas vivas Se deben tener en cuenta todas las ca rgas puntuales y longitudinales ubicadas en la parte superior del muro, tales como muros de borde de via, cimientos, etc., para este caso en particular se tome la carga viva generada por el trafico como se muestra en la siguiente figura.

Distoncia entre ejes= 1.40m

Rueda 7

Rueda 8

Dis!. Rueda 8= 4.15m

Rueda 5

Rueda 6

Disl. Ruedo 6= 3.75m

Rueda 3

Rueda 4

Dis!. Rueda 4= 2.30m

Rueda 1

Rueda 2

Dis!. Ruedo 2= 1. 90m

Qp = 2.28Ton

'1= 36.28°

;.= 31.88"

,.= 20.4r

Coro Del Muro

'1=18.64°

'. Figura 11.9 Esquema de eje Tandem para cillculo para cargas vivas.

330)

Tabla de cantenida

~

Presi6n lateral debida a carga puntual Qp (Ecuaci6n de Boussinesq modificada par experimentaci6n)

o

."',"h

Po;'UI(};ld Q p

,

0.2

,~

~

m "'0.2

-,

1 1

"0 o

I

I

LI )

"

o

A • , II L..l...-

I 1 1-=77"-'"

I

' A'

0"

....:;:.J;

R

!

("

,:, r.r;, R

0.2 0.4 0.6

0.5

z .. 111/

I

111 "'0.4

V no

\

---

./

,V

0.8

~t~ t

06 1.

no

\

N O.4

~ 0.6

l~lQp

f'.: -,

.78 .59H .78 .5<)'" .45 .48H

1.0

1.5

x .. ,.,J/

Para m > 0.4

Para m ,,; 0.4

Figura 11.10 Presio nes late rales de suelo debida a una carga supe rficial puntuat.

Presi6n lateral debida a ca rga lineal Q L (Ecuaci6n de Bou ssinesq modificada par experim entaci6n) ))

,

- -- - -

"

"

0.2

-

"

,~ N

,"

//I

04

= 0.7

" II!

11/

= O.l

~

,

",0.5

~,

d

0

~

r--

V

1/

I).? '. III

=

"' ~j

.------;;-

= 0.3

,:#

0.6

~ /

I

I

I

0.2

I

R

0.1

.w

0.3 .«lUI0.5 .5610.7 .481·

0.8 VI

no

/ 0.4

0.6

0.8

1.0


331 )

~ Tabla de contenido Para m > 0.4

Para m " 0.4 0.20 n

1.28 m'n

Resultante:

Resultante: 0.64 Q.

(ml +ll Figura 11.11 Presiones late rales de sue lo debida a una ca rga superlicia llinea l.

Se calculan los increme ntos de carga g e ne rad os po r cada ru eda y se g rafi ca e l esfue rzo ho ri zo ntal total pro ducido por todas las lIantas so bre la cara del muro con respecto ala profundidad.

DOS

0

Tabla 11.7 calculo de distribuci6n de

~

esfuerzos por c argas vivas con respec to ala profundidad 2

Z 0

11

12

0.020

4 5 6 7 8 9 10

015

02

r---')

I: (Oh+ O' h)

0.000 0.046 0.1 30 0.1 76 0.1 73 0.1 45 0. 11 3 0.084 0.062 0.046 O.Q3S 0.026

2 3

01

4

I 1m)

/

,

/

/ 1

8 10

12

/

/

Figura 11.12 Esfuerzos verti ca les debido a las carga s viva s.

11.3.1 Analisis de e stabilidad interna Datos del sue lo:

,

l.4T/ m l 30°

y,

1.78 T/m J

y.

1.90 T/mJ

Datos del muro:

332)

Sobreca rgas

1.38 T/ml

Altura maxima

12.0 m

Base

10.2 m


Datos del mate rial de refuerzo: Los geosinteticos seleccio nados pa ra la realizacio n de este eje mplo son: geotextil Tejido T2400, geotextil TR4000 y geomalla uniaxialTT090. Geotextil Tejido T2400:

41 KN/ m (Ver Apendice A: Especificacio nes De Productos) 41 KN/m /(1.2*2.2* 1.0) 15.5 KN/m

=,

.55 T/ m

Geotextil Tejido TR4000:

66 KN/ m (Ver Apendice A: Especificacio nes de Productos) 66 KN/ m / (1.2 * 2.2 * 1.0) 25.0 KN/m = 2.5 Tim Geomalla P-UX15:

11 4 KN/m (Ver Ape ndice A: Es pecificacio nes de Productos) '1 4 KN/m / (1.2 " 2.0 " 1.0) 47.5 KN/m = 4.8 Tim Debido a que el muro presenta una altura mayo r de 7 m, se decidio d ividir la altura del muro e n 3 segme ntos, cada segmento del muro consta rii de un tipo de refu e rzo dife re nte y una separacion e ntre capas consta nte, todo esto con el fin de simplificar el proceso de disefi o y ejecucio n del proyecto. Te rcio infe rio r: 12.0 m ,,; z,,; 8.0 m Debido a que los esfu erzos a esta profundidad seriin mucho mayores. se seleccio no la geomalla P-UX15 para el refu e rzo e n este te rcio. Como ilustracio n pa ra una profundidad de z = 10.0 m ta n1 (45 -
=

0.333

+ Osc + 0c\I

~" y "z+~ * q +Oc\I

(0.333" ' .78" 10.0) + (0.333 * 1.38) + Oev

6.39 T/m 1 + O(V


333)

~ Tabla de contenido Donde OeY es ori gina do po r las cargas ve hiculares (Ve r Tabla 11 .7) . I;(oh + o 'h) 00

0.03ST/ml

Separacio n ve rtical e ntre capas de refue rzo Sv: Con un Facto rde Seguridad Globa l

FS.

1.3

Se obtiene una separacio n ve rtical para esta capa de:

5,

T_/(oh*FS)

5,

4.8 (6.39 + 0.035) * 1.3)

5,

0.57 m => 0.50 m de separacion

Longitud geometrica hasta la zo na de falla , Lv:

L,

(H-z) * tan (45 - 4'/2)

L,

(12.0 - 10.0) * ta n (45 - 30/2)

L,

1.1 6m

Longitud de e mpotramiento, L. : * Sv* FS/2* (c +o * tan1i)

L.

Oh

, ,

0.84'

tan 1i

0.445

Donde:

24°

Entonces la lo ngitud de empotramiento de la capa en consideracio n es:

L.

(6.39 + 0.035) * 0.5 · 1.3/2· (1.4 + 1.78 * 10.0 " 0.445)

L.

0.22 m

Debido a que L. no puede ser menor que 1.00 m se toma este valo r para e l diseno de la capa . 1.oo m

334)


Por 10 que la longitud del refuerzo para la capa en z = 10.0 m es igual a:

L,+L. 1.1 6m+ 1.00m 2. 16m Para e l caso de refuerzo con geomallas la longitud del doblez no se cuantifica debido a que la geomalla en la mayorfa de los casos no hace parte de la fachada del muro. Debido a que no solo se debe garantizar la estabilidad interna del muro sino tambien la estabilidad externa; la longitud a usar en los refuerzos fue igual al80% de la a ltura del muro, por 10 que: 9.6m Para muros con alturas menores a 3.0 m se recomienda que la longitud a utilizar no sea menor que 2.4 m. Tercio medio: 8.0 m ;;; z;;; 4.0 m Esta seccion del muro comprende e l refuerzo entre los 4.0 m y los 8.0 m de a ltura de la estructura. Para este tercio de la estructura se selecciono e l geotextil Tejido TR4000 e l cual tiene la resistencia apropiada para el refuerzo de esta parte del muro. Como ilustracion para una profundidad de z = 6.0 m 0P'i+OK+Ocv K.*y*z+K."q+o{V 0.333" 1.78 *6.0 + 0.333 * 1.38 + Ocv 4.02T/ml+ O{V Donde Ocv es originado por las cargas vehiculares (Ve r Tabla 11 .7). 0. 11 3T/ml Separacion vertical entre capas de refuerzo Sv: Con un Factor de Seguridad Globa l

FS.

1.3

Obteniendose una separacion vertical para esta capa de:

5,

T><1m /

(Oh

* FS)

2.5/ (4.02 + 0.11 3)" 1.3) 0.47 m => 0.40 m de separacion


335)

~ Tabla de contenido Longitud geometrica hasta la zona de falla, Lv:

L,

(H-z) * tan (45 - 4'/2)

L,

(12.0 - 6.0) * tan (45 - 30/2)

L,

3.47m

Longitud de empotramiento, L.:

* Sy" FS 12"(c + 0 " tanCl)

L.

Oh

, ,

0.84'

tan CI

0.445

Donde:

24°

Entonces la longitud de empotramiento de la capa en consideracion es:

L.

(4.02 + 0. 11 3) * 0.47" 1.3/2" (1.4 + 1.78" 6.0 * 0.445)

L.

0.20m

Debido a que L. no puede ser menor que 1.00 m se toma este valor para el diseno de la capa. 1.00m Por 10 que la longitud del refuerzo a usar para la capa en z = 6.0 m es igual a:

3.47 m + 1.00 m + 1.00 m + 0.40 m S.94m Para el caso de refuerzo con geotextil se cuantifica la longitud del doblez y la longitud de la separacion ve rtica l para el ciilculo de la longitud total de la capa. Teniendo en cuenta la recomendacion de que la longitud del refuerzo sea la misma en toda la altura del muro la long itud a usar para el geotextil es: 0.80· 12.0 m + 1.oom + 0.40 m 11.0m Aproximado al multiplo de 0.50 m mas cercano. Tercio superior: 4.0 m ,,; z,,; 0.0 m Esta seccion del muro comprende el refuerzo entre la corona del muro y los 4.0 m de altura de la estructura. Para este tercio de la estructura se selecciono el geotextil Tejido T2400 el cual tiene la resistencia necesaria para el refuerzo en esta parte del muro.

336)


Como ilustracion para una profund idad de z = 4.0 m 0.333" 1.78 * 4.0 + 0.333 * 1.38 + Ocv

2.83T/m1 + O(V Donde Ocv es originado por las cargas ve hiculares (Ve r Tabla 11 .7).

0.1 73T/m 1 Separacion vertical entre capas de refuerzo Sv:

5,

TIdm 1 (Oh * FS)

s. s.

1.551 (2 .83 + 0. 173) * 1.3) 0.40 m => 0.40 m de separacion

Longitud geometrica hasta la zona de falla , ~: (H-z) * tan (45 - 4'/2) (12.0 - 4.0) * tan (45 - 30/2) 4.62m Longitud de empotramiento, 4: (2 .83 + 0. 173) * 0.4 * 1.3/2" (1.4 + 1.78" 4 * 0.445) = 0. 17 m 1.oom Longitud a utilizar para e l refuerzo, LT: La long itud del refuerzo a usar para la capa en z = 4.0 m es igual a: 0.80 * 12.0 m + 1.00 m + 0.40 m 11.0m Se debe realizar e l procedimiento ante ri or para cada capa de refuerzo de la estructura, e l resumen de este clilculo se muestra en la Tabla 11.8.


337)

~ Tabla de contenido TABLA 11.8 Calculo de los espesores y longitudes de capa

Capa N"

Zlm)

5v[ml

Lelm)

28

0.6

0. 17

27

1.0

26

1.4

1m)

Lg[ml

L im)

Lolml

La Usar

Lt 1m)

1m)

15

5.8

14

6.2

13

6.6

12

7.0

OA OA OA OA OA OA OA OA OA OA OA OA OA OA OA OA OA

"

7.5

0.5

0.2 1

10

8.0

0.5

0.2 1

9

8.5

0.5

0.2 1

8

9.0

0.5

0.21

1.73

2.73

1.00

9.60

9.60

25

1.8

24

2.2

23

2.6

22

3.0

21

3.4

20

3.8

19

4.2

18

4.6

17

5.0

16

5A

6.58

7.58

1.00

9.60

11.00

0. 13

1

6.35

7.35

1.00

9.60

11.00

0. 14

1

6.12

7.12

1.00

9.60

11.00

0. 15

5.89

6.89

1.00

9.60

11.00

0. 15

5.66

6.66

1.00

9.60

11.00

0. 16

5.43

6.43

1.00

9.60

11.00

0. 16

5.20

6.20

1.00

9.60

11.00

0. 16

4.97

5.97

1.00

9.60

11.00

0. 16

4.73

5.73

1.00

9.60

11.00

0. 16

4.50

5.50

1.00

9.60

11.00

0. 16

4.27

5.27

1.00

9.60

11.00

0. 16

4.04

5.04

1.00

9.60

11.00

0.17

3.81

4.8 1

1.00

9.60

11.00

0. 17

3.58

4.58

1.00

9.60

11.00

0.17

3.35

4.35

1.00

9.60

11.00

0. 17

3.12

4.12

1.00

9.60

9.60

2.89

3.89

1.00

9.60

9.60

2.60

3.60

1.00

9.60

9.60

2.3 1

3.3 1

1.00

9.60

9.60

2.02

3.02

1.00

9.60

9.60

0. 17

1 1

7

9.5

0.5

0.2 1

1.44

2.44

1.00

9.60

9.60

6

10.0

0.5

0.21

1.1 6

2.16

1.00

9.60

9.60

5

10.4

0. 17

0.92

1.92

1.00

9.60

9.60

4

10.8

0. 17

0.69

1.69

1.00

9.60

9.60

3

11.2

0. 17

0.46

1.46

1.00

9.60

9.60

2

11.6

OA OA OA OA OA

0. 17

0.23

1.23

1.00

9.60

9.60

0. 17

0.00

1.00

1.00

9.60

9.60

12.0 * La longilud

Lemin

IOI~I

de

I~,

c.. pa. de refu .. rzo deben se, "proximad.. , a un mulliplo de 05m

pa'" fuilila, .u proceso con.uucriYO.

e.1~'

longitudes

deben se, ....... 'adas una vez. sea ""aluada I.. esIIIbilidad ..xl .... na y global del muro.

11.3.2 Analisis de estabilidad externa 11.3.2.1 Estabilidad al desli za miento 5e debe verifi car que las fu e rzas ho ri zo ntales externa s no o ri g inen un d esplaza miento del muro e n la direccio n ho ri zo ntal. :E Fue rzas Ho ri zo ntales Resiste ntes

[11.1 8)

:E Fuerzas Horizo ntales Actuantes

La fuerza ho ri zo ntal resiste nte es la fue rza cortante producida po r la inte raccio n entre e l suelo de fundaci o n yel geotextil en la zona reforzada, y el sue lo de funda cio n con el de relle no en la zona donde no hay refuerzo.

338)


c + 0.* tanb ov

1.38T/ ml +1 2.0m * 1.78 T/ ml

ov

22.74 T/ml

"t

c' + o. *tanb

,;

1.4T/ml + 22.74 T/ ml* tan 24°

1;

11.52 T/ml

Fza. Cortante

= "t

Fza. Cortante

=

11.52 T/ml" 10.2 m

Fza. Corta nte

=

117.55 T/ m

(11.19)

*L

De te rminacion de fuerzas hori zo ntales actuantes: • Relle no de confinamiento (11.20)

p. p.

Y:. * 1.78 T/ ml * 144 m1 "0.333 = 42.72 TI m

• Sobrecarga q " I(. " H

(11.21 )

1.38 T/ m1 * 0.333 * 12.0 m = 5.52 TI m • Carga s vivas 0.75 P~

(11.22)

0.75" (Q pl H) = 0.75" (2.28 T 1 12.0 m) = 0.14T/ m

• Facto r de seguridad al deslizamiento 11 7.551 (42.72 + 5.52 + 0.14)

FS,

11 7.55/ 48.38

FS,

2.43> 1.5

11 .3.2.2 Es tabilidad al volcamiento Se de be revisar que el mo me nta producido po r las fu e rzas ho ri zo ntales actuantes comparadas con el mome nta ge ne rado po r las fu e rzas resiste ntes no vaya a ocasio nar un volcamiento del muro. EI aniilisis de estos momentos se hace tomando como refe rencia el extre ma inferio r izquie rdo de la seccio n transversal del muro.

FS.

:!: Mo mentos Resiste ntes

(11.23)

:!: Momentos Ac tuantes


339)

~ Tabla de contenido Determ inacion de momentos resistentes: • Momento generado por la sobrecarga M~

q*L * LI2

M~

1.38T/ml* 10.2m"s. 1 m=71.8T.m/m

(11.24)

• Momento generado por el propio peso del muro M~

H"L" y"L/2

M~

12.0 m " 10.2 m " 1.78T/mH 5.1 m

M~

1111.l sT.m/m

(11.25)

Determinacion de los momentos actuantes: • Momento generado por la presion lateral de tierras 1/3 * H * P,

(11.26)

1/3 " 12.0 m * 42.72 Ti m = 170.9T.m!m • Momento generado por la sobrecarga M~

y." H"P",

M~

II. " 12 m" s.s2T/m = 33. 12T.m/m

(11.27)

• Momento generado por las ca rgas vivas (11.28) 0.55 * 12.0 m " 0. 14 T/m = 0.92 T.m!m • Factor de segu ridad al volcamiento

FS,

(7 1.8 + 1111.1 5) I (170.9 + 33. 12 + 0.92)

FS,

11 82.95/204.04

FS,

5.8 > 2.0

11.3.23 Capacidad portante se revisa que la capacidad portante del terreno sea 10 suficientemente competente para soporta r las cargas producidas por la construccion del muro. Un muro construido en suelo reforzado se puede asemejar a un cimiento continuo. La profundidad de la cimentacion debe tener un va lor mfnimo, con el fin de garantizar una estabilidad general de la estructura y al mismo tiempo la reduccion de asentam ientos debido a la carga del muro. AI tener en cuenta una profundidad de cimentacion se incrementa el factor de seguridad contra el deslizamiento de la estructura.

340)


5egun Luciano Ri ve ra l , e n estructuras e n las cuales e xi sta la posibilidad de que las capas de suelo de la cime ntacio n puedan ser socavadas

0

e rosio nadas recomienda trabajar con las profundidad es minimas mostradas en la tabla

11.9, con el fin de garantizarle a la estructura unas condicio nes de estabilidad suficie ntes durante todo su pe riodo de diselio. En caso de tener muros a media lade ra se deberii te ner en cue nta una reduccion e n la capacidad po rtante por efecto de disminucio n de mate rial de sopo rte e n la base del muro. Para tal efecto, debe rii e mplearse al9una de las me todologias propuestas po r di versos auto res, e ntre los que se encuentra Brinch Hansen

0

Meyerhoff modificado,

y que se pueden e ncontrar e n textos de di selio de cime ntacio nes. Tabla 11.9 Profundidades mfnima s de cimentacion para muros e n s uelo reforzado y taludes

Inclinacion del suelo de relle no

Minima profundidad de cime ntacion

Ho ri zo ntal

H/20

3h: l v

HIlO

2h: l v

H/7

3h: 2v

H/5

Pa ra mu ros de estribos de puentes

HIlO

5e realiza el ciilculo de la capacidad po rtante del muro como se muestra a continuacio n: (11.29) 22.25

N,

11.B5 12.54

Do nde No Nil> N, son los fa ctores de carga planteados po r Vesic (1 973) para la ecuacion general de capacidad po rtante. Pa ra la profundidad de desplante de la cime ntacio n se tome una profundidad de 1.0 m. Con ba se en estos datos se calcula la capacidad po rtante del suelo de funda cio n sobre el cual se construirii el muro e n suelo reforzado. 1 T/ mB 22 .25 + 1.0m * 1.7 T/ mH 11.85

+ 0.5* 1.7

T/ m B 10.2 m * 12.54

151.1 2 T/ m1

Para dete rminar el esfuerzo aplicado real al suelo se emplea la ecuacio n general para dete rminar el esfuerzo a una distancia ' y' del centroide, y de do nde se de terminarii el esfuerzo miiximo y el esfu e rzo minima para efectuar el chequeo po r capacidad po rtante. ~

(11.30)

VI A +1- Mnoto y I I

'Fuente: RIVERA, L. Muros de Conter.ciOn de S""lo Reforzado con Cintl" Metillka. y Geo,intetko., 1 ED.

Unive~dad

Del Cauc... 2004.


341 )

~ Tabla de contenido Donde: Esfuerzo aplicado a una distancia .y. del centroide del muro 5umato ria de fu e rzas ve rtica les Area de la seccio n transversal del muro

A

5umato ria de mo mentos resiste ntes y actuantes

y

Distancia al centroide Momento de inercia por unidad de lo ngitud de la seccio n (I

=

1112 L Bl)

Debe ve rificarse la excentricidad de la carga: (1 1.31)

e

Bl2-l:M / l:V

e

10.212 - (11 82.95 - 204.4) 1272.88 = 1.52 m

5e debe ra verificar que e < Bl6. 5i no se cum pie entonces se recomie nda amplia r la base del muro. Luego de determ inar la excentricidad se determinan los esfuerzos maximos y minimo en el frente y el talo n respecti va mente que son los mas criticos. De la ecuacio n 11.30 te ne mos:

l: V/A+Mnotoyli l: V I( B" 1) +(e " l: V" B/2)/( 1/12" 1 " Bll (5e ca lcula po r unidad de lo ngitud de muro)

l:V I B"( 1 +6e/ B)

=

50.5 To n/m1

De la misma mane ra el esfu e rzo minimo sera entonces:

l: VI B" ( 1 - 6e/B) = 2.83 To n/m1 Vale la pe na anotar que si el esfuerzo minimo fuera igual 0 me no r a cero se te ndria una condicion e n la que el muro por efecto de las fuerzas actuantes sobre este se esta levantando en su parte posterior, generando una situacio n de posible volcamiento de la estructura. Para determina r el fa ctor de seguridad se e mplea el esfuerzo maximo como esfu e rzo ac tuante com para con el esfuerzo resiste nte ha llado antes. Entonces: 50.5T/ml 151.1 2/50.5

3.0 (Este fa cto r debe ser igual 0 mayo r a 3.0).

342)

0

aplicado que se


1133 Analisis de estabilidad externa con cargas dinamicas Coeficientes sismicos 5egun 10 mencionado en la seccion 11.2.7 se utiliza un coeficiente ap ropiado, en nuestro pais, este puede oscilar entre 0. 10g y 0.20g, por 10 que para el ejemplo se toma el miis critico. 0.20g

" "

0.02g

calculo del coeficiente de presiOn activa 1(., Utilizando las tres ecuaciones para el ciilcu lo del coeficiente de presion activa de Mononobe-Okabe (5eccion 11.2.7) se obtienen los siguientes valores: 11.53

0

2.34 0.473

1(.,

1133.1 Estabilidad de deslizamiento bajo condiciones de cargas diniimicas 11 .52 T/ m 2

11 7.55T/m

Fza. Cortante

A la fuerza resistente obtenida, deberii sumii rsele el aporte correspond iente a la carta pasiva por encontrarse el muro cimentado a 1 metro de profundidad: tan 2 (45 0 + ';'/2)

F. F.

2.18T/m

Notese que para muros con alturas importantes, el aporte de esta cuna podria ser despreciable. Determinacion de fuerzas horizontales actuantes: Re lleno de confinamiento p.

Y:. * 1.78T/m J * 144 m1 * 0.473 = 60.57 Ti m

50brecarga

1.38T/m 1 * 0.473 * 12.0 m = 7.83 Ti m Cargas vivas 0.75 0.75 * (Op/H) = 0.75 * (2.28T 1 12 m)

=

0.1 4T/m


343)

~ Tabla de contenido Fac to r de seguridad al deslizamiento para cargas diniimicas FSoo

(11 7.55+2.1 8) I (60.57 + 7.83 + 0.1 4)

FSoo

1.74 > 1.125

11 .3.3.2 Estabilidad al volcamie nto: Dete rminacio n de mo me ntos resistentes: • Mo me nto generado por la sobrecarga 1.38 T/ ml* 10.2 m *S.1 m = 71.8 T.m/ m • Mo me nto generado por el pro pio peso del muro 12.0 m * 10.2 m * 1.78 T/ m14 5 .1 m = 1111.1 ST.m/ m

De te rminacio n de los mo mentos actuantes • Mo me nto generado por la presio n lateral de tie rras 1/3 * 12.0 m * 60.57 TI m = 24 2.3 T. mlm

• Mo me nto generado por la sobrecarga

y, * 12.0 m * 7.83 Ti m = 47.0 T.m/ m • Mo me nto generado por las ca rgas vivas 0.55 * H * P,, = 0.55 * 12.0 m * 0.1 4 TIm = 0 .g2 T.m /m

• Fac to r de seguridad al volca mie nto para cargas din iimicas

".4

FSw

(7 1.8 + 1111.1 5) I (242 .3 + 4 7.0 + 0.92)

FSw

11 82 .95/290.22

FSw

4.1> 1.5

EJEMPLO RELACION BENEFICIO - caSTO

5e requie re reconstruir la ba nca de una via que ha presentado deslizamiento. Pro po ner la alternati va miis via ble tecnica y econo mica posible. La zona a re parar presenta la sig uiente geometria: Altura

6.0 m

Lo ngitud

10.0 m

Sobrecarga

10.0 kPa

EI material de la zo na tie ne una g ranulometria adecuada para utiliza rse en la construccio n.

344)


Descripcion

Unidad

Precio unitario (USD)

Muro en concreto reforzado Cantidad

Total USD

Muro reforzado con geotextil Cantidad

Total USD

Localizacion y replanteo

m'

0.74

43.5

32.2

43.5

32.2

Excavacion en tierra a mane para asiento de fundaciones, zanjas u otros, hasta profundidades comprendidas entre 0,0 m y 1,5 m (terreno semiduro y seco)

m'

7.81

24.0

187.4

24.0

187.4

Carga a mane del material proveniente de las excavaciones para asiento de fundaciones, zanjas u otros

m'

1.95

240.0

468.0

240.0

468.0

Encofrado de madera tipo recto, acabado corriente fundaciones de pared, losas de fundacion y bases de pavimento

m'

7.30

164.0

1197.2

60.0

438.0

Concreto de Fc = 4200 kgf/c m1 a los 28 dfas, acabado corriente, para la construccion de vigas de riostra, tirantes y fundacion de paredes

m'

123.86

36.8

4558.0

Suministro, transporte, preparacion y colocacion de acero de refuerzo Fy=4200 kgf/c m2; utilizando varillas de diametro igual 0 menos del No.3 para infraestructura

kg

0.49

1,277.0

625.7

Relleno de compactacion de material de la zona

m'

3.02

57.45

173.5

313.2

945.9

Geotextil tejido 2400 como elemento de refuerzo (incluye MO)

m'

3.04

772.2

2347.5

Geotextil No tejido para tiltros (incluye MO)

m'

2.23

103.5

230.8

Tuberfa de PVC para drenaje de 4" con geotextil No tejido de recubrimiento

ml

8.90

24.0

213.6

Ecomatrix l Malia plastica gallinero

m'

1.28

60.0

76.8

Total

7242.1

4940.2


345)

~ Tabla de contenido Solucion: Para eva luar la a lternativa mas viable, se realizo una comparacion entre una estru ctura de concreto reforzado y otra en suelo reforzado con geotextil: La d iferencia en costos entre las dos alternativas es de 32%, sin tener en cuenta la diferencia de tiempo de ejecucion de cada una de las estructuras, en donde la a lternativa de muro reforzado con geotextil es ap roximadamente un 2S% menor en tiempo de constru ccion comparado con e l sistema tradicional de muro de concreto reforzado.

BIBLIOGRAFIA KOERNER, R. M., Designing With Geosynt hetics, S ED., U.S.A., 200S. U.s.

DEPARTMENT OF TRANSPORTATION, FEDERAL

HIGHWAY

ADM INISTRATION,

NAT IONAL

HIGHWAY

INSTITUTE. PUBLICATION NO. FHWA HI-9S-038, MAYO 1995. Geosynthetic Design and Construction Gu ide lines. NHI COURSE NO. 13213. GOMEZ, J. N., Muros y Re llenos en Tierra Reforzada - Considerac iones de Disefio y Experiencias de Construccion en Colombia . VII Congreso Colombiano de Geotecnia, Bogota, 1998. LESHCHISKY, D., PERRY, E.B., A Design Procedure For Geotextile Reinforced Wa ll, Geosynthetics '87, Vo l. 1, Pags 9S- 107, 1987. CHANDLER, DOUGLAS, KIRKLAND, THOMAS, Design and Constru ction of a Geotextile Wa ll, Geosynthetics '91, Vo l. 2, Pags 77S - 764, 199 1. RIVERA, L., Muros de Contencion de Suelo Reforzado con Cintas Metalicas y Geosinteticos, 1 ED., Universidad Del Cauca, 2004. NATIONAL HIGHWAY INSTITUTE, FEDERAL HIGHWAY ADM INISTRATION, Mechanically Stabilized Ea rth Wa lls And Re inforced Soil Slopes Design And Construction Guide lines, FHWA-N HI-00-043, March 2001. Traduccion Ing.Ja ime Suarez Diaz. ESCOBAR, L., RUB IO, R., Estudio De La Interaccion Suelo Geotextil No Tejido, VI Congreso Colombiano De Geotecnia, 1997. ZORN BERG, J.N., SITAR, N., MITCHELL, J.K., Limit Equ ili b rium as Basis for Design of Geosynt hetic Reinforced Slopes. ASCE, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol 124, No.8, Pags 684 - 698, August 1998.

346)


Geosoft® PAyeO

CAPfTULO

REFUERZO DE

... Volvo, .1 indice

TALUDES

~

348)

Tabla de cOfllenido


'2.' GENERALIDADES Los principales ele mentos de construccion empleados por el hombre son los mate riales te rreos, confo rmados por suelos y rocas. No solo con los suelos y las rocas se construye si no tambie n sobre ellos y dentro de ellos. Esta comprobado que en muchos casos las pro piedades geomeciinicas de los materiales terreos no satisfa cen las ca racte risticas deseables para dife re ntes aplicacio nes, es asi en donde estos materiales requie ren de diferentes procesos y tratamie ntos especiales para modifica r su compo rtamiento a las condiciones deseadas. Desde la antiguedad se han empleado mate riales naturales como pieles de animales suelos blandos,

0

0

fibras vegetales sobre los

incrustados e n ellos con el o bjetivo de construir estructuras de suelo reforzado dando paso al

concepto de refuerzo. Po r ejemplo, e n algunas de las vias que conectaban el Im perio Romano se han encontrado vestigios de telas y pieles utilizados para propositos de refuerzo. En la decada de los alios 60 se inicia la utilizacio n de los primeros textiles e n el ca mpo de la ingenieria aplicada, aunque fue hasta los alios 70 e n donde se inicio la fabri cacio n y aplicacion de mate riales textiles especiales para la ingen ie ria y es e nto nces cuando adoptan el nombre de geotextiles. Los geotextiles y en general los geosinteticos comple mentan las fale ncias que presentan los materiales te rreos, permitiendo o bte ne r excelentes ve ntajas tecnicas y economicas e n la construccion de muros e n suelo refo rzado, taludes reforzados, terraple nes sobre suelos blandos, sistemas de subdrenaje etc. Los suelos al igual que el concreto, presentan una buena resiste ncia a la compresio n pero son deficientes cuando se trata de asumir esfuerzos de traccio n, por tal mo ti ve cuando los suelos son combinados con elementos que sea n capaces de abso rbe r esfuerzos de traccio n como son los geotextiles es posible obte ner estructuras de suelo reforzadas. Las aplicacio nes de refuerzo con geotextiles presentan va rios ca mpos de aplicacio n: 1. Refuerzo e n subrasantes para via s: EI refue rzo en subrasantes para vias permite la construccio n de pavime ntos reforzados aumentando la vida ut il 0 disminuyendo espesores de estructura de pavime nto. Adicio nalme nte esta aplicacion tambie n ofrece una fun cio n muy importante, como 10 es separar dos materiales, los materiales seleccionados (s ubbases y bases granulares) de los suelos finos de subrasante, evitando asi la contaminacio n 1. 2. Muros e n suelo refo rzado: AI inclu ir un mate rial con resiste ncia a la traccion dentro de una masa de suelo se aumenta la resistencia gene ral del conjunto, basica mente por la virtud del material geosinte tico de soportar esfuerzos de traccion y po r el esfu e rzo cortante que se genera e ntre el suelo y las capas adyacentes, perm itie ndo asi la confo rmacio n de relle nos e n suelo verticales. Estas estructuras reciben el nombre de muros e n suelo reforzado'. 3. Taludes de te rraple nes refo rzados: Los taludes son estructuras e n suelo refo rzado las cuales presentan dos impo rtantes dife rencias con respecto a los muros en suelo reforzado: la primera de elias es la inclinacio n del relleno con respecto a la ho ri zo ntal la cual es

'Ve, Capitulo 5 ~ E5IabiliZllciOn de Sub",... nte. con Geo.intetkos >Ve, Capitulo 11

~

Muros de Contencion Reforzados con Geosintetkos

CAPITULO 12: REFUERZO DE TALUDES

349)

~ Tabla de contenido inferio r a los 70° y la segunda diferencia es el modele de superficie de fa lla que se asume para efectos de diseiio del refue rzo, la cual es de geometria circular segun los modelos de fa lla de Coulomb, Bishop Circular, Jambu Circular, etc, mie ntras que el modele de superficie de falla que se asume cuando se d iseiian muros en suelo reforzado, es el modele de cuiia de falla Rankine (45° +
12.20BJETIVO EI objeti vo de esta guia es presentar una metodolog ia de diseno de taludes de terraplenes, e ntendiendo por taludes aquellos cuya incl inacio n de la cara con respecto a la horizo ntal sea infe rio r a 70°. Los resultados de un procedimie nto de diseiio permiten establecer los espesores de capa y lo ngitudes de geotextil necesarios para garantizar la estabilidad interna de los taludes en terraple nes. En esta guia tambien se presenta una me todologia planteada para realiza r chequeo a la estabilidad externa y resalta la impo rtancia de los siste mas de subdrenaje los cuales se debe n tene r en cuenta en la construccio n de terraplenes.

12.3 INTRODUCCION 12.3. 1 Antecedentes En la construccio n de las diferentes obras civiles se hacen necesarios grandes movimientos de tierra para la adecuacio n de te rrenos, esto genera la necesidad de la construccion de terraplenes. Las caras del terraplen se conocen con el nombre de taludes. La utilizacio n de geotextiles Tej idos de refuerzo en la construccion de terraplenes ofre ce ve ntajas tecn icas y economicas, como son la construccion de taludes artificiales con inclinaciones mayo res a la del angu lo de reposo, permitiendo asi considerables ahorros en volumen de material y menor area para la construccion, tambien la utilizacion de geotextiles en terraplenes ofre ce la posibilidad de construccion de estos sobre suelos de baja capacidad po rtante. Con base en 10 anterio r la utilizacio n de geotextiles Tejidos de refuerzo para terraplenes se divide en dos ap licaciones: 1. Refuerzo Interno. (Construccion de los taludes del te rraplen ) 2. Refue rzo del suelo de funda cio n. Las condicio nes de diseno son dife rentes pa ra las dos aplicaciones antes mencionadas, por tal moti ve estas dos metodologias de refuerzo en te rraplenes se presentan cada una por separado.

350)


Como se mencio no anterio rmente se consideran taludes aquellas incl inacio nes me no res a 70°, pues normal me nte las incl inacio nes de taludes entre 70° y 90° se disefia n como muros en suelo reforzado. Cuando las condicio nes de fund acio n son satisfa cto rias y se requie re la construccio n de incl inaciones del 0 de los taludes del te rraplen mayo res a las del iingulo de reposo del suelo que va a confo rmar el terraple n, es necesario el disefio de estos taludes, reforzados con geotextil Tejido. 12.3.2 Beneficios de la utilizacion de geotextiles e n la cons truccion de ta ludes de te rraplenes refo rzados La utilizacio n de geotextiles Tejidos en la construccio n de los taludes en terraplenes presenta beneficios tecnicos y economicos tales como:

a. Reduccion del volumen del terre no

b. Alternativa para evitar la construccio n de muros de contencio n rigidos

c. Obte ncio n de iirea plana adicional

d. Reconstruccio n de taludes e n deslizamientos

12.4 CONSIDERACIONES DE DISENO Se considera disefio al refuerzo interne el cual define la determinacio n del geotextil necesario a coloca rse distribuido en ca pas, de tal manera que el fa cto r de seguridad a la falla aumente, y el terraplen sea internamente estable. La me todolog ia consiste en dete rminar po r los me todos cliisicos de equ ili brio limite el fa cto r de seguridad de la superfici e po te ncial de falla (miis critica

0

mas probable) que presentan los taludes del terraple n. Este fa cto r de seguridad

es el cociente e ntre las fu erzas resistentes y las fuerza s actuantes.


351 )

~ Tabla de contenido Los geotextiles tejidos al tener la capacidad de asumir esfuerzos de traccion, desarrollan fuerzas resistentes por detriis de la superficie de falla, gracias al esfuerzo de corte que se genera entre el geotextil y el suelo, tal efecto hace que se desarrolle una fuerza estabilizadora adicional a las determinadas normalmente y como resultado final el factor de seguridad ante la falla aumenta. Una vez determinado el factor de seguridad del talud reforzado con la superficie potencial de falla en estudio, se hace necesario revisar el factor de seguridad de la superficie potencial de falla para las condiciones de refuerzo ya establecidas. Las aplicaciones del geotextil de refuerzo son consideradas criticas si se hace necesaria la movilizacion del refuerzo a la traccion para estabilizar los taludes del terraplen de tal forma que el factor de seguridad de la superficie potencial de falla aumente hasta un valor confiable. EI refuerzo en el talud del terraplen es conside rado tipicamente como no critico si el factor de seguridad para el talud no reforzado es mayor a 1.1 y el refuerzo es usado para incrementar el factor de seguridad hasta un valor confiable. Existen varios programas de computador para anii lisis de estabilidad de taludes, los cua les son una herramienta que facilitan encontrar las superficies potenciales de falla. Para diseiiar taludes reforzados se recomienda lIevar a cabo la siguiente metodologia: 1. Establecer las dimensiones geometricas y condiciones de carga del terraplen. 2. Conocer el perfil estratig rafico del suelo de fundacion, y determinar las propiedades geomeciinicas de los suelos de fundacion. 3. Determinar las propiedades geotecnicas de los suelos a usar en la construccion del terraplen. 4. Establecer los parametros de disefio del geotextil a usar como refuerzo. (Resistencia a la traccion metodo tira ancha, criterios de durabilidad, interaccion suelo - refuerzo) 5. Determine el factor de seguridad del talud no reforzado. 6. Determinar el refuerzo necesario para estabilizar el talud. 7. Chequear la estabilidad externa. 8. Establecer los sistemas de drenaje y subd renaje del terraplen.

12.5 PROCEDIMIENTO DE DISENO , 2.S. 1 Establecer las dimensiones geometricas y co ndiciones de carga Geometria y condiciones de cargas: Altura del terraplen, H. Angulo del

0

de los taludes del terraplen, ~.

Establecer las cargas externas que tend ran el terraplen tales como sobrecargas (Q), (q), cargas vivas, disefio sismico, aceleracion ago

352)


, 2.5.2 Conocer el perfil estratigrafico del suelo de fundaci6n, y determinar las propiedades geotecnicas Es muy importante conocer el perfil estratigriifico y las propiedades geotecnicas de los suelos de fundaciOn encontrados: gradacion e indice de plasticidad, Cu, $u y/o c; $' y pariimetros de consolidacion para el ciilculo de los asentamientos (4, C" C. y, $p'), con el objetivo de revisar las condiciones de fundaci6n del terraplen, se aclara que en esta metodologia de diselio se suponen condiciones optima s de cimentacion. De presentarse problemas de inestabilidad por malas condiciones de cimentacion es necesario estudiar alternativas de estabilizacion tales como: refuerzo de base de terraplenes con geotextil, reemplazo de materiales, cimentacion profunda, etc. Localizar la altura del nivel freiitico NF y las condiciones de presencia de agua. Para terraplenes de reparaciones de taludes se debe identificar la superficie de falla asi como la causa de la inestabilidad.

d.

NF

••

Tenaplen

SUeIo De Fundacl6n

Figura 12.1 Esquema terraplen.

, 2.53 Establecer las propiedades geomecanicas del suelo que se utilizara para la conformaci6n del terraplen Normalmente los materiales usados en la construccion de terraplenes reforzados son de tendencia granular, aunque en va rios casos se han construido muros y terraplenes reforzados con materiales que tienen miis del 50% de suelo fino. EI uso de altos porcentajes de suelo fino como material de construccion de terraplenes depende de la tolerancia a la deformacion que se Ie permita, tam bien la plasticidad que este suelo posea juega un papel muy importante, pues es un pariimetro que indica la facilidad de manipulacion que pueda tener el suelo en el proceso de compactacion necesario en la conformacion del terraplen. A manera de recomendacion y con base en la especificacion AASHTO-OO se presenta una descripcion del tipo de suelo que puede utilizarse en la construccion de terraplenes.


353)


Tabla 12.1 Gradaci6 n para te rraple nes reco mendada par la especificaci6n AA5 HTO-oO

Tamiz (mm)

% Pasa

100

100- 75

4.75

100- 20

0.475

0-60

0.Q75

5 - SO

Indice de plasticidad ,;; 20 Del sue lo a usar se debe de te rminar: Gradaci6n e indice de plasticidad. Propiedades para la compactacio n de l Proctor mod ificado, dens idad max ima y humedad optima de compactacio n (Ydm ... ffi6pj ...) .

Para me tros de resistencia a l corte, cu , $. y c; 1jI: 12.5.4 Establecer los para metros de diseno del geotextil de refuerzo a. Obtene r la resistencia a la traccion disponible del geotextil (Tadm) como:

T.,

(12.1)

FS FRIO X FRn x F~

FS

(12.2)

Donde:

T.,

Resistencia ultima de l geotextil por e l met odo de la tira ancha. (A5TM D 4595) Res iste ncia a la traccio n d ispo nible del geotextil Facto r de reduccio n por dalios de instalacio n Facto r de reduccio n por flu e ncia 0 creep

FR~

Facto r de reduccio n por deg radacion quimica y biologica

Los rang os para losfacto res de redu ccio n se me ncio nan en la Tabla 3.1 del presente manual. b. Determinar la resiste ncia Pullo ut: A este dato se Ie aplica un fa cto r de seguridad de 1.5 para sue los granulares y de 2.0 para sue los cohesivos.

PR I T<>q (2" 4 * F" ct * 0 .) I T",,!

354)

(12.3)


Donde: T~

Resistencia Pullout requerida

p.

Resistencia Pullout por unidad de ancho de refuerzo Longitud de empotramiento, (Iongitud del geotextil detriis de la superficie de falla)

F

Factor de resistencia Pulloutl Factor de transferencia de esfuerzo por efecto de escala

0,

Esfuerzo vertica l total

12.5.5 Aniilisis de estabilidad de los taludes del terraplen s in refuerzo Realice un aniili sis de estabilidad de los taludes del terraplen sin refuerzo. Cuando la inclinacion de las caras ludes del terraplen no son simetricas

0

0

ta-

las condiciones de frontera son diferentes, es necesario el hacer anii lisis de

estabilidad a los dos taludes del terraplen. Los aniilisis de estabilidad se realizan con metodologfa convencional por medio de aniili sis de equilibrio limite en donde se determina el factor de seguridad miis critico de las superficies potenciales de falla y la zona crftica a reforzar asi como los momentos actuantes. Varios programas de computador estiin fiicilmente disponibles para su uso alrededor del mundo y son una herramienta que facilita la determinacion de las superficies potenciales de falla y la zona critica a reforzar. Algunos ejemplos de estos programas son PCSTABLE desarrollado por la Universidad de Purdue, el programa XSTABL desarrollado por la Universidad de Idaho, el programa ReSSA realizado por ADAMA Engineering para la Federal Highway Adm inistration (FHWA), Slide elaborado por Roc Sciene Inc. entre otros. Es apropiado anotar que no solo se debe analizar la superficie de falla miis critica, tambien la zona de falla conformada par todas aquellas superficies de falla que presentan un factor de seguridad menor a 1.5 (Ver Figura 12.2).

Figura 12.2 Resultado de un aniilisis de estabilidad a un talud sin refuerzo Realizado en Slide VS.O.

'F es obtenido en en.ayos Pullout con el suelo y el geotextil que.e va a usar p"ra cad .. cuo en particula r, puede usarse como valor conservativo F = 2/3Ta n+.


355)

~ Tabla de contenido , 2.5.6 Diseno del refuerzo necesario para la estabilidad del talud Tenie ndo en cue nta las supe rficies de falla con fa cto res de seguridad me no res a 1.5, determinados en un programa de estabilidad de taludes 6 tra za ndo superficies de falla, se procede a aplicar la ecuaci6 n de equilibrio limite como:

(12.4)

1: Mo me ntos Resistentes

FS

1: Momentos Desestabiliza ntes

h" L,," R) I (W" x + q" d)

FS

(12.5)

Donde: Resiste ncia al corte del suelo Lo ngitud de la superficie de falla

R

Rad io

w

Peso del segme nto de tierra

q

Sobreca rga

q

I I I

-_ ...

,;

H

'" '" '"

Figura 12.3 Esquema superlicie defalla. Para la superficie de falla que se estii diseria ndo el refuerzo, se calcula el mo menta desestabilizante Me y el momento

re si ste nte ~ .

Como: W"x+q"d Mo" FSu (W"x+q"d)"FS u

(12.6)

Donde: FS o

Calculado en el programa de estabilidad u obte nido manualme nte trazando superficies de falla.

356)


Se determina la fuerza total a la tensio n que suministra el refuerzo T, requerida para obtener el fa ctor de seguridad de talud reforzado FSR = 1.5:

(FS R * MD - FS u *

MtV I R

[(FSR - FS u) * MDll R

(12.7)

Donde: Factor de segu ridad requerido (Normal mente es 1.5) Factor de segu ridad del talud sin refuerzo

R

Rad io de la superficie de falla

La fuerza necesaria que debe suministra r cada capa de geotextil es:

T.

TtoUIl espaciamientos requeridos

(12.8)

Se repite 10 anterior hasta obtener una distribucion adecuada. Para taludes con alturas bajas (H < 6 m) se asume una distribucio n uniforme del refuerzo y use TtoUI para determinar el espaciamiento del refuerzo. Para taludes altos (H > 6 m) se di vide el talud en dos zonas de refuerzo (TIUporior Y T1_ )

0

en tres zonas de refuerzo

(T!UpOrio<, Tmodi<> Y T..._) de iguales dimensiones y use la siguiente distribucion de T: Para dos zonas: 1/4 T',",01

Para tres zonas:

Tmodio

Se determina el espaciamiento ve rtical del refuerzo 5•. Para cada zona, se calcula la tension de diseiio del refue rzo, Tljdm. requerida para cada capa basada en asumir el espaciamiento 5•. Si la resistencia a la tension es conocida, se calcu la el espaciamiento ve rtical y el numero de capas de refuerzo, N, requerida para cada zona como:

T. T. T.

(T

357)

~ Tabla de contenido Do nde: Porcentaje de cubrimie nto del refuerzo (Rc= 1 para pianos continuos). Resiste ncia ma xima a la te nsion reque rida para cada zo na; Trona igual a T"".. para taludes bajos (H < 6 m). Espacia miento vertical del refuerzo. Altura de la zo na y es igual e n la parte superio r, media e infe rio r para taludes altos(H > 6 m). 5e de termina la longitud de empotramiento requerida, L.. (Tidm * F5)/(F *u *0' *2)

(1 2.1 0)

Do nde: Facto r de resistencia del e nsayo pullo ut, si no se tie ne dispo nible el e nsayo pullo ut

F

use pa ra geotextiles F = 2/3 tan $. Do nde$ es el lingulo de fri ccio n inte rna. Facto r de transfe rencia (0.8 a 1.0).

a

Lo ngitud de empotramiento, minima de 1 m.

, 2.5.7 Chequeo a la e stabilidad externa Chequeo al deslizamie nto 5e debe dete rminar el fa ctor de seguridad al deslizamie nto el cual debe ser mayo r a 1.5. De no ser asi se debe ampliar la ba se y la lo ngitud del refu e rzo del te rraple n.

FS,

1: Fue rzas Horizo ntales Resistentes 1: Fue rzas Horizo ntales Desestabilizantes

FS,

((W + p. * sen $) tan ~ll p." cos$

w w

=para L< H (L * H - HlI(2* tan~)I*y

=paraL > H

Do nde: FS,

Facto r de seg uridad al deslizamiento (> 1.5)

L

Lo ngitud del refue rzo e n la capa infe rio r

H

Altura del talud Presio n acti va de tierra Ang ulo de fri ccion entre el suelo de fund acio n y el geotextil Ang ulo del talud

358)

(12.11 )


Chequeo a la estabilidad global

0

estabilidad general

EI efecto de la construccion de un terraplen genera una sobrecarga en el sitio en donde se estii colocando, por tal motive es necesario revisar la estabilidad general

0

global del sitio con el objeto de garantizar la estabilidad dellugar

ode la obra. Este amllisis se realiza por metodos clasicos de estabilidad considerando superficies de falla y evaluando factores de seguridad

0

probabilidades de falla.

Capacidad portante Se debe calcu lar la capacidad portante ultima y admisible del terreno con el objetivo de compararla con la presion de contacto. Estimar la magnitud del asentamiento, usando metodos tradicionales de la geotecnia. Sistemas de subdrenaje y drenaje EI drenaje y subdrenaje es critico para mantener la estabilidad del terraplen. La redundancia en el drenaje y subdrenaje es recomendable en este tipo de estructuras. Las obras de drenaje son todas aquellas obras que se deben construir de tal forma que se maneje en forma correcta el agua de escorrentia y se minimice la infiltracion, estas obras en la mayoria de los casos se deben construir. Tales obras son por ejemplo las cunetas. zanjas de coronacion, disipadores de energia, alcantarillas, etc. Las obras de subdrenaje en TOOOS LOS CASOS se deben construir, estas son vitales en garantizar la estabilidad de la estructura. Sasicamente son de dos tipos: 1. Oren Chimenea: ubicado en el espa ldon del terraplen y consiste en un espesor de grava entre 30 a 60 cm forrado con geotextil no tejido (Ver Figura 12.4). 2. Lloraderos: consisten en tuberias perforadas normalmente de 2V, w forradas con geotextil no tejido. Estos lIoraderos permiten la salida del agua de exceso que pueda Ilegar a los materiales terreos que conforman el terra pi en. 3. Colchon Orenante: el colchon drenante esta constituido por un espesor de material granular, que en 10 posible debe cubrir toda la superficie de cimentacion protegido con un geotextil no tejido diseliado para que pase el agua y retenga las particulas finas de la estructura; este elemento ayuda a la disipacion de la presion de poros y al abatimiento del nivel freiitico.

CAPITULO 12: REFUERZO DE TALUOES

359)


r

Sobd,e n ,hime'ea

lIoroderos

Cuneta

\..... COIch6n Figura 12.4 Esquema de obras de subdrenaje en un terraplen.

12.6 EJEMPLO DE DISENO Se requie re construir un te rraplen de 6 metros de altura sobre el cual se piensa construir una estructura de pavime nto la cual transmite una sobrecarga de q

=

10 kPa.

1. Condicio nes geometricas del talud H

6.0 m 4S0

q

10 kPa

2. Propiedades geomeciinicas del suelo de funda ci6 n EI perfil estratigriifi co presenta un estrato de 10 metros confo rmado po r un limo are noso arcilloso de consistencia dura, de baja plasticidad.

-LL

42%

LP

23%

IP

19%

y.

'

.

•• ,.

360)

19kN/ m] 18%

12.7 kPa 27°

10 kPa

Tabla de contenido

~

3. Propiedades geomecanicas del suelo que se utilizara para conformar e l terraplen

IP

20%

y.

21 kN/ m 1

14%

.'"

30°

1 kP,

Tabla 12.2 Granulometria del material a utilizar en e l terraplen

Tamiz(mm)

% Pasa

19.0

100

9.50

80

4.75

65

2.00

50

0.425

35

0.075

25

4. Parametros de d iseiio del refuerzo Los geotextiles que pod rian utilizarse como a lternativas de refuerzo son T17oo, T2 100, T2400 YTR4000.

FS

FRIO * FRn .. FSIlQB

FS

1.2*2.5* 1.0 = 3 .0

T~

33 kN/ m (Ve r Apendice A: Especiticaciones de Productos)

Geotextil Tejido 2100:

33 kN/ m 13.0 11 kN/m GeotextilTejido 2400: T~

4 1 kN/m (Ve r Apendice A: Especiticaciones d e Productos)

4 1 kN/m/3.0 13.6 kN / m

5. Ana lisis de estabilidad de l talud sin refuerzo. Es mas preciso y mas facil utilizar a lgun programa de estabilidad, en este caso se utilize e l Slide V5.0.


361 )

~ Tabla de contenido Es impo rtante tener e n cuenta que cuando se realice e l anii lisis de estabilidad se deben utilizar las propiedades geomeciinicas d e los d os suelos, las de l sue lo de fundaci o n y las de l mate ri a l que se utilizarii para construir los te rraplenes, con e l o bje ti vo de ana lizar las dife re ntes superficies de falla. No solo se debe tener en cuenta la supe rfi cie de falla critica si no tambie n todas aquellas superficies de falla que su facto r de seguridad sea meno r a 1.5.

_.-

~ - ...Figura 12.S Resultado del an;ilisis de estabilidad del talud sin refuerzo Realizado en Slide VS.O. 6. Disefi o de l refue rzo necesari o para la estabilidad del talud Ciilculo de mo mentos, Mo y MR W*x+q*d

w

17.02 m 1 * 2 1 kN / m 1 = 357.4 kN/ m

,

4.13m

q

17.7 kN/ m (la sobrecarga es de 10 kN/ml, la parte que estii dentro

de la superficie de falla es de 1.77 m, 10 que se hace es dete rminar una ca rga punta I que es de 17.7 kN/m equi va lentea la carga d istribuida ).

d

6.5 1 m 357.4 *4. 13 + 17.7" 6.5 1 = 1591.3 kN-mim Mo * FSu = 1591.3 * 0.998 = 1588.1 kN-m/ m

R

7.56 m

[(FS R - FSu) " Mol / R [( 1.5 - 0.998) * 1591.31/7.56 = 105.7 kN/m

362)

Tabla de contenido

~

Determinacion de la distribu cio n de los refuerzos: 5e recomie nda p or aspectos constru cti vos espesores de capa e ntre 25 y SO cm y como es un terraple n de 6 m de a ltura se recomienda una distribu cion uniform e.

T.

Tto
T.

105.7 kN/ m / 12 = 8.8 kN/ m

EI geotextil Tejido T21 00 presenta un Todm de 1 1 kN/ m N = 105.7/12 '" 9 capas pero teniendo en cue nta la recome ndacio n constru ctiva de un espesor maximo de SO cm se recomiendan 12 ca pas espaciadas SO cm. Determinacion de la lo ngitud de empotramiento Le: (TiIdm * FS) I (F * a

FS

* 0.,'* 2)

1.5 11 kN/ m

F

213 tan 4> = 0.385

a

0.'

, 0,

Esfuerzo ve rti cal, es fun cion d e la profundidad (y * h)

Realice la siguie nte tabla: Tabla 123 Resultados de espesores de ca pa y longitud del geotextil

No CaP'

Z

5,

Lo

L,

L.

Lemin

LT

LTusar*

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

12

0.5

0.5

1.0

2.2

2.5

6.2

8.5

11

1.0

0.5

1.0

2.5

1.3

53

8.5

,

1.5

0.5

1.0

2.8

0.8

53

8.5

2.0

0.5

1.0

3.1

0.6

5.6

8.5

8

2.5

0.5

1.0

3.3

0.5

5.8

8.5

10

7

3.0

0.5

1.0

3A

8.5

3.5

0.5

1.0

3.5

OA OA

5.'

6

6.0

8.5

5

4.0

0.5

1.0

3.5

0.3

6.0

8.5

4

4.5

0.5

1.0

3.4

0.3

5.'

8.5

3

5.0

0.5

1.0

3.2

0.3

5.7

8.5

2

5.5

0.5

1.0

2.6

0.2

5.1

8.5

6.0

0.5

1.0

0.8

0.2

33

8.5

• 1II1ongitud tot/ll de I.. Up'" de refuerzo deben '''' aproximadas a un multiplo de O.5m para fadlitar .u proc:eso con<1ructivo. En", longitud ... deben ... r revisad.. una vez ... a evaluada I" ",tabilidad externa y global del uolud.


363)

~ Tabla de contenido Donde:

5,

Espesor de la capa Longitud del doblez use 1.0 m Longitud geometrica que va desde la ca ra del terraplen hasta la superticie de falla Longitud de empotramiento detriis de la superticie de falla Longitud total, la cua l es la suma de S. + Lo + Lv + L.

Chequeo a l deslizamiento Una vez realizado el diseno de las capas de refuerzo del talud se revisa la estabilidad a l deslizamiento del talud reforzado teniendo en cuenta la longitud de la capa inferior del refuerzo. EI factor de seguridad al deslizamiento se calcula de la siguiente forma:

w

[7 m * 6 m - 36 ml / [2 * tan 45))* 21 kN/m 1 => para L > H

w

504.0 kN / m

EI empuje gene rad o en el espa ld6n del talud es: P,

y.* K,, *yt*Hl

P,

y. * 0.33 * 21 kN/ m1 * (6 mJl

P,

124.74 kN/ m

Segun la ecuaci6n (11.11 ) e l factor de seguridad es: FS,

[(504 + 124.74 * sen 30) tan 21.6) / (124.74 * cos 30) 2.0> 1.5

Posteriormente se debe realizar el chequeo a la estabilidad global teniendo en cuenta las condiciones particulares del sitio del proyecto. Finalmente se debe realizar los disenos del sistema de drenaje y subd renaje los cuales son de vital impo rtancia para la estabilidad de la estructura a largo plazo.

BIBLIOGRAFIA KOERNER R., Designing With Geosynthetics, 5 ED., U.s.A., 2005. HOLTZ R., Geosynt hetic Engineering, 1997. CONSTRUCTION INDUSTRY RESEARCH AND INFORMATION ASSOC IATION, Soil Reinforcement with Geotextiles.

364)

MANUAL Y SOFTWARE DE DI5E~O

Geosoft® PAveo

CAPITULO

REFUERZO DE

TERRAPLENES SOBRE SUELOS BLANDOS Volvo, .1 indice

~

366)

Tabla de cOfllenido


13. ' INTRODUCCI6N Cuando se construyen terraplenes sobre suelos blandos, estos pueden transmitir una presion de contacto generando esfuerzos cortantes que pueden lIegar a superar la resistencia al corte del suelo de fundaci6n causando una falla en la base del terraplen. Un adecuado diserio de capas de geotextil Tejido de alta resistencia, colocadas en la base del terraplen permite desarrollar un refuerzo a la traccion de tal manera que el factor de segu ridad ante la falla del terraplen aumente hasta un valor confiable. EI refuerzo con geotextil puede disminuir los desplazamientos horizontales, verticales y los asentam ientos diferenciales, sin embargo, no se recomienda considerarlo como un factor que disminuya asentamientos por consolidacion primaria ni secundaria. EI uso de geotextiles Tejidos de alta resistencia para la construccion de terraplenes sobre suelos blandos puede presenta r los siguientes beneficios: EI incremento del factor de seguridad. La posibilidad de incrementar la altura del terraplen. Reduccion de los desplazamientos durante la construccion. Disminucion de los asentamientos diferenciales. Existen varias alternativas para la estabilizacion de terraplenes sobre suelos blandos dependiendo de las condiciones particulares de cada caso, algunas soluciones pueden ser: Reemplazo de suelos con otro de mejor resistencia, colocacion de pilotes de carga por friccion tes drenantes

0

0

por punta, pilo-

drenes verticales, geotextiles de refuerzo y otras. Estii demostrado que el refuerzo con geotextiles

Tejidos de alta resistencia es una alternativa de estabilizacion a un bajo costo comparado con otras alternativas. En algunos casos la solucion tecnica y economicamente mas conveniente puede ser la combinacion de tratamientos convencionales como por ejemplo reemplazos de materiales en la fundacion alternados con el refuerzo proporcionado por los geotextiles. EI refuerzo de terraplenes sobre suelos de baja capacidad de soporte aplica para las siguientes dos condiciones: En suelos muy blandos y saturados tales como arcillas, limos terraplenes sobre materiales que presentan grietas, fisuras

0

0

turbas. La segunda situacion es la construccion de

vacios (tfpicas de suelos residuales los cua les presentan

estructuras heredadas). Los geotextiles tambien pueden ser usados como elementos de separacion para evitar la contaminacion de los materiales seleccionados que conforman al terraplen. Si la funcion y aplicacion que cumplirii el geotextil solo va ser la de separacion, el diseiio se debe basar en garantizar la supervivencia en la construccion y posterior vida util, se puede pensar en geotextiles que tengan alta elongacion como son los geotextiles No Tejidos. Para este caso se debe considerar que el geotextil no aporta resistencia a la tension.

CAPITULO 13: REFUERIO DE TERRAPLENES SaBRE SUELDS BLANDOS

367)


13.2 CONSIDERACIONES DE DISENO En los terraplenes construidos sobre suelos blandos de baja capacidad portante se puede presentar tres tipos de falla:

,---------, I I I

,,

,

a. Por capacidad portante

b. Falla rotaciona l de base

! -c. Falla por desprendimiento lateral

En esta guia de diseiio se presenta la metodologia para determinar el geotextil necesario para la estabilizacion por los modelos de falla antes descritos, la estabilidad interna de los taludes se debe analizar por sepa rado1 . Las tres posibilidades de modelos de falla indican los tipos de analisis de estabilidad interna que se requieren, tambien se debe tener en cuenta los demiis chequeos de estabilidad externa necesarios en todos los casos. EI procedimiento de diseiio de terraplenes sobre suelos blandos se realiza por metodos convenciona les de geotecnia con algunas modificaciones por la inclusion del refuerzo. Las condiciones que mejor modelan el comportamiento de terraplenes sobre suelo blandos son las de aniilisis en terminos de esfuerzos totales y las mas apropiadas para el diseiio del refuerzo. (Holtz, 1989).

' Ver u.pitulo 12 - Refuerzode taludes.

368)


13.3 METODOLOGiA DE DISENO 133.1 Establecer las dimensiones geometricas, condiciones de carga, tiempo de construcci6n y cond iciones ambientales Altura del terraplen, H, la longitud del terraplen L, el ancho de la cresta, B. Angulo del talud

0

de los taludes del terraplen , ~.

Establecer las carga s externas que tendra el terraplen tales como sobrecargas (Q), (q), cargas vivas, diseiio sismico, aceleraci6n o:g. Tiempo de construcci6n (para re visar la tasa de incremento de esfuerzo en el suelo de fundaci6n). Condiciones ambienta les tales como drenajes naturales, probabilidad de infiltraciones. 133.2

Establecer e l perfil estratigriifico, las propiedades geomeciinicas del suelo de

fundaci6n y las condiciones del nivel freiitico Es muy importante conocer el perfil estratigrafico, las propiedades geotecnicas de los suelos de fundaci on: Gradacion e indice de plasticidad (propiedades indice), c'" para los analisis de estabilidad al final de la construccion, CPu y/o co, cp" y para metros de consolidacion para el calculo de los asentamientos (C" C" c. y op") con el objetivo de revisar las condiciones a largo plazo. Loca lizar la altura del ni vel freati co NF y las condiciones de presencia de agua y de lugares

0

zonas de aporte de

agua que puede presentar algun riesgo de infiltracion. Ver Figura 12.1.

NF

Terrapten

Suelo De Fundacl6n

Figura 13.1 Esquematerraplen

1333 Obtener las propiedades meciinicas del suelo que se utilizarii para la construcci6n del terraplen Clasificacion, propiedades indice. Propiedades para la compactacion: Proctor modificado, densidad maxima y humedad optima de compactacion (Ydmalo (06pjm.).

Para metros de resistencia al corte, c'" cp. y/o co, cp".


369)

~ Tabla de contenido , 3.3.4 Establecer los para metros de diserio del geotextil de refuerzo Obtener la resistencia a la traccion disponible del geotextil (T-.l como:

T.,

(13.1)

FS

FRv X FRn x F~

FS

(13.2)

Donde: Resistencia ultima del geotextil por el metodo de la tira ancha. (ASTM D 4595) Resistencia a la traccion disponible del geotextil Factor de reduccion por darios de instalacion Factor de reduccion por fluencia 0 creep Factor de reduccion por de9radacion quimica y biolo9ica Los ran90s para losfactores de reduccion se mencionan en la Tabla 3.3 del presente manual. Determinar la resistencia en ensayos Pullout. A este dato se Ie aplica un factor de seguridad de 1.5 para suelos granu lares y de 2.0 para suelos cohesivos.

FS,

P.tT~

FS,

(2 * L.,* F*a"o.) / T""I

( 13.3)

Donde: T~

Resistencia Pullout requerida

p.

Resistencia pullout por unidad de ancho de refuerzo

L.

Longitud de empotramiento, (longitud del geotextil detras de la superficie de falla)

F

Factor de resistencia Pullout1

a

Factor de transferencia de esfuerzo por efecto de escala

0 ,

Esfuerzo vertical total

'3.3.5 Chequeo par capacidad portante Cuando el espesor del estrato de suelo blando es mayor que el ancho del terraplen se puede calcular la capacidad portante por metodos cllisicos. (Terzaghi and Peck, 1967; Vesic, 1975; Perloff and Baron, 1976; U.s. Navy, 1982, and Bonaparte y Chistopher, 1987). Los cuales asumen metodologias de equ ilibrio limite, asumiendo una espiral 109aritmica como la superficie de falla. Se recomienda calcular la capacidad portante en terminos de parametros no drenados pues esta condicion se asemeja mlis a los condiciones de construccion de terraplenes, un proceso de car9a rlipido sin disipacion de presiones de

por~s.

, F e s o btenido en ensayos Pullout ,on eI suelo y 0'1 geotextil que sO' va a usa, po,a , .. da , .. so en pon ic:uLo" puede usa, ... co mo v.. lor , o n... rvati~ F = 2/3Tan ..

370)

Tabla de contenido

~

Con base en 10 anterior la capacidad portante se puede calcular como:

q••

co" Nc

(13.4)

q.m

yO H

(13.5)

q.

Cu" Nc

q-

yO H

FS

(13.6)

Oonde:

N,

Es e l factor de capacidad portante

'" Y

Resistencia al corte no drenada del suelo de fundacion

H

Altura del Terraplen

Peso Unitario del material de Relleno

Los factores de capacidad portante se calcu lan por medio de la formula de Bonaparte y Chistrph e r donde el factor Nc se obtiene de la griificas presentada en la figura N 13.2. Y 13.3. Oonde: No Reforzado: 3.5 + 0.25

No

B

(13.7)

D

B

4

rough

,,"""~"~~~"~~"~~

B 6

'\

/

ot

,A -I- 0.5 '010

Nc - 5.14

t-I.c - 4 .

"";7c _3.5 + 0.25 SiD...

'5

Q.

"""\

2 D

t

/'

•.

smooth

i

,,"~,,~~,&'&.~,&~

o

MI

2

4

6

8

Figura 13.2 Esquema terraplen No Reforzado


371)

~ Tabla de contenido Y Reforzado

No

4

4.14+0.5

B

.......c' - 5

Nc - 3.5 ... 0.25

O.q

2

061

4

2

,

Bf~.

,

•

~ / DI,~"~~smooth .'~.:~,~~~~

,<8/D

0

(13.8)

D

6

8

BID

Figura 13.3 Esquema terraplen Reforzado

EI refuerzo no se debe considerar como un e lemento que incrementa la capacidad portante (aunque el refuerzo logra una mejor redistribucion de la presion de contacto) si la presion de contacto es mayor que la capacidad portante e l terraplen puede fallar por capacidad portante. En estos casos es conveniente pensar adicionalmente al refuerzo, otros tipos de soluciones como pilotes drenantes 0 drenes verticales, pilotes de cimentacion, reemplazo de materiales etc. '3.3.6 Chequeo a la falla Rotacional de Base Para revisar contra la falla rotacional, se debe hacer un aniilisis cliisico de equilibrio limite de estabilidad que involucre el suelo de fundacion con el objeti vo de determinar la superficie potencial de falla (Ver Figura 13.4).

372)

Tabla de contenido

-.. ..,-

~

.. ..

--"-'--.-

.~ __ 0_

Figura 13.4 Amilisis de estabilidad de un terraplen sin refuerzo construido sobre un suelo blando. Realizado en SlideVS.O.

Si el factor de seguridad de la superficie potencial de falla rotacional es mayor a 1.3 (al final de la constru cc ion) e l terraplen no requiere refuerzo. Si e l factor de seguridad a la falla rotaciona l es menor a 1.3 (al final de la construccion) el terraplen requiere refuerzo. Entonces se debe calcular la fuerza , T", necesaria para incrementar e l factor de seguridad a un valor confiable normalmente 1.3.

T.

[(FS * Mol - Mill I [(R * Cos (9 - ~)l

(13.9)

Donde: Momento desestabilizante (W * xl Momento resistente (:!: c., * L) .. R

----

---

R

T.

D

Figura 13.5 Modelo de falla rotacional del terraplen para el diseno del refuerzo

13 = 8

Para a rcillas sensitivas, slurry, lechadas

13 = 8/2

Si D/ B < 0.4 y suelos con compresibilidad de moderada a a lta, suelos arcillosos y turbas.

13 = 8

Si D/ B:I! 0.4 Y suelos altamente compresibles. Arcillas blandas y turbas

0

arcillas marinas. Condiciones extremas.


373)


133.7 Chequeo par desprendimientos laterales 5e debe determinar el fa cto r de seguridad al desprendimiento, teniendo e n cuenta dos situacio nes. En lIa prime ra el bloque de terra ple n se debe desprender sin ro mpe r el geotextil y la seg unda que el bloque de terraple n se desprenda ro mpie ndo el geotexti l. 5i el fa cto r de seguridad al desprendimiento en los dos casas es mayo r a 1.5 no se requiere geotextil adicional para estabilizar este modo de falla, si el fa cto r de seguridad es me nor a 1.5 se requie re geotextil adicional para lIevar el refuerzo a un valo r confiable. Esto se hace calculando los refuerzos adicionales.

b

Terraplen H

_ . _ . _._._ . _ - --_ . - . _ - _ . Suelo De Pundacl6n

Figura 13.6 Desprendimiento lateral del talud La ecuacion para el calculo del fac to r de seguridad por desprendimiento late ral es la siguie nte: (13.1 0)

b * tan 6,g I Ka * H Donde:

b

Ancho del ho mbrillo del talud Angulo de fri ccion entre el suelo del te rraple n y el geotextil resio n ac ti va del suelo del te rraple n Altura del terraple n

133.8 Establecer la deformacion tolerable d e l geotexti l y calcular e l modulo (J) d e l refuerzo re que rido can base en e l ensayo a la te ns ion par e l m e toda de la tira an c ha (A5TM D 4595) Recomendaciones basadas en el tipo de suelo a utiliza r para la construccion del terraplen sobre suelos blandos (Turbas): Mod ulo de refu e rzo

J

T / ~",~

5uelos poco cohesivos

'-'-'--

5a11 0 %

5uelos cohesivos Turbas

2%

2a11 0%

Con base en los chequeos ante rio res se determina el geotextil a utilizar.

374)

Tabla de contenido

~

Otros chequeos: Estimar la magnitud de l asentamiento, usando metodos tradicionales de la geotecnia Establecer la secuencia, procedimientos constru ctivos, velocidad de avance de obra. Sistemas de subdrenaje y drenaje Establecer la instrumentacion que se requiera en cada caso, celdas de carga, platinas de asentamiento, piez6metros, p resurometros, strain gage etc. Afectacion a constru cciones vecinas Retroanii lisis

13.4 EJEMPLO DE DISENO Se requiere construir un terraplen de 2m de altura para soportar una estructura de pavimento (Ver Figura 13.5).

2.0

4.5 m

31.0 m

Suelo 1 Suel0 2

Figura 13.7 Secci6n tfpica del terraplen Propiedades de los Suelos Suelo 1. MH y =1 7kN/ ml cu = 6kPa

SueI02.GM y = 19.8 kN/m 1

.p =

30°

c' = 10 kPa Suelo para constru ccion de l terraplen y = 21.7 kN/ ml

.p =

35°

Factores de seguridad requeridos FS... n > 1.5 Para condicion a largo plazo FS... n ", 1.3 Para condicion a corto plazo


375)

~ Tabla de contenido 1. Chequeo d e capacidad po rtante

La ca pacidad porta nte e n te rminos no dre nados es:

q., No Refo rzado: 3.5+ 0.25 (BId) B

Base del te rra ple n (m)

d

Profundid ad estrato suelo de fund acion (m)

N,

3.5 + 0.25 (3 1 /2) = 7.375

q.,

c., * N, = 6.0kpa*7.375 = 44.25 kPa

Presion de contac to: P"osin geotextil = y * h= 21.7 KN/ mlx2 m P"o sin geotextil = 43.4 kPa EI ciilculo del facto r de seg uridad po r capacidad po rta nte del te rraple n sin te ne r e n cue nta el geotextil es: F5ep

44.25/43.4

F5ep

1.02 < 1.5

==> No cumple

Con geote xtil se logra una d istribucio n de la presio n de contac to y se ca lcula de la sig uie nte mane ra: La capacidad po rta nte e n te rminos no dre nados es:

q., Reforzado: 4.1 4+0.5 (Bid) B

Base del te rraple n (m)

d

Profundid ad estrato suelo de fund acion (m)

N,

4.1 4+0.5(3112) = 11.89

q.,

c., * N, = 6.0kpa*11.89 = 71.34 kPa

Presion de contac to: P"o sin geotextil

y * h = 21.7 KN/mJ x 2 m

P"o sin geotextil

43.4 kPa

EI ciilculo del fa cto r de seg uridad po r capacidad po rta nte del te rraple n sin te ne r e n cue nta el geotextil es:

376)

F5ep

71. 34 / 43.4

FS"

1.64 > 1.5

==> cum pie

Tabla de contenido

~

2. Ch eq ueo a la falla rota c iona l de base A continuac ion se calcu la e l factor de segurid ad de la falla rotacional de base sin refuerzo. Nota: EI valor minimo del factor de seguridad a l final de la construccion debe ser 1.3. Es recomendable usar un programa de estabilidad de taludes.

- , ,St'''''''''''_C_

S1""""jp"

COOO",," 1 01'.

" .. s..;..,. _ '""..., ""'" l5

do9'"'

l">d<_

-.-

f.:.~"" '~ ...._'l..'I C ....'...

...... WOO\t<.211'~

-, . . s......_ "'"",iOl',

~

S! ..... T' .. ·_~ ...... W...... l9!i
f_

..... 3Ilo.g....

Figura 13.8 Analisis de estabilidad del terraplen sin refuerzo

Figura 13.9 (una de fatta a tener en cuenta para el diseno

Una vez corrido el prog rama de estabilidad de taludes se realizan los sigu ientes ciilcu los teniendo como datos de entrada la geomet ria de la superficie de falla mostrada en e l programa. FS

1.068

== > Sin refuerzo

FS~

(M R +Tg * R) I MD ;:" 1.3

R

8.49 m (1:

Co

* L) * R (Momento Res istente)

(6.0 kPa .. 18.4 m) * 8.49 m 937.3 kN

CAPITULO 13: REFUERIO DE TERRAPLENES SOBRE SUELOS BLANDOS

377)

~

Tabla de contenido

x

4.0m

Mo

W * x (Mo mento Desestabilizante)

Mo

14. 18ml*2 1.7kN/ml*4.0m

Mo

1230.8 kN

FS""I

1.3

1: MR/ 1: M., =

(937.3 + Tg * 8.49) / 1230.8 = 1.3

Despejando Tg se obtiene la magnitud del refuerzo para la base del terraplen: 78.06 kN / m Tuk

1 FS

FS

FS IO * FS fl * FSOQII

FS

1.2 * 2.5 * 1.0 = 3.0

Geotextil Tejido T24oo: 40 kN/ m (Ver Apendice A: Especificaciones de Productos)

40.0/3.0 13.3 kN/ m 78.06/ 13.3

5.8

== > 6 Refuerzos

Geotextil Tejido TR4oo0: 6S kN/ m (Ve r Apendice A: Especificaciones de Productos) 6S.0 /3.0 2 1.6 kN/ m 78.06/2 1.6 3.61

== > 4 Refuerzos

Las capas deben estar espaciadas 0.1 S m aprox imadamente. Ad icionalmente se deben hacer ciilculos de asentamientos, procedimiento constructive, seguimiento durante e l procedimiento constructivo (Metodo Observacional).

BIBLIOGRAFIA KOERNER R.M., Design ing With Geosynthetics, S ED., U.s.A., 2OOS. HOLTZ R., Geosynt hetic Eng ineering, 1997. CONSTRUCTION INDUSTRY RESEARCH AND INFORMATION ASSOC IAT ION, Soil ReinforcementWith Geotextiles.

378)

MANUAL Y SOFTWA.RE DE DISE~O

Geosoft® PAveo

CAP[TULO

REFUERZO DE

CIMENTACION ES CORRIDAS CON GEOSINTETICOS Volver al in dice

~

380)

Tabla de cOfllenido


14.1 INTRODUCCI6N Cuando se construyen estructuras sobre suelos de baja capacidad portante, estos pueden transmitir una presion de contacto de tal forma que se generan unas fuerzas de corte que pueden lIegar a superar la resistencia al corte del suelo de fundacion, dando como resultado una falla por capacidad portante 0 por asentamiento en la cimentacion. Un adecuado diserio de capas de geosintetico de alta resistencia a la tension, instalados en la cimentacion de una estructura permite desarrollar un refuerzo a la traccion de tal forma que el factor de seguridad ante la falla por efecto de la carga de la estructura aumente hasta un va lor confiable. EI refuerzo con geosinteticos puede disminuir los desplazamientos horizontales, verticales y los asentamientos diferenciales, aunque no se debe conside rar que presente una disminucion de los asentamientos por consolidacion primaria y secundaria. La capacidad de carga ultima de cimentaciones superficiales puede mejorarse incluyendo un refuerzo de tension como geotextiles y geomallas en el suelo que soporta la cimentacion. En este caso se va a utilizar la metodologfa de diserio racional de Binquet y Lee para el problema de capacidad de carga admisible de cimentaciones superficiales que descansan sobre suelo granular reforzado.

14.2 GENERALIDADES Basados en resu ltados obtenidos por distintos estudios en los ultimos 20 arios, que pretenden eva luar los efectos de reforzar el suelo en cuanto a la capacidad de carga de cimentaciones superficiales, se presentan algunos resultados y una metodologia que permite dimensionar el tipo de refuerzo a usar. Estudios de laboratorio del Geosynthetic Research Institute sobre suelos finos, con saturaciones por encima del limite plastico muestran el comportamiento presentado en la figura 14.1. En dichas pruebas se empleo geotextil tejido, con distintas variaciones del numero de capas, como se puede apreciar, se registra una mejora en la capacidad de carga - soporte de la cimentacion, luego de alcanzar un asentamiento conside rable. Lo cua l es de esperar, dado que el geotextil se debe empeza r a deformar antes que su beneficio como refuerzo se manifieste. q(kPa)

0

SO

"0

'so

200

2SO

"-\I XSp3Cln

0.17

Drain Sand

." '" ~~ •

q

12 kPa

~

w

300

f(N-tl J 300 mm

fisomm

0.33 N= 1

0.50

N.O

Figura 14.1 Prueba de capacidad de carga de una cimentacion superficial redonda sobre arcitta blanda saturada empleando como refuerzo geotextil tejido. CAPITULO 14: REFUERZO DE CIMENTACIONES CORRIDAS CON GEOSINTt:nCOS

381 )


14.3 CONSIDERACIONES DE DISENO Las cimentacio nes superficiales reforzada s con geosinteticos presentan una va riacio n del modo de falla respecto a las cimentacio nes no refo rzadas, a continuacio n se e nume ran los modos de falla que pueden presentar e n este tipo de estructuras: 14.3.1 Falla par capacidad portante por encima de la primera capa de refuerza Este tipo de falla ocurre generalmente cuando la prime ra capa de refuerzo estii colocada a una profundidad, d, mayo r que 2/3B donde B es el ancho de la cimentacio n.

,

,,

---

, , ,, •

Figura 14.2 Falla por cortante arriba del refuerzo.

14.3.2 Falla par Pullout a longitud de empotramienta insuficiente Esta corresponde a la lo ngitud que se encuentra po r detriis de la superficie de falla , en la cual se desarrollan las fuerza s resiste ntes generadas por el coeficiente de fric cion entre el suelo de relleno y el geosintetico. B

I· ,

,

::=::

,, ,

-I

, ,,

,

,, >

,,

,

~Ref"e"O

dI

Figura 14.3 Falla par longitud de empotramiento insuiiciente.

14.3.3 Falla par tension del material de refuerzo Aunque todos los tipos de falla se deben chequea r para el diseno de la cime ntacio n, este modo de falla es el que se considera para el disefio del geosintetico de refuerzo y tie ne en cuenta propiedades mecii nicas tales como la resistencia a la tensio n del mate rial de refuerzo.

I'

Figura 14.4 Falla par tensi6n del material de refuerzo.

382)


14.3.4 Fall a par flu encia del material de refuerza a largo plaza a c reep Esta se refiere a la deformacio n del mate rial de refuerzo con el tiempo, de bido a la aplicacio n de una carga constante o repetiti va y que es menor a la resiste ncia ultima del material. Se ha demostrado que el fe nomeno de cree p para geotextiles se ve reducido al cuantifica r las defo rmaciones en condicio n confinada, sin embargo se recomienda utilizar facto res de reduccion en la resistencia de diselio del material, que minimicen el efecto de este fen o me no en la cimentacion, controlando as! los asentamie ntos que se puedan generar. B

Asenlamienlo

Rel ue rzo

Figura 14.5 Falla del material por ftuencia.

14.4 METODOLOGiA DE DISENO 14.4. 1 Laca lizaci6 n de la superfi cie de falla Para el modo de falla a tensio n del material de refuerzo, la Figura 14.6 muestra el compo rtamie nto de los mate riales frente al desarro llo de la superficie de fa lla cuando d/B es meno r que 2}3, condicio n e n la que es de mayo r beneficio la inclusio n de refu erzo.

Zona II 6"

""

""

, Lo

Reluerzo

Figura 14.6 Mecanismo de falla baja cimentaciones reforzadas. La Figura 14.6 muestra una condicio n idea lizada para el desarrollo de la superficie de falla en el suelo, la cual consta de dos zo nas, la Zona I, loca lizada debajo de la cimentacion, forma una culia debido al asentamie nto que se genera par la aplicacion de la ca rga. La Zona II es la que se loca liza a los costados de la Zona I e n la cual el suelo es empujado hacia fu e ra y hacia arriba.

CAPITULO 14: REFUERZO DE CIMENTACIONES CORRIDAS CON GEOSINTt:nCOS

383)

~ Tabla de contenido Los puntos que detinen ellfmite entre las zonas I y II, se obtienen como el resultado de la localizacion del esfuerzo cortante maximo debido a la aplicacion de carga en la cimentacion, para una profundidad dada. EI esfuerzo cortante "(;"1

es el esfuerzo desarrollado a una profundidad z y a una distancia x medida desde el eje de la cimentacion.

Integrando la ecuacion de Bousinnesq, el esfuerzo cortante se calcula de la siguiente manera: (14.1)

Donde:

b

Ancho medio de la cimentacion

B

Ancho de la cimentacion

q.

Carga por area unitaria de la cimentacion

0

B/2

EI Ifmite exterior de la zona I se retiere a los puntos donde el va lor del esfuerzo cortante es maximo para una profundidad z.

x" es la distancia en la cual el esfuerzo cortante es maximo para una profundidad dada, esta distancia

es variable y se puede calcu lar mediante la siguiente tigura:

2.0

/' Xo/ B

1.0

/

~

/

/ 0.5

o

2

3

4

," Figura 14.7 Localizacion del esfuerzo cortante maximo para una profundidad z. dado un ancho de cimentacion B.

14.4.2 Disipacion de esfuerzas par media del refuerza ca n geosintetica A continuacion se muestran las fuerzas aplicadas sobre una capa de suelo tJ. H no reforzada y reforzada, localizada a una profundidad z de la cimentacion, segun la hipotesis mencionada ante riormente, ambos tipos de cimentacion poseen el mismo asentamiento 5•. Caso no reforzado: Las fuerzas presentes para este caso son las fuerzas Fl y F:z, ambas vertica les y 51 la fuerza cortante maxima localizada a una distancia Xc.

384)

Tabla de contenido

~

....,.:'. ;":.-': ".;.:-~:.:'.', .. - ,. '.. - ." -.:::::':::'." ,".

D,

-'-

,

x.

.1 1

Figura 14.8 Fuerzas actuantes en cimentaciones no reforzadas.

Por 10 tanto las fu e rzas aplicadas sabre la capa de suelo son las siguie ntes:

o Caso refo rzado: En el caso de la cimentaci6 n refo rzada, las fuerzas verticales son FJ y F•• 51 la fuerza cortante maxima y T es la fuerza desa rrollada par la capa de refuerzo, y esta es vertical debido a la hipotesis de la deformacio n del refuerzo.

cr (qa) max

v

x.

,

.1 1

Figura 14 .9 Fuerzas actuantes en cimentaciones reforzada s.

CAPITULO 14: REFUERZO DE CIMENTACIONES CORRIDAS CON GEOSINTlOnCOS

385)

~ Tabla de contenido Las fuerzas aplicadas sobre cada capa de suelo son las sigu ientes:

o Debido a que el asentamiento es el mismo para ambos casos:

F, Reemplazando Fl en F4 en la ecuacion del caso refo rzado:

T

(14.2)

Por 10 tanto la magnitud de las fuerzas FI y FJ son causadas por el esfuerzo vertica l generado por la aplicacion de las cargas q., y qR. Y son calcu ladas como el iirea bajo la curva de la funcion del esfuerzo vertical entre Oy Xo. Para 51 Y Sl se calculan los esfuerzos cortantes a una profundidad z y a una distancia Xo desde el eje de la cimentacion, ca usados por las cargas qo y q~.

F,

o (qcJdx

{

F, 5,

5,

TXl

(qRl AH

Integrando y simplificando la solucion de Bousinesq se tienen las siguientes ecuaciones:

F,

(14.3)

F,

(14.4)

5,

(14.5)

5,

(14.6)

Donde AI Y A1 estiin dados en funcion de zy B. 0.4

A,

\

0.3

~I"~ 0.1

o

2

-., A,

--3

'/ B

Figura 14.10 Variaci6n de AI, AI. AJ con respecto a zlB.

386)

4


Reemplazando las ecuaciones (14.3) - (14.6) en la ecuacion (14.2) se obtiene:

T (14.7)

T

Debido a que esta ecuacion se desarrollo para una sola capa de refuerzo, si se tienen N capas bajo la zapata separadas una distancia ll.H la fuerza T calculada en este caso es: Tull

(14.8)

=T /N

Donde N es el numero de refuerzos a incluir bajo la cimentacion. Combinando las ecuaciones (14.7) y (14.8), la ecuacion para el calcu lo de la fuerza a la que es sometida el refuerzo es la siguiente:

T.,

(14.9)

Donde: Fuerza desarrollada por cada capa de refuerzo N

Numero de capas de refuerzo en la cimentacion

q.

Carga admisible por area unitaria de la cimentacion Carga aplicada por area unitaria de la cimentacion

A,

Factor para el calculo de fuerzas vertica les en el suelo

A,

Factor para el calculo de fuerzas cortantes en el suelo

B

Ancho de la cimentacion

.H

Separacion vertical entre las capas de refuerzo

Una vez calculada la resistencia a la tension requerida de cada capa, se determina la resistencia a la tension admisible en funcion los factores de reduccion.

T.,

(14. 10)

FS

FS

(14.11)

FRIO X FRn x FROQIi

Donde: Res istencia ultima del geotextil 0 geomalla por el metodo de la tira ancha Res istencia a la traccion disponible del geotextil

0

geomalla

Factor de reduccion por daiios de instalacion Factor de reduccion por fluencia 0 creep FR~

Factor de reduccion por degradacion qui mica y biologica

Los rangos para los factores de reduccion se mencionan en la Tabla 3. 1 yTabla 3.2 del presente manual. CAPITULO 14: REFUERZO OE CIMENTACIONES CORRIDAS CON GEOSINTt:nCOS

387)


14.4.3 Calculo de la longitud de refuerzo Una vez calculada la fuerza que soportara cada capa de refuerzo, se debe revisar si la resistencia admisible del refuerzo de la cimentacion es mayor que la resistencia requerida calculada en el paso anterior, si no es asi, el refuerzo podra fallar por tension 0 por Pullout. La resistencia al Pullout se obtiene de la resistencia por friccion entre el suelo y el refuerzo. Esta corresponde a la superficie de empotramiento por detras de la zona de falla la cual es calculada por la siguiente ecuacion:

F,

2 tan b IFuerza Normal]

F,

2 tanb ULDR)/:(q,J dx + (LDR) y (1..0 - Xo) (z + Dill

(14.12)

Donde: y

Peso especifico del suelo

D,

Profundidad de la cimentacion

,

Angulo de friccion entre el geosintetico y el suelo (A5TM D 532 1)

La fuerza normal la definen la fuerza generada por la disipacion de la carga de la cimentacion y la fuerza generada debida a la presion normal del suelo a la profundidad del refuerzo. EI termino LDR se define como la razon de densidad lineal del refuerzo; para el caso de geotextiles LDR=l debido a que el geotextil cubre toda el area de refuerzo. Para el caso de geoma llas pese a que estas no cubren un area de forma constante debido a su estructura de costillas y aberturas, el refuerzo generado por las geomallas se debe en gran parte al trabazon de los agregados entre sus aberturas, por 10 que en terminos de densidad de refuerzo la geomalla se encuentra muy cercana a la unidad y por 10 tanto el va lor con el que se diseria es igual a 1.

1..0 se calcula como la distancia a la que el esfuerzo o(qi!l es igual a 0.1 qlU este va lor se puede calcular por medio de la Figura 14.11 en funcion del ancho y de la profundidad.

, •

/

3

Lo /8

---

/

2

/ o

2

3

Figura 14.11 Variaci6n de loIB can respecta a z/B.

388)

•


Simplificando el termino de la integral, la ecuaci6n queda de la sigu iente forma:

F,

2 tan [) (LOR) [AJ Bqo (qR I qol

+ y (Lo -

Xo) (z + Dt)l

(14.1 3)

Oonde Al esta expresada en funci6n de la profundidad y el anc ho de la cimentaci6n (Ver Figura 14.10). EI factor de seguridad contra el Pullout del refuerzo es:

;;,, 1.5

(14. 14)

14.5 PROCEDIMIENTO PARA EL DISENO DE CIMENTACIONES REFORZADAS 1. Con base en las propiedades geomeciinicas del suelo de fundaci6n determine la capacidad portante admisible, q-.. 2. Segun las propiedades ingenieriles del suelo de mejoramiento. Se establece el peso unitario total, y angulo de fricci6n del material. 3. Segun el ancho de cimentaci6n, B, preestablecido, se supone la profundidad de la primera capa de refuerzo, d, y el numero de capas, N. La ubicaci6n mas efectiva del refuerzo con geosinteticos se produce cuando la profundidad de la capa superior cumple que d < 2/3 B. Para la ubicaci6n de la capa mas baja del refuerzo se tiene en cuenta el bulbo de presiones del cimiento donde se recomienda que esta debe estar a una distancia menor

0

igua l a 2B. 4. Se calcu la la magnitud de qR para la cimentaci6n reforzada con el geosintetico:

q. Oonde: Carga lineal sobre el cimiento B

Ancho del cimiento

S. Se calcula la fuerza requerida por cada capa del refuerzo utilizando la ecuaci6n (14.9). Se recomienda realizar una tabla especificando la profundidad de cada capa, y los calculos necesarios para calcular la magnitud del refuerzo (Ver secci6n 14.5). 6. Se determina los factores de reducci6n del material de refuerzo segun las condiciones del proyecto y las Tablas 3.1 y 3.2 del presente manual. 7. Se compara la fuerza desarrollada por el refuerzo del cimiento, TIl'll, con la resistencia admisible de los geosinteticos disponibles para la aplicaci6n de refuerzo y seleccione el mas apropiado con base en que el factor de seguridad sea mayor a la unidad. 8. Se calcula la resistencia por fricci6n del refuerzo con geosintetico por longitud unitaria de cimentaci6n, FI , utilizando la ecuaci6n (14.1 3) y verificando que la longitud de empotramiento sea suficiente para cada una de las capas de refuerzo. Tenga en cuenta que la distancia minima de empotramiento no puede ser menora 0.5 m. 9. Se realiza el esquema del diseno final de la cimentaci6n teniendo en cuenta el numero de capas, la profundidad, la separaci6n y el tipo de refuerzo empleado de las mismas. CAPITULO 14: REFUERZO DE CIMENTACIONES CORRIDAS CON GEOSINTt:nCOS

389)


14.6 EJEMPLO DE DISEN O Para la construccio n de una bodega que te ndril 4 pisos en el frente y una altura de 12.0 m e n el sitio de almacenaje, se diseno una cimentacion conformada por zapatas corridas con un ancho de 2.0 m. Se desea reforzar la cimentacio n debido a que la capacidad portante ultima del suelo de funda cio n es de 51 To n/ m1 y el ancho de cimentacion debe ser mantenido, debido a las condicio nes especiticas del sitio del proyecto. Disene el refuerzo de la cimentacio n empleando geosinteticos, sabie ndo que las cargas previamente estimadas por metro lineal de cimentacio n son inferio res a 70 To n/m. Uti lice los siguientes para metros: Las propiedades geomecanicas del suelo de mejo ramie nto son: 34" 19 KN / m 1

Solucio n: 1. Calculo de capacidad portante admisible y cargas aplicadas sobre el cimiento Ancho de la cimentacion: B

2.0m

Determinar la capacidad admisible de carga para el suelo sin refuerzo: q••

S1.0Tonlm1

17.0 Tonlm1 170 kPa Determ inar la carga sobre la cimentacio n po r me tro lineal: Ql l B

70.0Tonlm / 2.0m 35.0 Tonlm1 350 kPa 2. Diseiio de la confo rmacion de las capas de refuerzo Profundidad de la primera capa de refue rzo, "dO , en este caso: d

0.5 m

Profundidad de la capa mils baja de refue rzo, " u~ en este caso: < 4.0m

390)


Separacion entre capas, "AH", se recomienda que la separacion entre las capas de refuerzo sea uniforme para la conformacion de la base de la cimentacion, y que este a su vez sea un va lor constructi vamente viable, en este caso:

oH

0.40 m

Numero de capas de refuerzo, N, se supone un valor inicia l del numero de las capas de refuerzo y se ve rifica con e l clilcu lo de diseiio si e l va lor es aceptable. En general, el numero de capas de refuerzo para las bases de cimentaciones no debe ser mayor que 7, en este caso: 3

N

3. Resistencia a la tension requerida del refuerzo AI, Az: se obtienen de la grlifica de variacion de zIB de Binquet y Lee (Ver Figura 14.10) Tabla 14.1 Calcu lo de la res istencia a tensi6n del geosintetico Capa

,

No

(m)

uB

A,

A,B

A,

60.0

0.5

03

0.35

0.70

0.31

0.156

0.541

32.44

2

60.0

1.0

0.5

0.35

0.69

0.26

0. 130

0.563

33.77

3

60.0

1.5

0.8

0.34

0.69

0.22

0. 109

0.580

34.78

T,"

(KN/m)

4. Seleccion del geosintetico de refuerzo a. Refuerzo con geotextil tejido: La resistencia a la tension ultima por el metodo de la tira ancha (ASTM D-4S9S) del geotextil tejido TR4000 es: T~

65 kN/ m (En e l sentido mlis desfavorable) T~

FROI X FRfl x FRIXJi 65 1.1 x 2.0 x 1.0

Por 10 tanto, la resistencia a la tension admisible del geotextil TR4000 es: 29.5 kN/m < T(Hl =;. No Cumple Debido a que T""m < TIN) se puede aiiadir una capa mas de refuerzo, con el fin de distribuir en un mayor numero de capas, de modo que la resistencia del geotextil sea apropiada.

CAPITULO 14: REFUERZO DE CIMENTACIONES CORRIDAS CON GEOSINTt:nCOS

391 )

~ Tabla de contenido Para N = 4 capas la fuerza del refuerzo es: Tabla 14.2 Calcu lo de la resistenc ia a tension del geosintetico

CaP' No

qoIN (q.Jq.,-l ) 45.0

,

T.,

vB

A,

A,B

A,

AI.1. H

AIB-Al.1.H

05

0.3

0.35

0.70

0.3 1

0. 156

0541

24.33

(m)

(KN/m)

2

45.0

1.0

0.5

0.35

0.69

0.26

0. 130

0563

25.33

3

45.0

15

O.B

0.34

0.69

0.22

0. 109

0580

26.08

4

45.0

2.0

1.0

0.34

0.68

0.18

0.092

0592

26.63

En este caso con 4 capas, Tidm > T(Hl, po r 10 que e l geotextil tejido TR4000 cumple con la resistencia solicitada po r la estructura. b. Refuerzo con geoma lla biaxial coextrufda: Con base en la Tabla 14.2 donde se o bserva que la T1IIlmax requerida e mpleando 4 capas de geosintetico es de 26.63 kN/ m. La geomalla P-BX 12 tiene una resiste ncia ultima de 30 kN / m po r 10 tanto Tu. > T(Hl, ento nces la geomalla es una opcio n para e l refuerzo de la cimentacio n. Para e l caso de las geoma llas en a plicacio nes de refuerzo de cimentacio nes se e mplea la Tu. debido a que estas desarro llan su resiste ncia maxima a menor e lo ngacio n deb ido a su ri gidez, ademiis e l efecto de fluen cia se reduce e n este tipo de refuerzo deb ido a las propiedades intrfnsecas y de construccio n del mate ria l.

5. Cii lculo de la resiste ncia del geosintetico deb ido a la fri ccion Empleando la ecuacio n (14.13) se calcula la resistencia por fri ccio n del refuerzo de cada ca pa, junto a la longitud total de cada capa de refuerzo seg un la Figura 14.11 , d o nde la longitud de refuerzo de cada capa debe ser de 2L.,. Posterio rmente se calcula e l fa cto r de seguridad po r Pullo ut de l refuerzo teniendo en cuenta la ecuacio n (14.14). En este caso debido a que la resiste ncia a l corte generada por las capas de refuerzo y e l mate rial granular es mucho mayo r que la resistencia al corte re que rida po r e l geotextil (Ve r Tabla 14.3), se puede reducir la lo ngitud de empotramie nto en las capas infe rio res, sin afectar e l disefi o del refuerzo. (Ve r Figura 14. 12). Tabla 143 Resistencia al Pullout del material de refuerzo Va lor 2 tan(b) (LOR) A, A1BqR z(m)

vB Lo(m) x., (m) Lo - x., z+O( y (Lo - )(.,)(z + 0 1) Fg (KN/m) TINl (KN/m) FS(Pl = Fli /TINl F~Pl > 15

392)

1.1 0 0.11 75.42 05 0.3 1.9 1.25 0.6 15 18.48 103 .67 24.33 4.3 OX

2

3

4

1.1 0 0.12 83.64 1.0 0.5 3.2 1.28 2.0 2.0 74.52 174.61 25.33 6.9 O.K

1.1 0 0.13 90.86 15 0.8 4.4 1.44 2.9 25 139.94 254.81 26.08 9.8 O.K

1.1 0 0. 14 96.95 2.0 1.0 5.3 1.67 3.7 3.0 208.92 337.69 26.63 12.7 O.K

Tabla de contenido

~

6. Esquema del refu e rzo de la cimentacion Una vez modificadas las lo ngitudes de refuerzo de las capas infe ri o res se reali za un esquema del refuerzo de la cime ntacio n, teniendo en cuenta la separacion y longitud de las capas.

.'.':' '"

',.. ,. '.'.

m

Geolexlil Tejido TR4000

1I1---....i-',.lLQ..om>---!,II

0.5 m

- .,.--- --t--- -.....,..- O.Sm

....... ----- ~ I - - - - -.....- - - - ' - - - - ...... ------- ~ --

/

----~

___

\

~

_ _ _ .....l _ _ _ _

O.Sm 0.5m

~

!6.4m

.,

Figura 14.12 Refuerzo de la cimentaci6n.

BIBLIOGRAFIA DAS B.M., Principios De Inge nieria De Cimentacio nes, Capitulos 3 y 4, 4 ED.,2004. KOERNER R.M., Designing With Geosynthetics. S ED., U.S.A., 200S.

CAPITULO 14: REFUERZO OE CIMENTACIONES CORRIDAS CON GEOSINTt:nCOS

393)

~

394)

Tabla de cOfllenido


Geosoft® PAVeo

CAPITULO

PROTECCION DE

GEOMEMBRANAS Volvo, .1 indice

~

396)

Tabla de cOfllenido


'5.' GENERALIDADE5 La impermeabilizacion de las obras de infraestructura en diferentes campos de aplicacion empleando geomembranas sinteticas cada dia es mas frecuente, ya que este sistema trae consigo ventajas economicas, tecnicas yambienta les, estas ultimas constituyendose en un tema de vital importancia debido a la normativa que en los ultimos alios se ha creado para regular el uso y manejo de los recursos naturales. Debido a que estos sistemas se instalan en obras de infraest ructu ra, donde estaran en contacto directo con dife rentes tipos de suelo, los cua les pueden tener tamanos de particulas considerables con superficies angula res

0

suelos

con superficie irregular, es posible que se genere una afectacion en la estructura de la geomembrana, deteriorando de esta manera, la total estanqueidad del sistema cuando se utiliza este tipo de materiales. La durabilidad de un sistema de impermeabilizacion con geomembrana debera tener en cuenta el diseno y la insta lacion de un geosintetico que la proteja, evitando los problemas mencionados y generando un aporte a la ca lidad de este tipo de obras. Este tipo de sistemas se ha empleado principa lmente en proyectos donde se involucra la construccion de: recubrimiento de canales, reservorios, rellenos sanita rios, lagunas de oxidacion, piscinas de lixiviados, control de filtracion en presas de tierra, canchas de relave, pondajes, espejos de agua, lagunas artificiales, etc.

' 5.2 INTRODUCCI6N Este documento es una guia practica para disenar geotextiles no tejidos punzonados por agujas para la proteccion de geomembranas, de tal forma que se escoja el geotextil mas conven iente, tecnica y economicamente para cada proyecto. En esta metodologia se diselia unicamente usando geotextiles no tejidos, porque estos geosinteticos presentan una resistencia mecanica que evita que las geomembranas sufran punzonamiento y tienen una elongacion mayor al 50% 10 que les permite soportar sucesivas contracciones y dilataciones que experimenta la geomembrana por efecto de la variacion termica, situacion que no puede ser soportada por un geotextil tejido. Ad iciona lmente, los geotextiles no tejidos facilitan la instalacion de la geomembrana cuando se esta en presencia de aguas freaticas, haciendo que las obras de instalacion sean mas limpias y permitan realizar un mejor procedimiento para el sellado de la geomembrana.

Figura 15.1 Aplicacion de protecci6n de geomembranas.

CAPITULO 15: PROTECCION DE GEOMEMBRANAS

397)

~ Tabla de contenido Otra ventaja de este tipo de geotextil es que funciona como e lemento drenante bajo la geomembrana, permitiendo conduccion de gases y Ifquidos emergentes del subsuelo, los cuales podrian afectar la e longacion inicial de la geomembrana deteriorando su correcto funcionamiento.

15.3 METODOLOGiA DE DISENO La metodologia para escoger e l geotextil miis adecuado para la aplicacion de proteccion se basa en la resistencia a l punzonamiento de la geomembrana . En esta metodologia se determina la presion que actua sobre e l geotextil, bajo unas determinadas condic iones y se verifica que el geotextil seleccionado resista el punzonamiento que se pueda generar. Con respecto a la geomembrana y al material de proteccion, e l aniilisis teorico demuestra que la resistencia a l punzonamiento de la geomembrana se puede mejorar bajo las siguientes cond iciones: AI incrementar e l espesor de la geomembrana, e l aniilisis realizado por Wilson-Fahmy, Narejo y Koerner muestra que la resistencia a l punzonamiento se incrementa lineal mente con relacion al espesor. Si se incrementa el espesor de 1.5 a 2.5 mm el incremento de la resistencia a l punzonamiento puede ser de 1.7 veces. Segun esto e l incremento de espesor puede ser benefico para la resistencia al punzonamiento de la geomembrana, si la resistencia de la geomembrana es cercana al valor requerido. EI uso de un material de proteccion, en este caso un geotextil no tejido punzonado por agujas, es una solucion para e l mejoramiento de la resistencia al punzonamiento de la geomembrana. Por ejemplo, la utilizacion de un geotextil no tejido NT4000 generarii un incremento en la resistencia al punzonamiento de la geomembrana entre 4 y 10 veces comparado con 1.7 generado por e l incremento del espesor de la geomembrana de 1.5 a 2.5 mm. EI incremento del espesor

0

masa unitaria del material de proteccion, incrementarii de 8 a 25 veces la resistencia

al punzonamiento de la geomembrana con un geotextil no tejido NT7000. De esta forma a medida que la masa unitaria se ve incrementada por e l cambio de geotextil, la resistencia al punzonamiento aumenta considerablemente. Como se menciono anteriormente, este capitulo se basa en el diseno del geotextil como material de proteccion utilizando la metodologia planteada porWilson-Fahmy, Narejo y Koerner, expuesta en 1996, a traves de trabajos tecnicos del GRI. Este metodo usa la ecuacion tradicional de factor de seguridad: (15.1)

FS Donde:

FS

Factor de segu ridad (en este caso contra el punzonamiento de la geomembrana ). Presion admisible usando diferentes tipos de geotextiles y condiciones especfficas dellugar.

p~

Presion real debida al contenido del relleno 0 deposito superficial.

Se ha obten ido una relacion empfrica para el ciilcu lo del Pldm basado en un gran numero de ensayos y pruebas del metodo de punzonamiento hidrostiitico de la norma ASTM DSS14, la cual se muestra en la siguiente ecuacion,

398)


y utiliza factores de modificacion y de reduccion con el fin de tener en cuenta las cond iciones de campo y comportamiento de los materiales.

~50 ~ J[-F-M'-'-FM'-~-'F-M-'J[ FR",""'" J

(15.2)

pDonde:

p-

Presion admisible (kPa )

M

Masa por unidad de area (g/ml)

H

Altura Efectiva de la protuberancia (mm) Factor de Reduccion por la forma de la protuberancia

FM~

Factor de Modificacion por densidad del Relleno

FM.

Factor de Modificacion por efecto de arco en Solidos Factor de Reduccion por flu encia del material a largo plazo

FR~

Factor de Reduccion por degradacion quimica y biologica a largo plazo

Ademas de debe cumplir la siguiente cond icion:

p-

4S0*M/Hl ;;"SO kPa

(15.3)

Donde 50 kPa es la resistencia al punzonamiento de una geomembrana de 1.5 mm 0 60 mil, sin geotextil de proteccion. A continuacion se muestra el sign ificado de cada factor y los valores tipicos que cada uno de estos puede toma r, segun las cond iciones de cada proyecto. 15.3.1 Factor de seg uridad global EI factor de segu ridad global debe ser minima de 2.0, sin embargo, para cierto tipo de condiciones el factor de seguridad reque rido puede ser mayor. Por ejemplo, se debe utilizar un factor de seguridad mayor en proyectos en los cuales la subrasante presente un alto contenido de rocas aisladas de gran tamano en su superficie. Este factor tambien se puede ver afectado por el tipo de insta lacion de la geomembrana. EI objetivo de este factor de seguridad es garantizar un diseno adecuado para la proteccion de geomembranas, evitando que estas fallen por punzonamiento durante su periodo de servicio. En proyectos de rellenos sanitarios, la falla de la geomembrana puede ocasionar filtracion de lixiviados al subsuelo y posteriormente a las aguas subterraneas, generando un foco de contam inacion de diffcil deteccion. Para los reservorios, la falla de la geomembrana puede ocasionar perdida en los ni veles de liquido almacenado.


399)

~ Tabla de contenido Los factores de seguridad global se encuentran en la siguiente tabla: Tabla 15.1 Factores de segu ridad g loba l para e l disefio Arreglo de las piedras

Altura efectiva de Protuberancia (mm)

Factor de seguridad global (Minimo)

6

2.0

Piedrasaisladas

Piedras agrupadas

12

3.0

25

5.0

38

7.0

380 menos

3.0

15.3.2 Factores de modificaci6n Este tipo de factores son propuestos con el fin de representar de mejor forma las condiciones de campo del material de proteccion en e l d iselio. Los factores de modificacion son iguales

0

menores a 1.0, y deberan ser tomados de las

tablas que se muestran a continuacion . • Factor de modificacion por forma de la protuberancia Estos factores fueron propuestos con base en e l ensayo hidrostatico de presion por punzonamiento de la norma ASTM 55 14, segun la cua l se establecio que e l va lo r de presion resistente mas a lto es alcanzado cuando las rocas tienen forma redondeada, seguidas de las semiredondeadas y finalmente, la menor resistencia a la presion es la generada por rocas de forma angular, en las que su efecto es casi e l mismo que e l generado por los conos truncados en e l ensayo de falla a presion. Debido a que el factor de modificacion es inversamente proporcional a la presion adm isible, los factores para rocas redondeadas y semiredondeadas son menores a la unidad, es decir, que aumenta la presion adm isiblea la que puede ser sometido e l material de proteccion y la geomembrana . Tabla 15.2 Factor de modificaci6n pa r forma de la protuberancia Forma de la piedra

FM,

Angular

1.00

Semiredondeada

0.50

Redondeada

0.25

• Factor de modificacion por densidad del relleno Segun las pruebas realizadas por Wilson-Fahmy, Narejo y Koerner se pudo demostrar que la presion admisible para protuberancias concentradas es mucho mayor que para protuberancias a isladas. Basados en los resultados, se lIego a un factor de modificacion de 0.5 que estima el efecto generado por rocas concentras en relacion a estas mismas pero ubicadas de forma a islada. Para poder hacer una comparacion de l comportamiento de la geomembrana sobre protuberancias a isladas, en la siguiente tabla se encuentran los factores segun su tamafio y forma de ubicacion.

400)

Tabla de cantenida ~

Tabla 15.3 Factor de madificaci6n par densidad del relleno

Arreglo de la protuberancia

FM~

Aislada

1.00

Compacta, 38 mm

0.83

Compacta, 25 mm

0.67

Compacta, 12 mm

0.50

• Facto r de modificaci6n por efecto de arco en s61idos Este fa cto r tie ne en cuenta el tipo de mate rial 0 de ca rga a la que es sometida la geomembrana. La resistencia al punzo namiento de la geomembrana bajo cargas geoestiiticas, puede lIega r a ser hasta 6 veces mayo r que la resistencia de la geomembrana bajo una carga hidrostiitica; este efecto se atribuye a la capacidad de los suelos para disipar las cargas aplicadas en fun ci6n de la profundidad y a la compresibilidad del mismo, pro piedad que carecen los liquidos, po r 10 que este efecto tenderii a aliviar el esfuerzo que es transmitido a la geomembrana ya su material de pro tecci6 n. Tabla 15.4 Factor de modificaci6n por efecto d e arco en s6lidos Efecto de arco en s61idos

FM.

Hidrostiitico

1.00

Geoestiitico, superficial

0.75

Geoestiitico, moderado

0.50

Geoestiitico, profundo

0.25

15.3.3 Factores de reducci6n Una vez presentados los fa cto res de modificaci6n, establecidos segun el tipo y tamalio de particulas presentes en el suelo de instalaci6 n del siste ma, se presenta n los facto res de reducci6n los cuales son aplicados para garantizar la integridad de la geomembrana. 5e consideran dos fa cto res, el primer facto r involucra la fluencia de los materiales a largo plazo, y el segundo fa ctor tiene e n cuenta la posible acci6n de degradaci6 n qui mica y biol6gica debido a la acci6 n de agentes presentes en ellugar del proyecto. Los fa cto res de reducci6n son iguales 0 mayo res a 1.0 y deberiin ser to mados de las tablas que se muestran a continuaci6 n. • Fac to r de reducci6n po rfluencia a largo plazo Como se puede ve r en la Tabla 15.5 los fa cto res de reducci6 n por fluencia a largo plazo son relativa mente meno res a los encontrados en la literatura para geotextiles sometidos a tensi6 n. Esto se de be a que la geomembrana yel mate rial de pro tecci6n al estar ambos sometidos a punzonamiento, con el tie mpo se ve riin afectados positiva mente por el efecto de flu encia, 10 cual harii que la lo ngitud in icial sin apoyo del material contra el suelo disminuya con el pasar del tie mpo. De esta fo rma, los esfuerzos de la geomembrana y del material de protecci6 n son reducidos.

CAPITULO 15: PROTECCION DE GEOMEMBRANA5

401 )

~ Tabla de contenido Con base en 10 anterior e l factor por fluencia requerido para la proteccion de geomembranas es menor compa rad o con e l requerido por e l mismo material sometido a esfuerzos de tension constantes. Tabla 15.5 Factor de reduccion par fluencia

FRo

Referencia Geotextil

Altura efectiva de la protuberancia (mm) 38

25

12

6

Sin Geotextil

» 1.5

» 1.5

» 1.5

» 1.5

NT 4000

» 1.5

» 1.5

>15

15

NT 7000

» 1.5

15

1.3

1.2

(g/m2)

1100

>1100

1.3

1.2

1.1

1.0

-1.2

- 1.1

- 1.0

1.0

• Factor de reduccion por degradacion qui mica y biologica a largo plazo Para este factor se debe tener en cuenta la posible accion de agentes externos los cua les puedan afectar la integridad del sistema, por ejemplo: roedores, hongos, bacterias, entre otros, los cuales pueden generar degradacion del material. Sin embargo, debido al alto peso molecular de los materiales con los cuales se fabrican los geosinteticos e l efecto de estos agentes sobre e l material es minimo. Para el caso de degradacion por sustancias qui micas, e l efecto que tienen estas sobre el material puede ser mas decisive a la hora del diseiio, es el caso de rellenos sanitarios (ve r Tabla 15.6). donde se debe evaluar e l tipo de lixiviado generado por e l tipo de desechos que conforman e l relleno. Este es e l unico caso en e l cual un factor quimico pueda amenazar la integridad del sistema. Tabla 15.6 Fa ctor de reducci6n par degradaci6n quimica y biol6gica a largo plaza

FRoo.

Tipo de Lixiviado Ligero

1.1

Moderado

1.3

Agresivo

15

15.3.4 Calcu lo de la masa unitaria del geotextil de protecci6n 1. Estimar la presi6n admisible, en funcion de la masa unitaria del geotextil. M, utilizando la Ecuacion (15.2), y aplicando los factores de modificacion y reduccion, segun ap liquen. Teniendo en cuenta 10 siguiente: H de Piedras Aisladas

=

Altura real de Protuberancia

H de Piedras Compactadas

=

Mitad del Tamano Maximo de Piedras

2. Estimar la presion actuante sobre la geomembrana, aplicando la sigu iente ecuacion: p~

402)

h 'y

(15.4)


Donde: y

Peso Unitario del material de relleno 0 liquido (kN/m1j

h

Altura de Diseiio del material de relleno

p~

Presion actuante sobre la geomembrana (kPal

3. Los parametros de la ecuacion (15.2) pueden ser asumidos

0

0

profundidad delliquido 0 solido (m)

especificados segun las consideradones particulares

de obra. EI peso unitario tipico de residuos solidos puede estimarse como 12.56 kN/ml, en caso que no se tengan datos especificos del proyecto. De la misma manera el peso unitario de la mayoria de los liquidos puede ser aproximado a l peso unitario del agua, es decir, 9.81 kN / m1. 4. Calcular la masa por unidad de area requerida, para el geotextil de proteccion, teniendo en cuenta la ecuaciOn (15.2) y la Tabla 15. 1. 5. Verificar que se cumpla la condicion presentada en la ecuadon (15.3) para verificar el aporte del geotextil de protecdon. 6. 5eleccione e l geotextil de proteccion apropiado, seleccione un geotextil no tejido punzonado por agujas, teniendo en cuenta e l valo r de masa unitaria (M) mayor 0 igual al calcu lado en e l paso anterior. 7. Debe anotarse que e l metodo presentado se basa en la aplicacion de geotextiles no tejidos punzonados por agujas, hechos de polimeros virgenes; esta teoria no aplica a otro tipo de geotextil

0

material de proteccion.

'5.4 EJEMPLO DE DI5ENO Para la construccion de un relleno sanitario, se tiene una superficie que tiene rocas a isladas en la subrasante, sobre la cua l se va a colocar una geomembrana de HDPE de 1.5 mm de espesor. Determinar la masa unitaria del geotextil requerido, asumiendo una altura de protuberancia de 25 mm. La maxima altura del relleno es de 10 m, con un peso unitario de 12.5 kN/ml. Solucion: Usando las tablas de los factores de modificacion y factores de reduccion, y asumiendo que la altura efectiva de protuberancia es la real (por ser aislada), se deberan aplicar los sigu ientes datos: Altura Efectiva de Protuberancia: H

25mm

Factores de Modificacion: FM,

0.5

FM~

1.0

0.5


403)

~ Tabla de contenido Factores de Reduccion:

'R.

Es funcion del g ramaje, M

'Roo.

1.30

Factor de Seguridad Globa l: Se debe determinar e l peso unitario del geotextil de proteccion, capaz de proveer un factor de seguridad de S.O, segun la Tabla 15.1 en e l cual se asume una cond icion de piedras a isladas con una a ltura de protuberancia efectiva de 25 mm. La Presion admisible sobre la geomembrana puede ser calcu lada as i:

p-

FS x PJQq

p-

5.0 x 12.5 kN/ ml x 10 m = 625 kPa

Este valor es expresado en terminos de la masa unitaria desconocida de l geotextil y del

F~,

como sigue:

De donde se puede deducir que: M

PodmX Hl (FMsx

F~

x FM.J

( F~

x FRIlQIi)

450 M

625 kPa x (25mm), x (0.5 x 1.0 x 0.5) (FR fl x 1.3) / 450

M

282.2 X FRR.

AI revisar la Tabla 15.5 para e l factor de reduccion por fluen cia a largo plazo observamos que para a lturas de protuberancias de 25 mm e l factor recomendado es de 1.5: M

282.2 x 1.5

M

423 glml

Finalmente, se debe seleccionar el geotextil con base a la masa unitaria calcu lada y comparada con las especificaciones dadas por el fabricante. Bajo las anteriores condiciones, se recomienda emplear Geotextil no tejido punzonado por agujas NTlOOO con las siguientes propiedades meciinicas. Resistencia a la tension GRAB (A5TM D 4632):

1720 N

Resistencia a l Punzonamiento (A5TM D 4833):

910 N

Resistencia a l estallido (A5TM D3786):

4830 kPa

BIBLIOGRAFIA KOERNER, R., Designing with Geosynt hetics, Prentice Ha ll,S ED., 2005. NAREJO, D., KOERNER, R., WILSON-FAHMY, Puncture Protection Of Geomembranes - Parts I, II and III, GRI, 1996.

404)

MANUAL V SOFl WARf DE DISENO

Geosoft® PAveD

CAPfTULO

GEOMEMBRANAS

Volvo, .1 indice

~

406)

Tabla de cOfllenido


'6.'

INTRODUCCI6N

EI crecimiento e n la conciencia ambie ntal, asi como el desarrollo de nuevas tecnologias es daramente una facilidad en el control de agentes contaminantes, no solo en el manejo de basuras, sino tambien en el manejo de residuos producidos por las grandes industrias. Es asi como las geomembranas ayudan al desarro llo ambie ntal y a la proteccio n del ecosistema. Las geomembranas representan el segundo grupo mas impo rtante de geosinte ticos en ve ntas detras de los geotextiles, sin e mbargo, en volume nes de dine ro son las geomembranas las que ocupan el prime r lugar. Su crecimie nto ha side estimulado por regulacio nes gubernamentales, las cuales hasta el mo mento apenas se esta n desarrollando en nuestro pais. Las geomembranas son hojas delgadas de materiales polimericos utilizados principa lmente como recubrimie ntos y cubiertas de almacenamie nto de materiales solidos y liqu idos. Las geomembranas han side empleadas en proyectos tales como cubiertas fl otantes, relle nos sanitarios, lagunas de oxidacio n, reservo rios, pondajes, recubrimie ntos expuestos a la luz solar e n taludes, impermeabilizacio n de supe rficies, etc. Su durabilidad es estimada de acuerdo a la vida ut il que sea especificada por el fabri ca nte, comunmente para geomembranas HDPE (Polietileno de alta densidad) su vida util se considera alrededor de 30 alios. Otros tipos de geomembranas que de ig ual mane ra son genera lmente usadas poseen una meno r vida util expuestas a la luz solar y por 10 tanto deben ser cubie rtas con suelo 0 con mate rial de sacrificio, como puede ser un geotextil reemplaza ble. Finalme nte, para detenernos e n la durabilidad y la vida de servicio de las geomembranas, te ne mos que remitirnos a la experiencia, donde hace 15 alios los conceptos o riginales decian que los geosinteticos e ran fa ciles de instalar pero no durarian la rgo tiempo. Los pensamientos actuales han ca mbiado drasticame nte y se tie nen experie ncias reales sobre la larga vida y servicio de los geosinte ticos, eso si con gran preocupacio n acerca de la correcta seleccio n e instalacio n de los mi smos. Claramente los geosinteticos deben sobrevivir los procesos de instalacio n si se pretende cum plan con su periodo de servicio. EI uso de las geomembranas e n el d iselio de barreras impermeables es una alte rnativa valida y en muchos casos se utiliza como comple mento a las alte rnativas tradicio nales. EI empleo de este geosintetico presenta las sigu ientes ca racteristicas: Son materiales homogeneos, de propiedades completamente cuantificables. Bajo una adecuada instalacio n, sus pro piedades no sufre n modificaciones durante el proceso constructi vo. Son una alte rnati va mas economica sobre todo en proyectos donde el tie mpo de construccio n es un fa ctor importante del costo. Minimizan el impacto ambie ntal en las obras y permiten un mejor ap rovechamiento de los volumenes disponibles.

, 6.2 METODOLOGiA DE DISENO La me todologfa que se presenta a continuacio n permite seleccio nar la geomembrana mas adecuada para ser instalada como barrera impermeable, garantizando la proteccio n del ecosistema e n cada una de sus aplicacio nes, como pueden ser en reservorios de agua, e n rellenos sanitarios, e n recoleccion de lodos gene rados de los procesos industriales, en lagunas de oxidacio n, e tc. EI diselio por fun cion consiste e n evaluar la principal aplicacio n para la cual se utiliza la geomembrana y calcular el valo r req uerido para esa propiedad en particular. En el caso del diseno para la geomembrana, se comparan las

CAPtruLO 16: GEOMEMBRANAS

407)

resistencias de l material con e l valo r requerido e n e l d iseri o para una misma propiedad, o bte niendo un facto r de seg uridad glo bal

F~.

Resisten cia Adm isible Res iste ncia Requerida

Donde: Resistencia ultima de l ensayo de laborato ri o que simula las condicio nes rea les del

Resistencia adm isible:

p royecto sa bre los fa ctores de red uccio n.

Valo r o btenido de l ciilculo mediante una metod o log fa de d iseiio que simula las

Resistencia req uerida:

condicio nes reales de l proyecto.

, 6.2.1 Diserio del espesor EI espesor necesari o de una geomembrana depend e rii del polimero con que este fabri cada la misma, debido a los

compo rtamie ntos tan d istintos a la fluencia de cada uno de los materiales. Para el ciilcul o del espesor se reali za un eq uilibrio limite te nie nd o en cuenta la posible defo rma cio n en la geomembrana como se muestra a continuacio n:

•

•

Teos ~

tttttttttttttt Tsen ~

I~

x

Figura 16.1 Modelo de diseno utilizado para calcular el espesor de la geomembrana.

a T cos~

T cos

T

=

~ = On tan

Fu.. + Fla + Fu

6u (xl + On tan t'h(x) + 0.5 (2T sin W xl (x) tan 0.. On X

cos

(tan Ou + tan oJ ~

- sin ~ tan Ol

La te nsio n inducida e n la geomembrana es igual al esfu e rzo adm isible po r e l espesor.

T

408)

Oodm

t

( 16.1)


Donde:

T

Tension movilizadora en la geomembrana Esfuerzo admisible en la geomembrana Espesor de la geomembrana

Entonces reemplazando estos valo res en la ecuacion 16.1 se tiene que:

On X O ldm

(tan flu + tan ClJ

(cos ~ - sin

~

(16.2)

tan ClJ

Donde: Angulo que forma e l movimiento de la geomembrana a tension con la horizontal Fuerza de friccion sobre la geomembrana debido al suelo de cubierta (para suelos

F~

de cubierta demasiado delgados, la fracturacion de este puede ocurrir por tension, en estos casos este va lor suele ser despreciable) Fuerza de friccion debajo de la geomembrana debido a l suelo de cubierta Fuerza de friccion debajo de la geomembrana a l componente ve rtical de T admisible On

Esfuerzo ap licado por e l material de relleno

flu

Angulo de friccion entre la geomembrana y e l material superio r (ASTM D 532 1)

CIt.

Angulo de friccion entre la geomembrana y e l material inferior (A5TM D 532 1)

X

Distancia de mo vilizacion de la defo rmacion de la geomembrana

Tabla 16.1 Angulos de fricci6n geomembrana - suelo y geomembrana - geotextil segun ensayo A5TM D 5321

HDPE

Tipo de geotextil No tejido punzonado

$ = 30°

$ = 28°

$ = 26°

Texturizada

32"

30° (1 00%)

26° (92%)

22° (83%)

lao (56%)

18°(61 %)

17" (63%)

Tipo de geomembrana

'"

Lisa

Tipo de suelo - arena

Tabla 16.2 Distancia de movilizaci6n de la deformaci6n de la geomembrana HDPE vs. espesor Espesor de geomembrana HDPE

Distancia de movilizacion

(mm)

(mm)

0.75

30

1.50

50


409)

~ Tabla de contenido , 6.2.2 Estabilidad de la cobertura del relleno Las geomembranas por 10 genera l deben ser recubiertas, con 10 cual se busca proteccion ad iciona l contra la oxidacion, proteccion contra la degradacion ultra-violeta, proteccion contra las altas temperaturas que incrementan la alta degradacion, proteccion contra el punzonamiento y el rasgado por materiales angulares, proteccion ante posibles daiios accidentales

0

intencionales. Se suelen cubrir con espesores pequeiios de suelo, que general mente

tienen la tendencia a deslizarse sobre los taludes, moti ve por el cual este chequeo se basa en las condiciones de equilibrio limite entre el subsuelo, la geomembrana y el suelo de recubrimiento asumiendo que estos tienen un espesor uniforme.

w

~GeOmembrana

tan ~\ ,,'' ..... N Figura 16.2 Fuerzas actuantes con suelos de cobertura sobre la geomembrana de recubrimiento, con profundidad del suelo constante. Para realizar el calcu lo de la estabilidad de la cobertura se chequea un F.5. por equ ilibrio limite. FS

Fuerzas Resistentes Fuerzas Actuantes

FS

N tan bu (Ll +Tadm Ws in~

FS

(Ll

(W cos pl tan Ou (Ll + To.. Ws in~

(Ll

(16.31

Donde:

w

Peso del material de relleno Angulo de inclinacion del talud con la horizontal Angulo de friccion entre la geomembrana y el material superio r

L

Longitud de la inclinacion 0_ • t, Fuerza de tension en la geomembrana

Se obtienen diferentes factores de seguridad para diferentes longitudes de inclinacion y se escoge la longitud con la cual se obtenga un FS minima de 1 para garantizar que no habra deslizamiento de la capa de suelo.

410)


16.2.3 Disefio de la longitud y zanja de anclaje Para este chequeo, se tiene en cuenta un estado de esfuerzos dentro de la zanja de anclaje y su mecanismo de resistencia. En la profundidad de la zanja de anclaje se tienen fuerzas latera les actuando sobre la geomembrana, mas especiticamente una presion activa de tierras tendiendo a desestabilizar el sistema y una presion pasiva de tierra que 10 tiende a soportar.

Lw

I~

~

Teos r3

~.7 ~," /

~ Tsen

Fu

GEOMEMBRANA

~

On Kp

,,

• • • •

(On + YAT dAT) Kp

On Ka

~

d" ~ ~

(On + YATdAT)KA

Figura 16.3 Secci6n transversal de la longitud de desarrollo de una geomembrana con zanja de anctajey fuerzas actuantes.

I:Fx = O

TIdm cos ~ =

-

T

~

On

On

tan

au (LID) +

On

tan t'h(Loo) + 0.5 (2TIdm sin ~I LRO) (L RO ) tan 0.. - PA + Pp

LRO (tan Clu + tan t'iJ - PA + Pp

(16.4)

cos~ - sin~tan &


411 )

~ Tabla de contenido Donde: L~

Lo ngitud de desarro llo

P,

Presio n activa de tierras contra el material de relle no de la zanja de anclaje

P,

Presio n pasiva de tierras contra el suelo in-situ de la zanja de anclaje

y"

Peso Especifico del suelo de la zanja de anclaje

d"

Profundidad de la zanja de anclaje

0.

Esfuerzo no rmal aplicado po r el suelo de cobertura

K,

Coeficie nte de presio n de tierra activa

K,

Coeficiente de presio n de tierra pasiva = tanl (45 + $/2)

•

Angulo de fri ccion del suelo respecti ve

=

tan 1 (45 - $/2) =

1/ KA

Entonces resolviendo para la ecuacio n (16.4) se tendrian dos incognitas, moti ve por el cual es necesario asumir una de las dos va riables y calcular la otra en un proceso iterative, hasta que se encuentre un dato consiste nte constructiva me nte viable tanto para la lo ngitud de desarrollo (Loo) como para la profundidad de la za nja de anclaje (d AT) . 16.2.4 Chequeo par s upe rvivencia Despues de haberescogido la geomembrana aplica ndo la me todolog ia de diseiio, se debe considerar ad icionalmente procesos de transporte, manejo e instalacio n, los cuales estan fuera del alcance del diseiiador. Unicamente mediante especificaciones estrictas y un aseguramie nto de la calidad e n la construccion, la geomembrana puede sobrevivir la instalacion y cumplir adecuadamente con la fun cion para la cual fue especificada e instalada. Mientras una geomembrana es transportada, manipulada e instalada, puede ser vulne rable al rasgado, punzo namie nto e impacto. Estos eventos pueden ocurrir accidenta lmente, por va ndali smo

0

por la falta de cuidado

en el trabajo de instalacion. Situacio nes como: caida de he rramientas sobre el material, transite de personas sin un ca lzado adecuado, automoviles

0

camio nes sobre la geomembrana sin material de proteccion, fuertes vie ntos, entre

otros, son situacio nes ·comunes· durante el proceso de instalacio n. En la tabla 16.3 se relacio nan algunas propiedades mecanicas de la geomembrana, resistencia a la tension, susceptibilidad al rasgado, punzo namie nto y daiio por impacto. EI espesor es una propiedad fisica relacio nada con el compo rtamiento mecanico, donde el incremento presentado puede ser e n algunos casos lineal

0

exponencia l.

Por esta ra zo n, agencias internacio nales como EPA requiere n un espesor minima bajo cualquier circunstancia. Sin e mbargo mas alia de un simple valo r para todas las condicio nes, el espesor minima y sus propiedades subsecuentes deben estar relacio nadas con las condicio nes especificas del sitio. La Tabla 16.3 nos muestra valo res a cuatro grados dife rentes de supe rvivencia.

412)


Tabla 16.3 Va lores minimos recomendados para supervivencia de la geomembrana asociada al proceso de in stalac i6n Grado requerido de supervivencia

Propiedad fisica y metodo de laboratorio

Bajo'

Medio l

Altol

Muyalto·

Espesor (05199), mils (mm)

20 (0.50)

30 (0.75)

40 (1.0)

60 (1.5)

Tensi6n (06693), Lb/ pulg (KN/m)

46(8.0)

69 (12)

91 (16)

137(24)

Rasgado (01 004), Lb (N) Punzonamiento (04833), Lb (N)

15(67)

22.7 (101)

30.3 (135)

45.6 (203)

36 (160)

60 (268)

80 (357)

120 (536)

10

12

15

20

Impacto (03998 mod), J

Fuente: o...igning With Geo.ynthetic. Su. Edkion. RoNrt Koerner. - Adaptada a

materi~le. di5pOnibie.

en eI men:ado.

, Bajo: ... refierea unll cuidadosa innaliKi6n a mano oobre un terrene bien gradado y uniforme con ClIrg~ .I"""" de nll1uraleza e.t~tica. Tipico. u.adoo como barrera. de vapor bajo t = de piso. , Medio: ... refiere a una in.uliKien "",nUIII 0 con maquinaria sobre un terreno gradado con maquina. ia de una pobre textura con urga. mediana •. gene.almente u.adoo po.a canale •. • Alto: .e refiere a una in
, 6.3 EJEMPLO DE DISENO 5e re quiere d iseiiar una geomembrana texturizada HOPE que se va a instalar en un siste ma en un re lleno sa nitario de H=7m y con un peso especifi co de 12.5 kN/ m l . EI area de l pondaje esta confo rmado po r unos taludes con pendie nte 1H:1V. En la parte inferio r se ha colocado un geotextil no tejido punzo nado por ag ujas para proteger la geomembrana de los posibles daiios durante la construcci6 n. 5e ha decido utilizar arena como suelo de cobertura en un espesor de 30 cm y como relle no para la za njas de anclaje; esta arena tiene un a ngulo de fri cci6 n interna de 3()<> y un peso especifico de 18 kN/ml. 50luci6 n: 16.3.1 Diseiio d e l espesor On X

(tan liv + tan oJ

0_ (cos

~

- sin

~

tan btl

Oonde: 45°

7m * 12.5 kN/m l = 87.5 kN/ m l 30° porque e n este caso la geo me mbrana es texturizada en conjunto con la arena 32 0 por ser un geotextil no tejido punzo nado por agujas y una geomembrana texturi zada.

,

50 mm (distancia mas desfavorable para movilizaci6 n de la geomembrana de 1.50 mm segun Tabla 16.2). 15000 kPa, Mayor esfuerzo soportado por las geomembranas HOPE segun Oesigning with Geosynthetic Cap 5, 5 Ed.

CAPtruLO 16: GEOMEMBRANA5

413)

~ Tabla de contenido Reemplaza ndo e n los valo res de la ecuacion o bte ne mos: 87.5 (0.05) (tan (30) + tan (32)) 15.000 (cos (45) - sin (45) tan (32))

5.26 3978.86 1.32 X 10-1 m = 1.32 mm Entonces:

F.S. =

t instalado

F.5. =

t req uerido

1.50 mm

F.5. =

1.13 > 1.0 (O.K.)

1.32 mm

16.3.2 Estabilidad de la cobertura del re lleno F.S.

(W cos ~ ) tan

au (L) +Tadm

Wsin ~(L)

Donde: W

(18"0.50"1) = 9 kN/m

~

45°

'"

30° porque en este caso la geomembrana es texturizada en conjunto con la arena

L

Lo ngitud de inclinacio n

T_

0_ t = 15000 (0.00 15)

Reemplazando e n la ecuacio n te nemos:

F.S.

(9 cos (45)) tan (30) (L) + (15,000)(0.00 15) 9 sin (45) (L)

F.S.

3.67L + 22.5 6.36 L

As umie ndo dife rentes valo res para la lo ngitud de inclinacion se obtiene n difere ntes resultados e n el FS.

414)

Tabla de contenido

Longitud de inclinaci6n

FS

4.0

1.46

6.0

1.1 7

8.0

1.02

10.0

0.93

20.0

0.75

30.0

0.69

~

Po r 10 tanto, la lo ngitud d e inclinaci6 n max ima deberii se r de 8.0 m co n e l fin de o btener un fa cto r d e seg uridad adecuado.

1633 Di sefio de la longitud y zanja de andaje

T••

On

LRO (tan au + tan oJ - PA+ Pp cos 13 - sin 13 tan oL

p. P, Donde:

y.

18 kN/m 1

0.

(18 kN/ m 1) (0.30 m) = 5.4 kN /m1

•

Angu lo de fric ci6n d e la arena = 30° tan l (45 -
tan 1 (45 - 30/2)

0.333

'" '" '" "

30° po rque en este caso la geomembrana es texturi zada en co njunto con la arena

~

45"

T••

Oidm

tanl (45

=

+ $/2) =

tan l (45

=

+ 30/2) =

3

32<' por ser un geotext~ no tejido punzonado por agujas y una 9eomembra texturizada.

t = 15,000 (0.00 15)

Reemplazando e n la ec ua ci6 n te ne m os: (5.4)(LIIl )(tan (30) + tan (32)) - ((0.5)(18)d Ar + 5.4)(0.33)dAr) + ((0.5)( 18)d,Q" +5.4)(3)d.o;r) (cos (45)) - (s in (45)) (tan (32))

22.5

6.49 (LRO) - 2.97 d Ar 1 - 1.78 dAr + 27 dAr 1 + 16.2 d Ar 0.2653

5.97

6.49 (LItO) + 24.03 dAr 1 + 14.42 dAr

CAPtruLO 16: GEOMEM8RANAS

415)

~ Tabla de contenido Entonces nos queda finalmente una ecuacion con dos incognitas, a saber: L~

Longitud de desarro llo Profundidad de la zanja de anclaje

5e asume una de las dos incognitas y se encuentra la otra. Asumiendo LAO

=

0.3 m, se reemplaza en la ecuacion

quedando una cuad ratica de la sigu iente forma: 24.03 d AT 1 + 14.42 d AT - 4.02

=

0

Resolviendo para d AT = 0.21 m 5e recomienda que d AT sea

~

0.3 m por razones constructivas.

Por 10 tanto d,o.:r = 0.3 m

16.3.4 Chequeo par s upe rvivencia 5e revisa la Tabla 16.3 y se observa que para el caso de manejo de basuras se requiere tener en cuenta la condicion mas critica, la cual exige como minima una geomembrana de 1.5 mm, moti ve por el cual nuestra geomembrana HOPE 60 mils (1.5 mm) cum pie con todos los para metros requeridos (espesor, resistencia a la tension, rasgado, punzonamiento e impacto). Geomembrana HDPE 1.5mils

Zonjo Coronocion

l oo =0.3m

Geotextil No Tejido

Figura 16.5 Dimensionamiento longitud desarrollo y Zanja de anclaje.

BIBLIOGRAFIA KOERNER R.M., Design ing with Geosynthetics, 5 ED., U.s.A., 2005. Primer 5imposio 5uramericano de Geosinteticos, Geosinteticos 1999.

416)

MANUAL Y SOFTWAAI DE DISE .... ..,

Geosoft® PAVeo

CAPITULO

CONTROL DE EROSION EN TALU DES, CANALES Y MARGENES DE

RIOS CON GEOSINTETICOS

Volver al indice

~

418)

Tabla de cOfllenido


17. 1 INTRODUCCI6N Millones de dolares son inve rtidos todos los arios en el mundo para la reconstruccion de taludes, cana les y miirgenes de rlOS, que han side seriamente erosionados por lIuvia, aire y corrientes de agua. EI impacto de este dario es devastador para la capa vegetal, para los recursos hidricos y para la vida salvaje. La agencia de proteccion ambiental de los Estados Unidos (EPA), establece un control severo sobre las regulaciones que tienen que ver con control de erosion y el sedimento de suelo, que afecta el 97.5% de todas las actividades de construccion. EI Instituto Nacional de Vias (tNvtAS) a finales del ario 2007 autorizo la actualizacion de sus especificaciones

t~knicas

de construccion donde se incorpora un capitulo (800) de Control de erosion y su manejo en taludes. Tambien la direccion del Medio Ambiente del INVIAS, lanza a principios del ario la Guia de Manejo Ambiental (PAGA) con el fin de abordar de una manera adecuada los asuntos ambientales y los pasivos ambientales existentes en la zona. En Latinoamerica, el Grupo Mexichem, basado en su politica ambiental y respeto por la proteccion del medio ambiente, ha puesto todo su interes en la aplicacion de Geosinteticos y Biotecnologia para control de erosiOn, con el fin de disminuir el desprendimiento, transporte y deposito de suelo 0 roca.

17.2 GENERALI DADES (Que es erosion? La erosion comprende el desprendimiento, transporte y posterior deposito de materiales de suelo

0

roca por accion

de la fuerza de un fluido en movimiento. EI proceso erosive depende de varios factores, como: Intensidad, duracion y frecuencia de la lIuvia. Geometria del talud. Tipo de suelo. Exposicion del talud. Tipo de cobertura vegetal. A continuacion se presenta la piramide de control de erosion que tiene como pariimetros principales la velocidad y el esfuerzo cortante a los que puede estar sometido un talud, cana l 0 margen de rio.

CAPiTULO 17: CONTROL DE EROSION EN TALUDES, CANALES Y MARGENES DE Rlos CON GEOSINTt:nCOS

419)


Velc 6",dl.6 mJ, ,,,,

V".,..f.od,-,

1." mJ""J

b lc",ocortonto9<\ Nlm2

UM1Tt [)[v[GETACiON NA.T U R ~l

Figura 17.1 Piramide de erosion y soluciones con Geosinteticos.

lQue es Biotecnologia? Refiere a las tecnicas donde la vegetacion combinada con estructuras inertes de ingenierfa como los muros en suelo reforzado, mantos de control de e rosion, geoestructuras se combinan con los efectos beneficos de la vegetacion. Ambos elementos biologicos y meciinicos deben funcionar juntos en forma integrada y complementaria, con el fin de evitar el desprendimiento, transporte y depositacion del suelo. Para el aniilisis de los elementos estructurales se utilizan los principios de la estiitica, la hidriiulica y la meciinica, y para la vegetacion se deben tener en cuenta los principios de la ciencia de las plantas y la horticultura. EI sistema biotecnico requiere la integracion de todas las tecnologfas. l(uiil es el papel de la vegetacion? EI papel desempeiiado por la vegetacion para la proteccion del suelo contra la erosion es fundamental. La vegetacion influencia particularmente el intercambio del agua entre el suelo y la atmosfera, la consolidacion y el refuerzo de la capa superficial del suelo, asf como la proteccion del suelo contra el impacto de las gotas de agua. Par otra parte, la vegetacion reduce la velocidad del agua de escorrentfa, por 10 tanto, disminuye su capacidad de transporte de solidos. Un sistema de control de erosion alcanza su miixima eficiencia cuando la vegetacion esta establecida.

420)


17.3 MANTOS PARA CONTROL DE EROSION Son esterillas f1exibles, compuestas por fibras

0

por una matriz tridimensional, que garantizan la proteccion del

suelo, el refuerzo y el buen establecimiento de la vegetacion. Para definir el tipo de manto a utilizar, es muy importante analizar las sigu ientes caracteristicas: ( lima, Precipitacion, Geometria del talud (Longitud, altura y pendiente) y tipo de suelo (Caracteri zacion geotecnica, contenido quimico, biologico, acidez del suelo). MANTOS TEMPORALES Este tipo de mantos se utilizan para aplicaciones donde la vegetacion natural (por si sola), provee suficiente proteccion contra la erosion. Su durabilidad biodegradacion

0

0

longevidad funcional , comprende entre 1 a 48 meses, la cual se refleja en la

foto -degradacion del manto.

AI final de la vida util del manto se espera que la vegetacion se encuentre totalmente establecida y pueda resistir por si sola los eventos hidrologicos y climiiticos que generan erosion en el suelo. Ventajas y Beneficios Biodegradacion 0 foto-degradacion (Una vez degradado el manto se integra al suelo). Limitan la erosion del suelo. Conservan la humedad del suelo que ayuda a promover la germinacion de la semilla. Protegen las semilias y las plantas, permitiendo un mejor establecimiento de la vegetacion. MANTOS PERMANENTES Son mantos conformados por fibras 100% estabilizadas de polipropileno, colocadas dentro de dos mallas biorientadas estabilizadas contra rayos UV y resistentes a los quimicos que habitan en el medio ambiente natural del suelo. Este tipo de mantos se instalan donde la vegetacion natural, por si sola, no es suficiente para resistir las condiciones de f1ujo y no provee la proteccion suficiente para la erosion a largo plazo. Los mantos que se emplean para estos casos tienen las propiedades necesarias (Meciinicas, Hidriiulicas y de desemperio) para reforzar la vegetacion y proteger el suelo, bajo las condiciones naturales del sitio. Su durabilidad

0

longevidad funcional va desde los 48 meses

hasta los SO arios, aproximadamente. EI uso de Mantos en la proteccion de taludes y en cana les genera una proteccion a corto plazo y un refuerzo de la vegetacion a largo plazo. Son una alternativa economica cuando se comparan con otras soluciones, como por ejemplo, el concreto lanzado.


421 )


Figura 17.2. Estructura de la Matriz Manto TRM SOO.

Figura 17.3. Protecci6n de Taludes - Biotecnologfa.

17.3.1 Metodologia de diseno 17.3.1.1. Protecci6n de taludes Para estimar la tasa anual de erosi6n para un talud desprotegido se emplea la ecuaci6n universal de perdida de suelo revisada (RU5LE). Dicha tasa es com parada con la de un talud protegido por un Producto enrollado para contro l de e rosi6n (PECE). Para e l computo de la perdida de suelo mediante la ecuaci6n USDA RUSLE que es un modele diseiiado para predecir la perdida de suelo anual (A) sufrida en un talud, bajo condiciones de geometrfa (pend iente y a ltura), regimen de lIu vias. tipo y usos del suelo.

422)

Tabla de contenido

~

La ecuacion RUSLE puede e scribirse en su forma mas fundamental como: A

Rx KxLxS xC xP

En d o nde: A: Pe rdida calculada de l sue lo, corresponde al valo r calculado d e la de la perdida d e suelo por unidad d e area, expresada en las unidades seleccio nadas para K y para un pe ri od o determinado po r R. Para e fectos practicos es usual me nte empleado en [kg/Ano). R: Facto r de Erosividad - Precipitacion - Escorre ntia, Este valo r numerico pre tende cuantiticar el efecto d e la ca ida del a gua y dar un indice de la climatolo gia d e la zona. Esta dad o en unidades d e ene rgia/ unidad de area/ mm/h R [kJ/ ml/mmlhJ K: Factor d e e rodabilidad del sue lo, tie ne e n cue nta la susceptibilidad d e un determinado tipo de sue lo a ser mas

0

me nos erosio nable. Este fa cto r e s la tasa de perdida d e suelo po r unidad de indice d e e rosio n, me dido e n un talud estandarizado d e 22.1 m de lo ngitud y una pe ndie nte unifo rme de l g%. Tab[a 17. 1. Erosionabilidad de algunos tipos de sue[os.

Simbo lo

GW

GP SW

Descripci6 n del suelo Gravas bie n gra dad as, mezclas d e grava y d e a rena, con pocos fin os 0 sin fin ~s .

Erosio nabilidad Me nos erosio nables

Gravas ma l g rada das, mezclas d e g rava y d e arena, con pocos fin os 0 sin fin ~s . Are nas bie n g radadas, a re nas con g rava s, con pocos fin os o sin fin ~s.

GM

Gravas limosas, mezclas de grava-are na- limo.

CH

Arcillas ino rga nicas muy plasticas. Arcillas grasas Arcillas ino rga nicas poco plasticas 0 d e plasticidad me dia na,

CL

a rcillas con grava, a rcillas a re nosas, arcillas limosas, a rcillas magras.

OL

Limos orga nicos y asc ilias limosa s o rg anicas poco plas ticas. Limos ino rga nicos, con mica 0 a re na fina d e diato meas 0

MH

sue los limosos.

SC

Are nas a rcillosas, mezclas d e a re na - arcilla.

SM

Are nas limosas, mezclas d e a re na - limo. Limos ino rga nicos y a re nas mu y fin as. Polvo d e roca, are nas

ML

finas limosas 0 a rcillosas, limos a rcillosos poco plasticos.

Mas e rosio na bles

Fuente: Gray. D. y Sotir, R(1 996). L: Fact or de lo ngitud, EI fa cto r de lo ng itud de l talud esta e n fun cion d e la constru ccio n de l talud, si se trata d e un corte (Ma yo r densidad) 0 si es un re lle no (Me nor densidad) (G. Foste r y o tros).


423)


t7~6~

L

. sine 00896

2~

Sin (e)1lI

l

J

+ 0 56

[ l+ (2.~)J

S: Factor de Pendiente 10.8· sin e + 0.03

6<9%

5

16.8· sin e - 0.50

6,9%

5

3.0· (sin e)U + 0.56

J... < 15 feet or 4.5 meters

5

('P: Factor de control de erosion Cobertura y Practicas de manejo, e l cual refleja e l estado de la superficie del terreno despues de las operaciones de maquinaria, rastrillado, escarificado

0

apisonado entre otras, relacionadas con la

intervencion de taludes. Tabla 17.2. Valores del factor de control de e rosion (.P.

Estado superficial Suelo desnudo compactado Escarificado superficial reciente sobre suelo desnudo Suelo desnudo despues de una lIuvia Suelo desnudo Suelto

Factor (.p 1.2-1.3 1.0 0.89 0.8-0.9

Rastrillado

0.61

Siembra temporal de menos de 2 meses

0.4

Siembra temporal de miis de 2 meses

0.09

Siembra permanente de menos de 1 ano Siembra permanente de 1 ano

0.05 - 0.4 0.01

Fuente; Arranz, J.c. (1991) Para soluciona r la ecuacion RUSLE, se emplean programas para dicho fin como el EC DESIG. Una vez estimada la perdida calculada de suelo es posible compara rla y cuantificar e l mantenimiento que se debe hacer a cunetas cajas y pozos en general. Tambien es posible cuantifica r e l grado de erosion hidrica a la que puede estar expuesto un talud desprotegido, compariindose con cifras de referencia como las establecidas por FAO; PNUMA y UNESCO.

424)


Tabla 17.3. Clasificac i6n de FAO, PNUMA - UNESCO. perdidas de suelo (tlha alio)

Grado de erosion hrdrica

< 10

Ninguna 0 ligera

10-50

Moderada

SO - 200

Alta

> 200

Muyalta

17.3.1.2. Revestimiento de cana les Suposicion de flujo uniforme (las dimensiones del canal, profundidad del flujo y cauda l son considerados constantes a 10 largo de todo el canal). Los pariimetros hid riiulicos pueden ser determinados usando la ecuacion de Manning

Q

Donde: K:

1.486 para unidades inglesas y 1.0 para unidades metricas

Q:

Caudal, ftl/s 0 ml/s

A:

Area del flujo, ft l 0 m1

R:

Rad io Hidriiulico (A rea/Perimetro mojado), ft 0 m

5:

Pendiente de la linea de energia

n:

Coeficiente de rugosidad de Manning

0

del canal

Sin vegetaci6 n EI va lor por defecto del "n" de Manning para todos los materiales geosinteticos sin vegetacion es de 0.020, basado en la experiencia y en los resultados de laboratorio con ensayos a d iferentes TRMs, rellenos

0

lIenos de suelo. Este

valor se puede cambiar en otras situaciones como: cobertu ra vegeta l parcial, profundidades del fluj o y condiciones de no Ilene con suelo. Can vegetaci6n La resistencia del flujo varia con el tipo de vegetacion, velocidad y profundidad del flujo, por consigu iente, un mejor establecimiento de la vegetacion da como resultado una mayor resistencia al fluj o (mayor On"). Para geosinteticos revegetados, el"n" de Manning es determinado por la clase de vegetacion usada:


425)

~

Tabla

de contenido

Tabla 17.4. Clasificaci6n del grade de reta rde para varias clases de pastos.

u.s. SOIL CONSERVATION SERVICE Retardo A. Muyalto

B.Alto

C. Moderado

Cubierta

Condici6n

Hierba weeping love Bluestem ischaemum amarilla

Excelente germinaci6n alto (promedio 30 in.) Excelente germinaci6n alto (promedio 36 in.)

Kudzu Pasto bermuda Pasto nativa mezelada (pequena bluasten, grama azul y otras hierbaslargas y cortas de midwest)

Crecimiento muy dense y sin corte Buena germinaci6n alto (promedio 12 in.)

Pasto weeping love Maleza de uebol sericea Alfalfa

Buena germinaci6n sin cortar a m~quina Buena germinaci6n alto (promedio 24 in.)

Pasto weeping love Kudzu Gramaazul

Buena germinaci6n, sin corte Ipromedio 11 in.} Buena germinaci6n, cortada a m~uina (promedio 13 in.) Crecimiento denso, sin corte Buena germinaci6n, sin corte Ipromedio 13 in.)

Pasto crab Pasto bermuda Maleza de uebol comlin

5uficiente germinaci6n, si n corte 110a 4B in.) Buena germinaci6n, cortada a m~quina (promedio 6 in.) Buena germinaci6n sin corte (promedio 11 in.)

Buena germinaci6n, no boscoso alto Ipromedio 19 in.)

Mezcla -Iegumbre-~rano Ihierba de huerta, forraje, pasto italiano de centeno y maleza detn!bol comlin) Pasto chilopoda Pasto azul Kentucky

Buena germinaci6n sin corte (6 a 8 in.) Cubierta muy densa (promedio) Buena germinaci6n encabezada (6 a 12 in.) Buena germinaci6n cortado a 2.5 in. de altura Excelente germinaci6n sin corte (promedio 45 in.) Buena germinaci6n sin corte (3 a 6 in.)

Pasto bermuda Maleza de uebol comlin Pasto bUfalo Mezvla hierba-Iegunbre-otono, primavera Ipasto de huerta, forrajes, italiana de centeno y maleza de uebal comlin)

D.Bajo

Buen a germinaci6n sin corte (4 a 5 in.) Desputls de (ortar a 2 in. de altura, muy buena germinaci6n antes del corte Buena germinaci6n cortado a 15 in. de altura Rakes quemadas

Maleza de uebol sericea

E. Muybajo

Pasto bermuda Pasto bermuda

Los canales no pueden tolerar la inestabilidad de las bancas y la posible migraci6n lateral. Se han desarrollado dos metodos para determinar si el canal es estable: (1 ) la velocidad permisible y (2) la fuerza tractiva (esfuerzo cortante). Bajo la metodologfa de velocidad permisible (1) el canal se asume estable si la velocidad media es menor que la velocidad maxima permisible, en la metodologfa de fuerza tracti va (2) el esfuerzo cortante permisible es el maximo antes que cause erosion del fondo del canal. EI modele de proceso de erosion dado en un cana l abierto cuando se trabaja con el esfuerzo cortante permisible es el metodo mas recomendado para el diseno de canales. Cuando el agua fluye en un canal, se desarrolla una fuerza que actua en la direccion del fluj o sobre el lecho del ca nal. Esta fuerza es simplemente el halar del agua sobre el area con agua, es conocida como la fuerza tractiva. yRs"

Donde: y:

Esfuerzo cortante promedio, N/m 1 (Ib/fe) Peso unitario del agua, 9810 N/m1 (62.4 Ib/ftl)

R:

Radio Hidraulico, m (ft)

So:

Pendiente del fondo del canal 0 de la linea de energia, m/m (ft/ft)

TO:

426)


EI esfuerzo cortante maximo se presenta en el fondo del canal, Td. Para simplificar el proceso de diseiio, el maximo esfuerzo cortante en el fondo del cana l es tomado como:

,dSo Donde: T~

Esfuerzo cortante en el canal a la maxima profundidad, N/m l (lb/ftl)

d:

Maxima profundidad del flujo en el canal para el caudal de diseno, m (ft)

Figura 17.4. Esfuerzos sobre una secci6n de canal. La relaci6n entre el esfuerzo cortante permisible y la velocidad permisible para un canal revestido puede ser encontrada conside rando la ecuaci6n de continuidad: Q

VA

Donde: V: A:

Velocidad del flujo, m/s 6 ft/s Area del flujo, ml 6 ftl

Reemplazando tenemos,

V. Donde: V:

Velocidad permisible del flujo, m/s (ft/s)

Tp:

Esfuerzo cortante permisible, N/m1 (lblftlJ

K:

1.486 para unidades inglesas y 1.0 para unidades metricas

CAPiTULO 17: CONTROL DE EROSION EN TALUDES, CANALES YMARGENES DE Rlos CON GEOSINTt:nCOS

427)

~ Tabla de contenido CONCEPTOS BAslCOS

Parametros de Diseno Frecuencia del cauda l de diseno Geometria del canal Pendiente del canal Borde libre Frecuencia del cauda l de diseno Generalmente el caudal de diseno para cana les revestidos se disena para periodos de retorno de So l O anos, sin embargo, esto es gobernado por estandares loca les. Geometria del canal Usual mente los canales se disenan con secciones trapezoidales Pendiente del canal TRAPEZODAL

I

I

T

A=Bd+Zd 2

P = B+2d~ T=B+2dZ

Figura 17.5. Par.;Smetros Geometricos de una seccion trapezoidal. Borde libre La pendiente del canal es el parametro mas importante en la determinacion del esfuerzo cortante. Para un caudal de diseno dado, el esfuerzo cortante con una pendiente media

0

subcritica es mas pequeno que un canal con una

pendiente supercritica. Borde libre EI borde libre de un canal es la distancia vertical entre la superficie del agua y la parte superior del canal para la condicion de diseno. La importancia de este factor depende de la consecuencia de un sobreflujo sobre las bancas del cana l. Como minimo, debe serde O. l S m.

428)


PROCEDIMIENTO DE DISENO Canales rectos EI procedimiento biisico de diserio para revestimientos flexibl es de canales es muy sencillo. Los ciilculos incluyen la determinacion de la profundidad del fluj o uniforme en el canal, conocida como la profundidad normal y la determinacion del esfuerzo cortante en el fondo para esa profundidad. Si el esfu erzo cortante permisible es mayo r 0 igual que el esfuerzo cortante calculado, incluyendo la consideracion de un fa ctor de seguridad, el revestimiento es considerado aceptable. Este concepto es expresado como:

Donde: Tp:

Esfuerzo cortante permisible, N/m 1 (Iblftlj

F.5:

Factor de seg uridad (mayor 0 igual a 1)

"ld:

Esfuerzo cortante en el canal a la maxima profundid ad, N/m 1 (Iblftlj

EI proced imiento biisico de diseiio para un revestimiento fl exible consiste de los sigu ientes pasos y es resumido en la siguiente figura:

Detennine eI caudal, Q Selecclone Ia geometria y pendlente del canal

I Selecdone el TIpo de Revestimiento Utilice el "n" de Manning para el Revestimiento Seleccionado

I Cakule la profundidad d

I Calcule el esfuerzo cortante maximo, "td Determine el esfuerzo cortante permisible, "til Seleccione un Factor de Seguridad

I

I Es"tp > FS(td) I IRevestfmlento Aceptable I


429)

~ Tabla de contenido Tabla 17.4. Valores tipicos para el n de manning de distintos materiales.

Valo res de Manning Revestimie nto

Rigido

Tipo de revestimie nto

Maximo

Tfpico

Minimo

Concreto!

0.015

0.013

0.011

Riprap de mortero!

0.040

0.030

0.028

Ma mposteria en roca

0.042

0.032

0.030

Suelo ceme nta

0.025

0.022

0.020

0.018

0.016

0.016

0.025

0.020

0.016

Rocoso

0.045

0.035

0.025

Geotextil tejido

0.028

0.025

0.022

Ma ntos de control de e rosio n

0.045

0.035

0.028

Cesped reforzado por mantos

0.036

0.030

0.024

Asfalto Sin revestimie nto

RECP

Suelo no-rocoso descubierto

1

! Basado en los va lores de Ko uwe n y sus cola bo rado res (1980), Cox y sus cola bo rado res (1970), McWho rter y sus cola bo rado res (1968) YThibodea ux (1968). Valo res minimos medidos para la ru gosidad de las pa rticulas. Valo res maximos y minimos te niendo e n cue nta va rios g rados de ru gosidad

1

PROPIEDADES DE DESEMPENO En el apendice B de este manual se lista las especificacio nes tecnicas de los mantos de control de erosion TRMs. Alii se reportan las propiedades mas relevantes para el di seiio (Valo res admisibles) como: Esfuerzo cortante Velocidad admisible Facto r de cobe rtura n de Manning (En condicio n Vegetada y solo el manto)

17.4 GEOESTRUCTURAS Gra n parte de los proyectos que se ejecutan como mecanismos de control de e rosio n e inundacio nes en zo nas ribereiias 0 coste ras, no se ajustan a las no rmas y regulacio nes ambientales, conlle vando impactos desfavo rables sobre las condicio nes naturales de los suelos, y cuerpos hidricos. Las e ntidades gube rnamentales invierten anualmente millo nes de dolares e n o bras puntuales de contencio n, proteccion y desarrollo pluvial y maritimo; que requiere n una o rie ntacio n e nfocada a un desarrollo soste nible involucrando variables tecnicas, ambientales y sociales. Geosiste mas PAVCO incluye de ntro de su po rtafolio de productos, solucio nes a estos pro ble mas apoyado en la tecnologfa de los Geosinte ticos que ha evolucio nado durante los ultimos 30 alios. Gracias a sus caracte risticas mecanicas e hidraulicas, los Geotextiles se han utilizado para conte ne r materiales con dife rentes pro piedades, po r eje mplo bolsas con are nas, concre to, lodos y otros. En alios recientes ha tenido gran

430)


aceptacio n los di seiios de contenedo res fabri cados con Geotextiles de alta resiste ncia lIenos de mate riales dragados, entre otros. De esta aplicacion se ha desa rrollado con exito las Geoestructuras, que son tubos confeccio nados con Geotextiles de alto modulo, lIe nados con material de dragado. EI diiimetro y la longitud se determinan por los reque rimie ntos del proyecto y de acue rdo a un diseiio especifico. 17.4.1 Introd ucci6n DEFINI CI6N GEOESTRUCTURAS Las Geoestructuras son estructuras fl exibles en fo rma tubo hechas con geotextil tejido de alta resiste ncia. Su seccio n trasversa l tie ne fo rma ova l y el diiimetro y la longitud son determinadas de acuerdo a los reque rimie ntos del proyecto, como se observa e n la Fig ura 17.6. Son estructuras hechas con geotextiles de alta resiste ncia, especialme nte desarrolladas con propiedades unicas de filtra cio n y rete ncion: almacenan, confo rman, dre nan y consolidan materiales en su sene mediante el uso de dragas, barcos areneros

0

tolvas especialmente diseiiadas, la mezcla de lIe nado es conocida como ·Slurry", y corresponde a

un 80% de agua y un 20% de material arenoso fin o. De esta fo rma la tela debe ser diseiiada para re tener particu las de suelo de este tamaiio.

lASTRE

REllENO ARENA

MANTO~ ANTISOLA VAo6N

Figura 17.6. Vista Genera l Geoestructu ra

Estos pueden ser Ilenados "in situ'; 0 transportadas por camio n Ibarcaza a su luga r de destin ~. EI geotextil para la confo rmacio n de la geoestructura deberii estar en capacidad de: Presentar una permeabilidad suficiente para aliviar el exceso de presio n de agua. Retener el material de lIenado. Resistir las presio nes de lIenado. Resistir las fu e rzas de abrasio n durante las o pe racio nes de lIenado. Sobrevivir a los procesos de instalacio n. Resistencia al punzonamiento y al rasgado. Las Geoestructuras tie nen pue rtos de inyeccio n dependiendo de su lo ngitud y generalmente estiin alineados en la parte superio r de la Geoestructura. Los puertos son utilizados tanto para lIe nado y para ali viar los esfuerzos de te nsio n generados po r el exceso de agua. CAPiTULO 17: CONTROL DE EROSION EN TALUDES, CANALES Y MARGENES DE Rlos CON GEOSINTt:nCOS

431 )

~ Tabla de contenido , 7.4.2 Aplicaciones En los ultimos aiios las Geoestructuras han te nido gran aplicacio n en el diselio y construccio n de rellenos de confinamiento tipo Diques en donde el mate rial de lIenado no rmal me nte son suelos procedentes de material dragado. Existen numerosos ejemplos de proyectos que posible mente no habrian side rea liza bles sin el uso de estas estructuras, las cuales ofrecen ve ntajas t~k ni cas y economicas como son: simplicidad en construccion, be neficios economicos y reduccio n de los impactos ambientales, debido a que e n la mayo ria de los casos se puede utilizar los mate riales del sitio eliminando asi la explo tacio n de canteras y transporte de materiales. Las Geoestructuras se han utilizado con exito para: Proteccion de ri veras. Estructuras de encauce de rios. Aplicacio nes costera s Recuperacio n de playas. (espigones, rompeolas y escolleras) Islas Artificia les Construccion de diques y bermas bajo agua Almacenamiento de material contaminado. Control de socavacio n marina y vias flu viales , 7.43 Procedimie nto de diseiio EI d iselio de un siste ma de geoestructuras tiene dos compo ne ntes: Diselio de la Solucio n Hidriiulica Diselio Interne de la Geoestructura Diseiio de la soluci6n hidriiuli ca Ge neralme nte los proyectos de geoestructuras, se originan a partir de un diselio hidriiulico que indica el dimensionamiento de los elementos a incluir dentro del sistema a utilizar en el proyecto. EI diseiio hidriiulico deberii ser establecido por un ingeniero especia lista en hidriiulica, ajustiindose a las condiciones de la corrie nte y la aplicacio n definitiva del proyecto. Diseiio interne de la geoestructura Cuando se realiza eille nado de la geoestructura, se gene ran esfuerzos circunferenciales y axia les e n el recubrimiento de la geoestructura que deberiin ser ana lizados para determinar la competencia del geotextil en la aplicacion. Determinacion de esfuerzos inte rnos Una vez se ha establecido el dimensio namiento de la solucio n po r parte del especiali sta e n hidriiulica, bie n sea para un espolo n, dique de conte ncio n aillenado de la geoestructura:

432)

0

altura de la proteccion, se procede a verificar la capacidad interna de resistencia


C

Po

\

•

0

y

~

~

- - ->

H p(X)=Po + yx

• •

\ PO+yh

. I·

/

X b

J 1

.

B Figura 17.7. Esquema esfuerzos internos en la geoestructura

La geometria perimetral de la geoestructu ra, esta definida por una fundon desconocida F(x). En un punto de contacto cualquiera, el radio de curvatura se define como r, el cua l se define como: r(x)

T/ (p(x))

La fundon , puede ser expresada como una ecuacion diferencial en funcion de deri vadas multiples de la abcisa .y ~

A partir de los respectivos desg loses analiticos, es posible expresar el esfuerzo generado en el caparazon de la

geoestructura como:

Donde:

T

tension en el geotextil

L

circunferencia del tubo

pO

presion en la descarga de la bomba

y

densidad del mortero

b

Ancho en la base

B

Ancho en proyeccion

H

Altura de la geoestructura

Esta ecuacion, debe ser resuelta numericamente, su soludon produce las relaciones entre la geometria del tubo y(x), la tension circunferencial T, la presion de bombeo, el peso unitario del slurry y la altura del tubo h. Cuando se tienen condiciones semi sumerg idas

0

sumergidas para eillenado de la geoestructura, las condiciones de esfuerzos

en el geotextil resultan menos criticas, debido a que la presion hidrostatica reduce los esfuerzos circunferenciales y modifica las cond iciones geometricas del ova l.

CAPiTULO 17: CONTROL DE EROSION EN TALUDES, CANALES YMARGENES DE Rlos CON GEOSINTt:nCOS

433)

~ Tabla de contenido Usualmente, el esfuerzo circunferencial T, es mayor que el esfuerzo axial Taxial (Figura 17.8), por tanto, teniendo en cuenta que el geotextil usado en las geoestructu ras tiene una resistencia bidireccional muy similar, se ejecuta la eva luacion para el caso mas critico, es decir para el esfuerzo circunferencial T.

Figura 17.8 Esfuerzo circunferencial y axial en el geotextil. Para la solucion numerica de la ecuacion, es necesario utilizar metodos numericos avanzados, por 10 que resulta mas practico apoyarse en un software. Los esfuerzos maximos calcu lados deberan ser comparados con la resistencia a la tension maxima esperada en el geotextil. Resistencia del geotextil La resistencia maxima admisible del geotextil se determina como: lull F5

(10.2)

(F5 g * FRIO * FRfl* FRooeI

(10.3)

Donde:

T", FS,

Resistencia ultima del geotextil por el metodo de la tira ancha. (ASlM D 4595)1. Va lo res recomendados de 1.3 a 1.5 para cond iciones estaticas. EI ingenie ro disenador debe revisar y seleccionar el factor de seguridad mas apropiado de acuerdo a las caracterfsticas de cada proyecto, segun las caracterfsticas de los materiales y la aplicacion que se Ie de a este tipo de estructura.

FR. FR.

Factor de Reduccion por danos durante la insta lacion.

FR~

Factor de Reduccion por degradacion qufmica/biologica.

Factor de Reduccion por carga continua sobre el geotextil (fluencia).

'E. importante recordar que 105 valore. obtenid05del en ... yo de resistenda a la tensiOn par eI metoda Grab, oi ... pa.an a un ancho equivalente de 1.0 metro, o",an mayor ... a 105 obt.. nido. par ..1 metoda de la tira ane ..... , prindpalmente por el ef..ao de adelgazamiento que ouf... la mueo;Ua durante el e",lI)'O, hadendo que III ... Iadon de Poi.son exceda ..1vllior de 0.5. EI enoll)'O Gra b ... rep ...... ntlltivo para 100 va lor ... de producd6n y nunca refleja el compor1amiento ingeni",il delgeotextil como refuerzo.

434)


Los valores recomendados para los factores de reduccion se encuentran en la Tabla 3.1 y Tabla 3.2 del presente manual. Deberii cumplirse que:

T I FS

>

Donde T, es la resistencia circunferencial miixima obtenida a partir de la modelacion numerica. Chequeo retencion de particulas de suelo del geotextil Usualmente, e l geotextil ademiis de encapsular e l Slurry, debe actuar como filtro. Esto significa que debe permitir el paso de agua, mientras mantiene los solidos dentro de la estructura. La retencion de suelos es particularmente importante en e l caso de suelos contaminados

0

con alta presencia de material fino a ser contenidos por e l tubo,

0

cuando la geoestructura estii sujeta a fuerzas hidrodiniimicas asociadas con ambientes costeros, donde el criterio de filtracion presentado aqui deberii cumplirse estrictamente. Para determinar el comportamiento filtrante de cualquier geotextil. se debe revisar la propiedad de Tamaiio de Abertura Aparente, e l cual indica el tamaiio de particula miis grande que podria efectivamente atravesar e l geosintetico. EI Tamaiio de abertura aparente, corresponde a un dato suministrado por e l fabricante. Corresponde a la abertura de los espacios libres (en milimetros). Se obtiene tamizando unas esferas de vidrio de diiimetros conocidos, cuando el 5% de un tamaiio determinado de esferas pasa a traves del geotextil, se define el TAA. Ensayo ASTM 04751, INV E-907.

En el caso de las geoestructuras, e l geotextil deberii cumplir con un tamaiio miiximo de abertura aparente (TAA) como aparece en la Tabla 17.5: Tabla 17.5 TAA del geotextil en funci6n del tipo de s lurry Tipo de Slurry

Pasa Tamiz 200

TAA Geotextil (mm)

TAA Geotextil (Tamiz)

Arenoso

<50%

0.59

30

Material fino

> 50%

0.30

50

Consecuentemente, una vez se determine la granulometria del Slurry, el geotextil deberii cumplir con los valores miiximos de tamaiio de abertura aparente. pliisticas, material de relave

0

En casos de tamaiio de particulas demasiado pequeiios, como arcillas

en cond iciones de material contaminante a utilizar en e illenado de las geoestructuras,

se recomienda realizar experimentos de campo para simular el comportamiento del geotextil como material filtrante. Como alternativa, podrii utilizarse un Geotextil no tejido punzonado por agujas ad herido a la cara interna de la geoestructura cuando se requie ra realizar e illenado utilizando un material con alto contenido de fin~s. Consolidacion de la altura de la geoestructura Despues del bombeo, se genera un proceso de consolidacion del Slurry por la sa lida de agua a traves de los poros del geotextil; una vez dicho material se solidifica, la altura disminuye mientras e l ancho se incrementa muy poco. EI descenso de altura, puede ser muy importante, especial mente cuando el Slurry es bombeado. EI sigu iente procedimiento, indica una forma aproximada de determinar e l descenso de la altura de la geoestructura una vez se alcanza una determinada densidad del material de lIenado.


435)

~ Tabla de contenido Asumiendo que el Slurry solidificado esta totalmente satu rado (5=1 00%), y usando relaciones basicas volumen peso, se observa 10 siguiente:

G, (yw,..,lyw- 1)

y.

Donde, Contenido inicial y final de agua del material de lIenado Gravedad especifica de suelos Peso unitario del slurry solidificado Peso unitario del slurry Peso unitario del agua Asumiendo que se trata de una consolidacion unidimensional del material (la consolidacion lateral es despreciable comparati vamente con la vertical) y teniendo en cuenta la relacion de consolidacion (Ae/(1+eo))=Ahlho, la siguiente ecuacion es obten ida: G,(w,,-IDr)

1 + woG.

Donde Ah Yho son el descenso en altura de la geoestructu ra y la altura inicial del tubo respectivamente. Asumiendo una gravedad especifica para el material de lIenado de 2.70, se pueden obtener la consolidacion esperada en funcion de las densidades como aparece en la grafica 17.9 La experiencia indica (Leshchinsky, 1992) que cuando material de grano fino es bombeado, la geoestructura disminuira hasta en un 50% la altura dentro de un mes, al cabo del cual una persona podra caminar sobre esta, siendo necesarios futuros bombeos para alcanzar la altura esperada. En el caso de bombear una mezcla de arena y agua (suelo con menos de 50% pasa tamiz 200), resultarii en una geoestructura final de dimensiones aceptables con una unica sesion de bombeo.

436)

Tabla de contenido

H

~

= Initial height of tube

fi H 0

:-

Change (drop) in hei&ht of tube

(r..1Wl)' 1.W ) 0; rruri~" """wUt ~;o1,,/rw

1

100 90

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80

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10 10

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Assunptions : 1. 0 ."" 2.70

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2. S = 1000/0 for

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I

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

n""/ rw)n"" Figura 17.9 Asentamiento en funcion de las densidades de material. Leshchinsky, 1996.

Manto antisocavaci6n

Se trata de un manto que se extiende hasta la longitud recomendada (Le=Longitud efectiva) para proteger de la socavaci6n el sistema y en toda la longitud de la Geoestructura. Puerto de lIenado

Son mangas de 12 pulgadas de diametro cosidas de fiibrica a la parte superior de la Geoestructura. Estas mangas son conectadas a la tuberia que de descarga del Slurry (agua - arena). Los puertos son fabricados del mismo material que la Geoestructura. Eslingas de ama rre Son argollas fabricadas de nylon. Estas Eslingas van colocadas a 10 largo de la Geoest ructura. Se deberii anclar la Geoestructura con cordel de polipropileno de y." a estacas de madera

0

metiilicas con el fin de darle estabilidad a

la Geoestructura en el proceso de lIenado.

CAPiTULO 17: CONTROL DE EROSION EN TALUDES, CANALES Y MARGENES DE Rlos CON GEOSINTlOnCOS

437)

~ Tabla de contenido Proteccion de la geoestructura Se recomienda contemplar dentro del diseno, la proteccion de la Geoestructura y la integridad del Geosintetico que la conforma, ante eventos de vandalismo ya que es frecuente encontrar danos hechos por la comunidad. Igualmente, cuando se tienen condiciones de corriente agresivas, con presencia de crecientes, objetos contundentes o velocidades arriba de 2m/s, deberii contemplarse la inclusion de esta proteccion, buscando evitar rasgados que permitan la perdida de material de lIenado. Para tal fin, podrii utilizarse cualquiera de las siguientes alternativas a criterio del disenador: Manto para control de erosion de tipo Permanente (TAM) Flexocreto Enrocado de proteccion 17.4.4 Ejemplo de diseno Se requiere la construccion de un dique para imped ir la inundacion de una zona plana adyacente a un rio de caudal considerable, incluyendo algunas zonas urbanas y agricolas de gran importancia. De acuerdo con la informacion suministrada por el estudio hidriiulico, este deberii proteger una longitud de 3km en la orilla del rio y tener por 10 menos 2m de altura, para impedir inundaciones durante las crecientes en la temporada de invierno, teniendo en cuenta las bajas velocidades del rio, no se considera necesaria la inclu sion de un manto antisocavacion. Los datos hidrologicos indican: (ota miixima nivel del agua

1.9m

(ota minima del nivel del agua

0.2m

Teniendo en cuenta la cota minima del nivel de agua, se asume que eillenado de la geoestructura se harii en condicion total mente seca. Los ensayos de clasificacion realizados al material arenoso presente en el sitio, indican 10 siguiente:

G,

2.ITon/ml

Gravedad especifica de suelos

y~

2.2Ton/ml

Peso unitario del slurry solidificado

y~,

2.0Ton/ml

Peso unitario del slurry

1.0Ton/ml

Peso unitario del agua

20%

Porcentaje de material fino presente en el Slurry.

y. PTlOO

Modelaci6n numeri ca de la geoestructura Para solucionar la ecuacion diferencial que representa la geometria de la geoestructura, se utilizo el programa Geocops, y mediante los datos de entrada sum inistrados se obtuvieron los resultados de la griifica 17.10:

438)

Tabla de contenido

~

Width_ ...sImI

Resultados :

Numerical Result$

Results correspond to a dn::unference of lube of 1 I 1 Iml and ma>:imvn tube r.eigh of 1,5 1m). Force in

Georynltlelk: In CIICUHf U!NTW. dU<:lIon lamial forca at WORKING conditioru" 13 [kN/m ) Requ~ed UlTIMAl'E strength; 63 I~N/ml

.,":inj

Geo..,..~1k:

In AXIAL dU<:1\on: lensial force at WORKING con
i'$:

Maxim.Jm heigh of lube. H ~ 1.5 ImJ Maxim.Jn width of lube. W ~ 4,8 1m] (max. width is ot he;ght O.S 1m) from bose) RatiO H I W ~ 0.309 Width of bOle of tube .esting on foundation soil ~ .4.0 Iml Cross-sectionol orao of lower layer of stvrry ~ 6.2 1m 'I Cross-sectionol orao of upper layer of slurry" 0.0 1m 'I Total storoge capacity of tube per unit length "" 6.2 1m '1m) Net fX,Jmping prenu.e within lube at inieloo 1.3 I ~Po)

~

c~c umfere"fld

olR!ction

RETURN

Gr.;ifica 17.10 Mode laci6 n numerica con Geocops


4 39)

~ Tabla de contenido De aeuerdo con los resu ltados, la tension de trabajo es de [13.0 kN/m] y por tanto e l esfuerzo maximo eircunfereneia l requerido sera 63 [kN/m). La tension de trabajo en el sentido axial es de [10 kN/mj y por tanto e l esfuerzo maximo requerido en e l eje es de 49 [kN/m). Con estos resultados se eonfirman las propiedades MARV del Geotextil mas adeeuado. En este easo se verifiea con e l TR4000 asf; Chequeo Sentido Cireunfereneial (Longitudinal del Geotextil) TR4oo0 presenta ]66 kN/ m] > ]63kN/m] con un FS aproximado de 5: CUMPLE Chequeo Sentido Axial (Transversa l del Geotextil) TR4oo0 presenta ]S71N/ mj > [4gkN/m] con un FS aproximado de 5: CUMPLE

Chequeo de retencion de particulas De aeuerdo con los ensayos de laborator io ejeeutados al material de lIenado, e l porcentaje de partfculas que pasa el tamiz 200 es del 20%, segun la Tabla 17.1: PTloo
0.600mm

Por tanto, el geotextil TR4000, eumplira las propiedades filtrantes para el eo rreeto Ilenado de la geoest ru etura.

Consolidacion de la altura de la geoestructura Se deben ealcular los eonten idos inieial y final de agua de aeuerdo con la metodologfa estableeida. Conten ido inicial de agua: 2.7 - 2/1 2.7 (2 {1 - 1) 0.25 Conten ido inicial de agua: 2.7 - 2.2/1 2.7-(2.2/1- 1) 0.15

440)


A partir de estos valores se calcula la relacion de consolidacion de la estructura: 2.7 (0.25 - 0.15) 1 + 0.2S (2.7) A h/h~

0. 16

Por tanto, la perd ida de altura en la geoestructu ra por el asentam iento del material de Ilenado sera: 0. 16110 0.32m Se espera que la geoestructura se asiente 32cm con el tiempo. Por tanto, 10 mas recomendable sera teniendo en cuenta los altos factores de seguridad, durante el procedimiento constructivo lIenar la geoestructura alrededor de 2.30m, de forma que al finalizar el asentamiento se tenga una estructura de la altura proyectada.

BIBLIOGRAFIA Lopez Jimeno, Ca rlos Et AI. Manual de Estabilizacion y revegetacion de Taludes, Entorno Grafico, Madrid 1999. Leshchinsky, D. 1992. Issues in geosinthetycs-reinforced soil. Keynote paper in proceedings of the international symposium on earth reinforcement practice. Kyushu, Japan. Published by Balkema. Rotterdam 87 1-897. Leshchinsky, D. and Leshchinsky o. "Geosynthetic confined pressurized slurry (Geocops): Suplemental Notes for version 1.0: Repo rt TR CPAR-GL-96-1, September 1996, US Army Engineer Waterways Experiment Station. Vicksburg, Mississippi.


441 )

~

442)

Tabla de cOfllenido

Tabla de contenido

~

MANUAl'( SOFTWARE DE DtSEfilO

Geosoft® PAl CO

APtNDICE A ESPECIFICACIONES TtCNICAS

443)

~

Tabla de contenido

Vl «a: uo> U«

o o -

~uo

t-

u « u

...... w

Vl W ...J

-tX-

z:2 w

Z

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444)

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UNIDAD

kPa (psQ

Medido

FUNCIDN DEL GEOTEXTIL

ESlabil1iad6n Repavimemacl6n

ProtKc i6n Separaci6n

Drenaje

FiJtraci6n

NORMA

Ca lc ulado

Ro llo largo

Rollo 3rea

Medido

RoIIo~m:ho

ASTM D276

Pu nlo d e fusi6n

ASTM DS I99

ASTM 04355

Resistenda IN@ 500horas

''''''''

PROPIEDADES FIslCAS

NORMA

Uminlm'

ASTMD4491

ASTM D61 40

Tasadeflujo

Rele nc i6n de ~sfalto

UNIDAD

m m m'

"

•

mm

UNIDAD

Um'

I."

ASTM 04491

Permea Dilid ad PermitMdad

ASTM 0475 1 mm (N.' Tamizl

NORMA

ASTMD3786

N(lb}

kN

N(lb}

•

N(b)

UNIDAD

ASTMD4491

Tamar'lO de abert ura 3P3reme

PROPIEDADES HIDRAuLiCAS

Metoda Mu llen Sum ResisterlC ia al esta llido

trapezOIda l

ASTMD4533

ASTMD6241

Resiw!n<:ia al rasgado

ASTMD4833

Resistenc la 31 punzona miento

ASTM D4632

NORMA

MetodoCBR Resislel'lCia 31punzona miento

Elooga<:i6n

Mt!todoGrab ResisterlC ia a la tensi6n

PROPIEDADES MEcANICAS

27x 10-"

16x 10..:1

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N.A

L.

NT 1800

N. A

+100

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N. A

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NT 2500

N. A

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NT 3000

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NT 4000

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248 4 (300)

350(79)

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9ro(221)

NT 4000

NT 2000

130

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35·3.6 ·4 0

35 · 3.8 · 4.0

NT 4000

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NT 1800

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NT 1600

3.5 · 3.8 · 40

35 · 38 · 4.0

35 · 38 · 4.0

N.A.

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NT 2000

N.A

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N. A

27 x 10-'

19 x 10-'

N. A

0.150(100)

0.150(100)

0.180(80)

NT 3000

2070 (300)

295 {ffi}

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25xlO-'

NT 2500

1794 (260)

260 {59}

NT 2000

1656 (240)

185 (42)

2'

400 «Xl)

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350 (N)

703 (158)

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NT 3000

700 (158)

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NT 5000

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35·38 · 4.0

N. A.

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NT 5000

N. A

", N.A.

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NT 6000

'"'' N. A

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17 x 10-'

0.106 (140)

NT 6000

3519(510)

470 (l06)

..,

750(169)

>;0

1310 (l(5)

NT 6000

llx 10-'

0.125(120)

NT 5000

3036 (440)

4OO {90}

'.'

6S0(146}

>'"

1165 (262)

NT 5000

N. A

'"

>70

NT7000

N. A

1000

n.

12x 10.2

0 .090 (170)

NT 7000

4SS4 (660)

570{l28}

'.0

890 (200

",

l530 (345)

NT 7000

"" """

230 {S2}

N. A

2!K> (63)

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""'.8 "" '"

>70

R~bSV REls~V

' 80

'" " .,.

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...

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N. A

R~~V ~~~V

n,

N. A.

N. A N. A N. A.

N. A N. A

N. A

R~b~V R~~~V

139J (200} 1518 (220)

100 {45}

N. A

270 (61)

>'"

470(106) 550(124)

R~~~V R~~~V

"" "" " " "

NT 7000

80

"XI

NT 6000

3.5 · 3.8·40

35 · 3,8 ·4.0

___ m ______________ a ________

N.A

u

NT 1600

'" '"'' N. A

0 .180(80)

0.211 (70)

,., "'"

NT 1800

139J (200)

llO(·m

NT 1600

1139(165)

161(37)

,.,

320(n}

"",00>

U

U

>'"

200 (45)

>'"

470 (l(6) 5OO{l13)

NT 2000

>'"

NT 1800

400 (90)

NT 1600

MARV

ESPECI FICACIONES TtCN ICAS

GEOTEXTILES NO TEJIDOS

o

" ~

i,

I<

.. lil'

6

...

• Refuerzo de sueb~ blandos. • Refuerzo de malerlales granulares en vfas y lerraplenes. • Refuerzo 'ieCuridario en muras de mnlencl6n. • Refuerzo de lerraplenes en vias y plstas
CAMPOS DE APLICACION

• Aumenta la vida 0111 de iii eslruetura Inldal al utlUzana en los granulall's. • Genera menorlmpaeto ambiental en la expiotaclOn de pelreos al reemplazar 1m granulares. • Olsmlnuye espesores de granulares
VENTAJAS

SOm 200m'

"""00 Medldo

4.0m

4Dm

"""00

An eho del rollo

Longltud del rollo Area del rollo 7Sm 300m'

P-BX12

>100%

P-BXll

>1 """

(>90) %5CflI,Wfl,Gl

ASTM 06637 ASTM 04355-05

(>90) %SCfl,'NIfl£,P

80.

rrm

75%

(25/33)

CW02215

(25/33) mm

NORMA

PRESENTACi6N

Reslstencla a los dal'los de Instalacl6n' Reslslenela a la degradacl6n a largo plaza"

All'a abierta

Espesor de eostillas (VSD'

P-BX12 (1.2711.27) mm

""'00 ASlM 01777

Tamaoo de abertura (SUSn'

P-BXll

6.5 kg - em/deg

(0.76/0.76) mm

NORMA

750mg - anxl000

250 mg em x 1000

USARMYCDE

Rigldez lorslonal U)'

PROPIEDADES FJSICAS

93%

93%

GRI-GG2 A5TM 01388 3.2 kg - em/deg

(19.2/28.8) kN/m

(12.4/19.0) kN/m

ASlM D6637

~N/m

Eflclencla en los nodos' Rigldez flexural'

{11.8/19.6}

(85/13.4) kN/m

P_BX121 (6.0/9.0) kN/m

ASlM D6637

P_BX111 (4.1/6.6) kN/m

Reslstencla a Ia tensl6n 5% deformacl6n (SUST)' Reslstencla a Iii tensl6n pica (5UST}'

NORMA

ASTM 06637

Reslstenda a Ia tensl6n 2% deformacl60 (SUSD'

PROPIEDADES MECANICAS

I

Reslstenc:1iI a iii pt!rdlda de cap.Kldad 0 Integrldad estructural cuando Ia mueilfil eo; .sometlda a 500 hofil; de IIll ulU
leilstenda a la po:"rdlda de capacldad de Cilrga olntegrldad estructural OJiI"100 Ia m.IeSIra es s.ometlda a esfuerzos de Instalacl60 mec~nlca en arena art:llma y matt'flill grueso cklslficado como gr
Reslstenclil en el plano rotacloJlal de movlmlento medlda mediante Ia apllcad6n de un momentD de 20 kg--cm en iii Junta central de una muestra de 9" x 9' rest~nglda en 5U pe~mf.'tro de ao:.uerdo con Ia Metodolog!
Iongltudlnales (como una e'£aieral y la Iongltud su!l::lente paJil pt'fm~lr medlclcmesde la ~gldezenYOladIlD.l..a ~gldez es cak:ulada rnmo la raIz cuadrada del produao de los valo!!'sde rlgldezMexural en semldos CM y QT.

Reslstl'OCia a la rlgldez flexural determlnada de acuerdo con Ia ASTM 05372, en los bordes exterlores de las costillas

Capaddad de U
Vaklres VIIIPR (vaklr mfnlmo pJOmedlo par JOlla). Sentldo longitudinal. - 5entldotrdt190ersal.

Lasgeornallas biaxiales son estructuras bidimensionales de polipropileno, qufmicamente inertes, producidas mediante un proceso de extrusiOn, garantizando alta resistencia a la tension y un alto m6dulo de elasticidad. Proporciona excelente resistencia frente a posibles danos de instalaci6n y exposici6n ambiental. Estan disenadas especialmente para estabilizaci6n de suelos y aplicaciones de refuerzo.

P-BXll / P-BX12

ESPECIFICACIONES TtCNICAS

GEOMALLA BIAXIAL COEXTRUIDA

o

"

,~

Il-

0:

..•

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~

t

~

~

~

rn

z

a

~

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~

~

>

~

Q n

z

~

~

>

66 kN/m 730.000 mg-cm

54 kN/m

P-UXll

ASTM 04355-05

NORMA

Reslslencla a la degradacl6n a largo plaza' Reststenda a la degradacl6n UV·

m'

m'

81

81

m'

61m

61m

76m 101

HDPE 133m

76m

""'''''

~N/m

P~UX16

52

P-UX16

1.33 m

101 m'

HDPE

CaIQJlildo

1.33 m

1.33 m

~N/m

P-UX1S

41

P-UX15

95%

100%

P-UX16

mo
135 kNlm 6.000.000

144 kNlm

58 kNim

P_UX16 '

~N/m

81

m'

61m

1.33 m

HDPE

P-UX17

64

P-UX17

95%

100%

P-UX17

160 kN/m 9.075 .000 mg-cm

175 kN/m

75kWm

p-uxli

81

m'

61m

1.33 m

HDPE

p-UXla

74 kNim

P-UX18

95%

100%

P-UX1B

9500.000 mg-cm

180kNlm

210HVm

95~Wm

p_UX1S'

(lJ

",00 I. mu":" "' """.IJdo •• mblert", qJ m lGl mente "1"""os de .rueroo coo el """"yo de l1""' r>lc'A'1 de I. EPA ;090

Factor de ~L.<:(lOn porCrll!!pd.rerml1m polr.l un pertJdode d!<.o=nod. 120 aroo.ylemperillUr.l d!!l "-,,,lode 20 "C U!llurm!ec:n'O,~
V,I",e'; mlnlmos b.
Y..- NOi2< By 9.

~'ilendo1.

ru~ur.l

par c""P slg ulen ooe l procedlm.,nto de r. ASTM 052fd, EI fl'rtJdo

r. pt;rdi:t"rm,delntemp""", dea<;uerdoCOO r. A'ITM ().435HlS. Los factore, de reducclOn ",n us.xlo< par.l (alru~r r. ""l. Los mlnl~ 000"" de red ua:lOn recom.ndado< I.'
Res1stend •• I. po!rddo de GO poddod 0 Trle9'ld.!d ..tru du,,1

Re;I'ta'1da a la r1 900z ~e>UiII dell.
c.

~~ncl.1 real a 1.1 ebng.1dOfl Cllarm ha
v.I",,,,VMffi (V'''r mlnlmo prom.do par rol ..)

Rollo ancho Rollo largo Rollo area

HDPE

P~UX14

P~UXll

HDPE

25~/m

21 KN/m

P-UX14

95%

100%

P-UX1S

M"'' '

NORMA Fabrlcanle

de pollmero

FfslCAS

TI~

Reslsleocia mill
95%

95%

EPA 'X)9()

CAPACIDAD DE CARGA

100%

100%

NORMA

DURABILIDAD

P-UX14

P-UXll

ASTM 05732-01

500.000 mg-cm

Rlgldezflexural'

Reslstencla en las juntas'

105 kN/m 5.100.000 mg-cm

l1HN/m

70~/m

58 kN/ m

A5lM 06637 GRI-GG2-oS

Resistencla ultima a la tensl6n'

52kWm

31 kWm

~Nlm

P_UX1S'

P-UX14'

P-UX111 27

NORMA

ASTM 06637

Reslstencla a la tensl6n ill 5% de deformad6n>

PROPIEDADES iNDICE

ESPECIFICACIONES TtCNICAS DISENADAS ESPECIALMENTE PARA ESTRUCTURAS EN SUELO REFORZADO

I

GEOMALLA UNIAXIAL COEXTRUIDA

o

" ~

i,

I<

.. lil'

~

......

•

Medk:Jo Medk:Jo

Longitud del rolla

Area del rollo

1 valor<..; '>MPRlv,.", mhmo promedlo PJr ro llo) 'iT,S!\'l~dolr ...m"",aI .>l: 5entldo iong ltud lr\o1 I

Medk:Jo

Anchodelrollo

Mlnimo

Resistencia a iii temperatura ASTM 0276

Medido

Tamaoo de abertura de la malla (ST/SU '

Punta de fusi6n

ASTM D6637

CRDRG01

ASTM D6637

Elongaci6n rffixirna a la rotura {ST/Sl}'

Propiedades de retracci6n

Resistencia a Ia tensi6n ultima (ST/sL)'

"'

50

m

195

3.9

>300

m

OC

20J

20120

mm OC

<3

195

50

3.9

>300

200

18/18

<3

100/100

''''''''''"''''':/CD";"",....,""""'"

50/50

''''''''''"''''';00< _,... """,-

%

%

kWm

Lasgeomallas de fibra de vidrio PAVeO son geomalias nexiblescon resistencia en ambas direcdones, se utilizan para controlar agrietamientos per reflexi6n, fatigas ydeformaciones pl~sticas en sobrecarpetas de concreto as~ltico que se emplean en vfas urbanas, carreteras, autopistas, aeropuertos, plataformas y parqueaderos, entre otr05.

· Redudr aI mfnimo eI agrietamienlo retlexi'o'O pDf esfuerzos de tensi6n y cambios de temperatura en las carpetas asf.litic:.as. · Aumentar Ia resistencia a la fatiga de pavimentos '>omelidm a la acci6n de cargas dc!ica,. · Propordonar benefidos de costo, reduciendo el manlenimiento peri6dto de los pdvimentm flexibie,. · Instalaei6n r.lpida y f.1eiL · Se puede emplear para rei1abilitaciones de pavimentos de concreto cuando se coloca una carpeta asf.1ltica sabre estos.

~uperlicie.

· Aumentar Ia resistencia a la trilcciOnde Ia capa asf.lltica, garantizando bajo una Glfga verttat la distribuci6n uniforme de esi'uerzos horlzontales en una mayor

VENTAJA5 Y BENEFICIOS

gariYlliza la correcta adhesi6n de Ia geomalla al asfalto. Esta adherencia asegura que la geomalla est~ en rxHidon de asumir el esfuerzo a la tensiOn y distrlbuirlo. La selecciOn de este material est1 basada en su excelenle resislencia a iii temperatura, minima relraa:l6n y 6plimo m6dulo el.islico (70.000 Mpa).

poseen un fecubrimlenlo bituminoso asf~ltico que

para eI refuer.zo de carpetas asfillticas debido a su alta resisteoda a la tensi6n biaxial y baja eloogad6n;

Las geomallas de Iibr.J de vidrio PAVeO son ideales

ESPECIFICACIONES TtCNICAS R-SO / R-l 00

I

GEOMALLA FIBRA DE VIDRIO

o

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Il-

0:

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Rll'£lt::llt£50E(AIIGA (1.10"1

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•

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.-.-.""lOb.iJ.;;'"~;-.-.

• . _ __ __ __ - _ __

~ ••. -

Df' ilCUeJdO con 10 antl'lloi, las geomallils de fibril de vk1rtJ PAVCO praentan una ml'.br efidencla ruanda son u1Wlda! como refuerzo de CilJpI'liI! a5faltk:as flero!e a OUilS anemill:Mls de refuer1D.

PaJil una (alga de IO!UJiI, un R'filerLDcongeomaila de fibril de vtjJb admnlr<1 debrmacbr.eo; menore> <113'16, miffitlll~ que la geom
• wboralOrio de InvestigaOonf5, Cmtrol de Colas ckFrQnoo.

sin retue=. mlenlras que la geomallil slntalGl (PoIl~f-PET) soIosoporta 15 vec:es m.'Iscldosde carga, hasta que iii fisul3 51.' p!Op3Q
En un emayo de prop
• Laboratorio NPC de HoJanda, r993 .

R'fuerzo.

Pdrd ak
DISMINUCION DE FLEXIONES

SOIlREOIJORMKD_PEIlMAHIHTEI

!:~

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1

, fBurap ......... dd.. z.5 an. L

IHClOllE lAGDMAlL\ OHIIIIA OEIiUlIIO

I

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IJ'j 115fllrrO

DISMINUCION DE PROPAGAOON DE FISURAS

DEfOOMIIDC~

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I

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IlIfBtEN1l3 MATlJliUH DE REfUBIZO

ESFU'IIZO/CAAGA vs. DfFOAMKI(lN _

ALTO MODULO DE ELASnCIDAD, BAJAS ELONGACIONES

EI U'>O de geomallas de flbfa de vidrio puede irn:ll'fTlentar hasta 12 vece5 el N-imero de Odos d> caga para desamllarlali'>llra 10 rual se ffiJwce en vida util d> los pavlmE"n!05. • OIh«P StltDfy /(D"",n ""'JltbadPh. RrJ«JrCh tK ...... rlo""l. tK. T"'n1pO
In[ll'menlo de fatiga:

CARACTERfsnCAS DE FUNCIONAMIENTO

R-SO! R-l 00

ESPECI FICACION ES TtCNICAS

GEOMALLA FIBRA DE VIDRIO

o

" ~

i,

I<

.. lil'

~

...en

22 2.B x 10.7 - 17.3 m {±3%} {m~x.} 30 - 48 m 2 (±3%)

"

tam""'"

22

"

ASTM 0638, ISO 527 ISO 103192'

18

ISO 13426·1

A

DIMENSIONES DE LAS CELDAS Y PANELES NORMA

(m~x.}

15

24

15

B

12

13

12

C

CATIGO~A DE NEO\rVEB-

(ada secd6n marcada para trazabilidad detail ada.

2.8 x 10.7 - 17.3 m (±3%) 30-48 m2 (±3%)

9

22

9

D

1SO mm - 200 mm (±S%) 340 x 290 mm (±3%)

7Smm-120mm(±S%}

39 2.S x B.O· 12.6 m (±3%) (m~x.) 20.0 - 31 m 2 (±3%)

44S mm (±25%j

44S mm (±25%j

340 x 290 mm (±3%)

MUROS EN SUELO REFORZADO

TALUDES YCANAlfS

ViAS 330 mm (±2.S%) 120mm{±S%) 2S0x210mm{±3%}

DIMENSIONES DE LAS CELDAS Y PANELES

f~rreas.

• Control de et"os.l6n.

• Revestlmlento de taludes.

• Reve-stlmlento de cana~s.

• Muras en suelo reforzado.

• RefueIID de clmentacbnes..

• Absorcl6n de camblos de rlgldez Y asentamlentos dlferenclales.

• RefueIID de lerraplenes sobre suern blandos.

• Refuerzo de estructuras

• Refuerzo de estructuras de p",lmento.

• Estabnlzad6n de subrasantes.

APLiCACIONES

75 anos y rendimientoajustado a las necesidades presentes deconstrucci6n de infraestructura.

de un material unico denominado Nealoy· , que ofrece estabilidad dimensional hasta par

LJltima tecnologfa para confinamiento de material granular con celdas hechas a partir

, Test ",t.lnd,y ISO I 01 19 modfiGldo P"" al e"""" ,e5i.Jtadoo; m~s exact", usardo l.I1 de ml.eitr. m~s ' ov"""'tatlvo.1
Reslstencla en la soldadura (kN/m) Reslstencla (jnlma del material (MPa) Reslstencla unlma rnra andla con perf"oradones) (kWm)

PROPIEDAD

Distancia entrE' costillas Altura de las celdas Dlmenslones de la celda abjerta N." de ceidaslm2 Tamaoo seccl6n expandlda Area de la seccl6n expandlda Trazabilidad

PROPIEDAD

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~""- ....t,,,a .;,;.o,·

•• ,,~g'f;7:.fJ,~4 ':'·c"·c.·''''ii '",. ",,;;J~';;."' .

E5PECIFICACIONE5 TtCNICA5

NEOWEB®

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I

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'60 kPa de reo;lstencla paslva rad IiI I e n ~ ceida< ~ r 500 h a 70 0(, eJde rnamenle (O n ~ n ada< ca n arena

5 al'los 10 anas 25 arlos 50 arias

Factor de reduccl6n por deformacl6n permanenle {creep}

40<>( -10<>C + 10<>C +30<>C +45 <>( "'0 <>(

M6dulo flexural para cada temperatura (MPA):

Efidencla del tmgulo de fi1ccl6n Inlema

.::

~

......

ASTM 06992 (SIM)'

ISO 672 ASTM E2254 (DAM)

ASTMDS321

Accelerated Radial Pressure Test {fRO'

<1.2 <1.4 <1.9 <2.9

>9SO >7SO >6SO >5SO

>1150 >1050

;;,0.B4

Celdas, unlooes y peti'oradones permanecleron Intaclas sin evldeoda de deformacl6n pltlstlC
;?:1250

ASTM D58B5

Reststenda a degradad6n ultravloleta (HPOfT@l20000 (min.}

Durabilidad de la celda a cargal deltas de largo plazo (pass)

~125

<95

VALOR

ASTM 03895

ASTME831

NORMA

Tlempo de Induccl6n a Qxldacl6n (OfT@l200"C}(mln.) {Material virgen antes de cuaquler modlficaclOn}

Rango de medtl6n -30 <>( a +30 <>(

Coeficiente de expansIOn t~rmlca (ppmf'C)

ESTABILIDAD DIMENSIONAL

o

" ~

i,

I<

.. lil'

~

...en

ASTM 04491

Tasa de f1ujo

1.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

ASTM 04595

Reslstencla a la tensl6n

0.40 0.57 0.80 0.98 1.13 1.2 7

1.19 1.68 2.38 2.91 3.36 3.76 0.55 0.77 1.09 1.34 1.55 1.73

4.33 6.12 8.67 10.62 12.26 13.71

l00mm

ASTM 01621

Reslsteocla a la compresl6n

6Smm

NORMA ASTM 05199

PROPIEDAD Espesor

0.65 0.92 1.29 1.59 1.83 2.05

23.50 28.78 33.24 37.16

11.74 16.61

160mm

'Nlm

UNlOAD mm W,

Umln/m'

"

em!s

0.75 1.07 15 1 1.85 2.13 2.38

21.57 30.52 43.17 52.88 61.07 68.28

200mm

4.8

700

7.0

VALOR

44 x 10" 8109

2.9

VALOR O.l80(BO}

UNIDAD mm (No. Tamil}

GEORED (HDPE)

A5TM 04491

Permeabilidad

Permltlvldad

ASTM 04751 ASTM D4491

NORMA

GEOTEXTIL NO TEJIDO DE FILTRO

Tamal'lode apertura aparente

PROPIEDAD

•

~

~

~

~

0

0.2

..

..

"

"

~

~

0.3820

0.5054

V'
i=O.l

~

50kPa

~

"

0.4523

.. " ....... ' ...'11

pRBI()N (kP~1

20kPa

10kPa

M

i,. 1.0

TASA DE FLUJO (ASTM 04716)

"

~

corrosi6n, los agroquimicos, lolera cualquier grado de acidez del suelo y es inmune a los agentes bioqu[micos.

compuesto por un geodren planar y tuberia corrugada de drenaJe_ Este sistema es resistente a la

EI geodren vial es un sistema integral de captaci6n, conducci6n y evacuaci6n de f1uidos que est a

ESPECIFICACIONES TtCNICAS ESPECIALIZADO PARA EL DRENAJE LATERAL DE ViAS

GEODREN VIAL

o

"

,~

Il-

0:

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I 0.1

--J..:. 0.5

Resistencla a la tensl6n

---w

""1m

"'.

,~

,w

7.0

mm

M

120

PresiOn (kPa)

100

4.8

'M

700

VALOR

UNIDAD

8109

Umln/m'

2.9 44x W'

"

cm/s

TASA DE FLUJO (ASTM 0 4716)

ASTM 04595

Espesor f\>sistencla ala (ompresl6n

~

~

>

~

Q n

z

~

~

>

NORMA ASTMD5199 ASTMDl621

GEORED (HDPE)

ASTMD4491

TasadefluJo

PROPIEDAD

A5TM D4491

VALOR 0.180(80)

UNIDAD mm (No. Tamil)

NORMA ASTMD4751 ASTM 04491

PermeablHdad

Permltlv1dad

PROPIEDAD Tamal'lo de apertura apafenle

GEOTEXTIL NO TEJIDO DE FILTAO

700

200 !
100!
50 kPa

10 kPa

0.27

0.47

0.54

OnS

I/s-m

0.D9

0.15

0.17

0.21

I/s-m

io=O.1

0.5 1.0 io=O.5

ALTURA(M)

50 50 !!.IUI!!I_!

DlMENSIONES DEL ROLLO LONGrTUD(M)

Geotextil de filtro.

PRESENTACION

Geored

• La geared, par 5U parte,es el media drenante encargado de transportar el agua que pasa a traves del filtro. • EI geodren planar es el sistema mas adecuado para captary conducir los f1uidos en su plano hacia un sistema de evacuaci6n defluidos.

• EJ geodren planar es un sistema conformado porgeotextiles no tejidos de polipropileno punzonados par agujas ygeored de drenaje. • EJ geotextil cumple la funci6n de filtraci6n, reteniendo las particulas de suelo y permitiendo el paso de los fluidos.

ESPECIALIZADO PARA EL DRENAJE EN SU PLANO I

GEODREN PLANAR

0

" ~

~,

0

0

•

~

.. lil'

~

\n

...

ASTM 04833

Resistencia al pUflzonamiento

Area del rollo

Ancho del rolla

PRESENTACION Long~ud de ral b {aprox.}

(ASTM D588S}

Envejedmiento ulrravioleta 1600 hrs OfT Retenido

Retend6n 00 (ASTM 03895 0 D5885}

Tiempo de inducci6n a la oxidaci6n Enwjecimienlo 31 horno 85 O( 90 dras

Contenido negro de humo

Densidad

Espesor nominal

PROPIEDADES FIslCAS

ASTM D6693TIpo ASTM 01 004

NORMA

Ml'dido Calculado

Medido

NORMA

"""

%

ASTM D5721

30 MIL

300 7.01 2103

450 7.01

3154

m'

>60 20 MIL

>60

>35/60

UNIDAD m m

%

>35/60

>100

>100

% M inutos

ASTM 01505 ASTM 01603 ASTM 03895, 200<>(

g!an'

0.75 >0.939 20 - 3.0

0.50 >0.939 20 - 3.0

mm

30 MIL

20 MIL

UNIDAD

40 MIL 225 7.01 1577

>60

1052

7.01

150

60 MIL

>60

>35/60

>35/60

> 100

>0.939 1.0 - 3.0 >100

1.5

60 MIL >0.939 20 - 3.0

1.0

40 MIL

147 370

98

250 190

71

126

800

47

40

60 MIL 800

27

40 MIL

800

30 MIL 20 800

14

20 MIL

NORMA

N

kN/m % N

UNIDAD

ASTM 05199

rv

ASTM D6693Tirx> rv

PROPIEDADES MECANICAS Resistenciaa Ia rotura Elongaci6n a 13 rotura Resistencia al rasgado

ESPECIFICACIONES TtCNICAS POLIETILENO ULTRAFLEXIBLE DE DENSIDAD LINEAL LLDPE

GEOMEMBRANA LISA

o

"

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Il-

0:

..•

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I.J

In

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z

a

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z

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•

"----

PRESENTACI6N Long!tud de rollo Anct)() delrollo Area del rollo

Retenldo (ASTM D5885)

Retenck'mOrr(ASTM 03895 0 05885) EnYl'Jeclmlento UltraVioleta 1600 hrs aT

PROPIEDADES FfslCAS Espesor nominal Densklad Contenldo negro de humo Tlempo de Indu(clon a la oxldacl6n EnYejeclmlenlo ill homo 85 <>C 90 dlas

Reslslencla ill punzon..nlento

ASTM 01603

Calrulado

"""", """0,

NORMA

GMll

ASTM 05721

ASTM 03895, 200<>C

• •

>55/80

>50

>55/80

>50

7.01 3154

m

2103

7.01

30 MIL 300

>100

20 MIL 450

2.0 - 3.0

>100

>0.94

0.75

30 MIL

2.0 - 3.0

>0.94

m'

m

UNIDAD

%

Mlnutos

gin'"

0.50

ASlM 01505

20 MIL

mm

240

160

UNIDAD

93

12

11

30 MIL 20 700

63

12

NORMA

N

N

%

ASTM 05199

ASTM 01004 ASTM D4833

w

8

Elongaci6n a Ia fluencla Reslslencla al rasgado

700

%

Wmm

ASTM [)fl693Tlpo rJ

14

20 MIL

ASTM D6693npo W ASTM 06693 npo

Wmm

UNIDAD

ResistencLa a la f1uencLa

rv

Elongacl6n a la rotura

NORMA ASTM D6693Tlpo

PROPIEDADES MECANICAS Resislencla a la IOtura

1577

7.01

225

40 MIL

>50

>55/80

>100

2.0 - 3.0

>0.94

40 MIL 1.00

320

125

12

700 15

27

40 MIL

1052

7.01

60 MIL 150

>50

>55/80

>1 00

2.0 - 3.0

>0.94

1.50

60 MIL

187 480

12

22

700

40

60 MIL

771

7.01

80 MIL 110

>50

>55/80

>1 00

2.0 - 3.0

>0.94

2.00

80 MIL

640

249

12

29

80 MIL 53 700

ESPECIFICACIONES TtCNICAS POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD HDPE

I

GEOMEMBRANA LISA

0

" ~

~,

0

0

•

~

.. lil'

~

\n

...

3.2mm 50 a 70%

3.0mm

50 a 70%

NORMA ASTM 05261 ASTM05199

Espesor

Penetracl6n de uz (% absorcl6nj ~todoECTC l.> ~ . ~ 0;"\101 P'CoI'' ' "' '" _"-..-grn 01 mi!l000 ECTC .. ~ 60 ~ I'

~

.00

2 50

32 kg

<24 meses

3200 FC-F

OJ

.00

2 50

46 kg

<36 meses

4600 FC-FP

mr.:fIC ' ,n, d ,mal< ; y m"
Area

I: La ~ nge !dad luncbna ll'd r. va,... de aclJefd(

50 100

m

m'

L~go

2

m

A~ho

on

Calrulado

Peso del rollo

kg

Observado 3{)

3000 F-P <12 meses

DURACION Y PRESENTACION DE ROLLOS

0.,,,,,. cwtro ""''''

70 a 90%

5.0mm po
4600 FC-FP 460 +1- 46 g/m"

3200 FC-F 320 +/ - 32 g/m'

8

, l.> ;o..oacOO "" '9LII' og.n I. nan,. .0.511.\ 0 " , 1.""",10<10> '" rofMr<::i>< ..

300 +1- 30glm'

3000 F-P

6al0cm

Longevklad funclonal'

Masa por unldad de ~rea

PROPIEDADES FfslCAS

13a18cm

a 12 em

ASTM 01388

Rigidez

15%Max

22% Max

4600 FC-FP 2.1 kN/m 18% Max

3200 FC·F 1.8 ~Nlm

13

~Nlm

ASTM 04595

3000 F~P

Eiongad6n

NORMA ASTM 04595

PROPIEDADES MKANICAS Reslsleocla a la lensi6n

AGROMANTO

ASTM 0570

Area

Largo

Color Ancho

Tlpo de polfmero

Medldo

ASTM 04595

ASTM D<\59S

"""do Calculado

"",.do

Fabrlcante

PRESENTACI6N DE ROLLOS

Absorcl6n de la humedad

Tamar'lo de abertura

PROPIEDADES FfslCAS

Eklngacl6n

Reslstencla a Ia Tensl6n


ECOMATRIX

1140m'

300m

Vffde 3.8m

ECOMATRIX pp

0.01%

2x5mm

ECOMATRIX

'0%

4.0 kN/m

ECOMATRIX

till,::;;]

Son mantas conformados par fibras sinteticas naturales, degradables y resistentes a los quimicos que habitan en el ambiente natural del suelo. Se emplean donde la vegetaci6n. par sf sola, provee suficiente protecci6n contra la erosion. Los mantas que se emplean para estos casas tienen las propiedades necesarias para reforzar la vegetaci6n y proteger el suelo, bajo las condiciones naturales del sitio. Su durabilidad a longevidad fimcional es menor a los 36 meses.

ESPECIFICACIONES TtCNICAS DISENADAS ESPECIALMENTE PARA ESTRUCTURAS EN SUELO REFORZADO

CONTROL DE EROSION

o

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Il-

0:

..•

~

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...

~

~

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rn

z

~ a

~

~

~

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~

Q n

z

~

~

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~

1(XX) hr)

Calrulado

Calrulado

fblloarea

Medido

NORMA Medido

Observada

Calrulado M~todo ECTC #4

Calculado CalcuLado

Gran !'Scala Gran €'Scala

NORMA

ASTM D6566 ASTM D6525 ECTe ASTM 04355

NORMA

ASTM D6818

ASTM D6818

NORMA

Peso de los mllos

PRESENTAClQN Rollo andlO Rollo Largo

Lon9f".'idad fundonal

Germinaci6n de las semillas'

Mayor a O.6m

EntreO.15 - U6m

Menoro igual a 0.15 m

Profundidad de flujo

"n " de Manning

Velocidad admisible

Esfuerzo coltante'

PROPIEDADES DE DESEMPEND

Color

Espesor Penetrad6n de la Iuz Resistencia UV (% Retenido

PROPIEDADES FJSICAS Masa par unidad de ~rea

Eiongaci6n

Sentido transversal

Elongaci6n

Resistencia a La tensi6n Sentido longirudinal


m' kg

UNlOAD m m

%

UNIDAD p, m/,

% %

mm

glm-'

UNIDAD

%

kNlm

%

kNlm

UNIDAD

MANTO PERMANENTE TRM 500

18

2S 50

2.0

TRM 500

470 <10anos

0.m8

0.03 0.03 - 0.018

386 4.5

TRM 500 1

6.81 27.6 90 Verde

300

lRM 500 2

8.8 19.8 9.0 26.7

TRM 5001

fTlUlO"i

NOTAS

en 5000 refou3do.

de canales Imermilentes.

Calrulado como porcentaJe dellnoemenlo en Ia bloma'iiJ media de ia piantaconla5emlliade ~IO fetucasembri!do entierraorg.1nlGlluegode 21 dldsde 5lefT"bfll_

l.J velocldad moWma admlSlble yel e5fuerzo coftame ha sldo obtenldo
l05 Valores VMPR, indlc
Los VilIore5 de Ia5 propledade5 de e5la e5peclfio:
FachiKl3S de

L. R~!llmlento

ProtecdOn de taludes.

PRINCIPALES APLICACIONES

La matriz del manto perrnanente TRM sao esta conformada par fibras lacm. estabilizadas de poIipropilenq cdocadas dentro de dos mallas biorientadas estabilizadas contra rayos IN. Su espesor es homogeneo en teda el area del manto. Es resistente a los qulmicos que normalmente habitan en el ambiente natural del suelo. Este tipo de manto se instala donde la vegetaci6n natural, par sl sola, no esta en la capac dad de resistir las condiciones de f1ujo, ni provee la protecci6n suficiente para la erosiOn a largo plaza.

ESPECIFI CACIONE STtCNICAS

CONTROL DE EROSION

" ~ o

i,

I<

.. lil'

~

\n

...

CW02215

NORMA

INTEGRIDAD ESTRUCTURAL

''"'

GRI-GG2-87

ASTM D1388

Rigidez flexural'

d . loro::1tud

ru ci!d;I brlu r..

•. fle<.i
i

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y.

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~/;!y:~~'7¥~:fJ;:~''''~~ . fc.,.,.})..Pd'~i-" ~' 0¥

.~'?'"

• Protecci6n de ruberCas y oleodUClos.

· Protecci6n de riberas de rlos. · Control de ermi6n en [oslas.

· Protecd6n de estribos de puentes sabre GlUces de rfos. · Protecci6n y moformad6n de perimetro de canales.

· Protecci6n de geoestnx:turas.


Reslst""da • Ia pl!rcfd. de Ulpaddad 0 Irt'9'ldad ..truaurill ruande I. mue
millm ~O'I

de 11...-.;f..-1'f"d. de ciI'ga de«>min.rl1 de
4 R"..st""d;l. Ia rt9 dlltfil!l!U rili del",mhaOO de ..-.:u",OO COO I. AS1M 0537<. u.....oo muew ... de 86-4

~dad

SentiOOlrilnS_s.1I

Smndc ."..:}tud nal

VilIorE< 1M PR (Vil lar mlnlroo prnmedlo ru roIlo)_

19m

16m

99m'

Medido

Calculado

Rollo largo Rollo ~rea

NOTAS

Urn 61m

1.3m

HOPE

Medido

HOPE

P-UX200M

P-UX200M 100% 98 hrs

""

4.500.000 mg-cm

100 kN/m

Rollo ancho

Fabricante

llpo de polfmero

98 hrs

ASTM 04335 P-UX100M

100%

NORMA

P-UX100M

NORMA EPA 'X)(X)

FfslCAS

DURABILIDAD Resislencia a la degradaci6n a largo plazo' Resislencia a Ia degradaci6n lJII"

SOO.(XX) mg-cm

4BkNlm

GRI-GG2-87

las juntas' Eficiencia en las juntas'

~sislen(iaen

P-UX200M

""'

6,",

P-UX100M

(142/15) mm

(147/15}mm

Medido

Tamano de abertufil (SlJ5TY Area abierta

P-UX200M '

NORMA

PROPIEDADES fNDICE

P-UX100M 1

DISENADAS ESPECIALMENTE PARA SISTEMAS DE CONTROL DE EROSI6N

o

"

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I<

0:

GEOMALLA UNIAXIAL GEOCOLCHONES ~.. ESPECIFICACIONES TtCNICAS •

~

en

...

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~

~

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z

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~

~

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~

Q n

z

~

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>

I

ASTM 03786

NORMA ASTM 0475 1

Res istenci" al rasgado trapezoid31

Resistencla al estallido - Metodo Mullen Burst

PROPlEOAOE5 HIORAUUCAS Tamalio de abertura aparente Permilividad

PROPIEDADE5 FfslCAS

rmxed l m~" ' o,

'----.

Una vez clefimdo. ~

Dimensiones

Tipo de pollmero Aneho de vtilvula de lIenado Largo valvula de Ilenado Abe rtu ra valvu la de lIenado (osturil de BoISilcreto (ilp;lddad aproximada

~ ... ,

s,eogun uda ref.,mcOl<

(1.20 x 2.40) m / (1.85 x 2.70) m

1 m'/2m'

50em 22 em Doble

35 em

Polipropileno

(1.20 x 2.40) m 1 (1.85 x 2.70)

35 em SOem 22 em Doble 1 ml/2ml

Polipropileno

1401/1402

140111402 0.30 mm (Tamiz N." 50) 0.30 s·,

1101/1102 0.30 mm (Tamiz N" 50) OJI5·' 1101/1102

2285 kPa

1730kPa

de Inst. I..:>6n. e. 'mportan~ detf'fm in.. eI llpO d~ Sol"'crl!tO i

Medido

Medido Medido

Me~:1ido

Medido Medido

NORMA

ASTMD4491

390 N 260N

300 N

Res islencia al punzonamiento 250 N

650 N

4 70 N

1401/1402

1101/1102

NORMA ASTM 04632 ASTM 04833 ASTM 04533

Res istencia a la tensi6n

PROPIEDADES MEcANICAS

m

. .U

•

.,.pmmod'" de 100 IoI
_ _ l<>
Sellado ilutomtineo,

Permeable y liviana de fticil milnejo y ttansporte a lugares de dlflcil aceeso.

Formaleta flexible de alta permeabilidad y fiexlbilldad porque se acomoda en el proceso de lIenado a la superfide del terreno,

VENTAJAS Y BENEF1Cl0S

Construeei6n de estructuras como: Espolones, rompeolas, diques, presas ta ludes, p,lares, muros y realces

ProtecelOn de taludes contra la erosiOn

Obras de protecei6n de mtirgenes y riberas de rios.

CAMPOS DE APUCACION

Las formaletas flexibles son elaboradas a partir de cintas planas de polipropileno que forman un textil de excelentes caracterfsticas de ingenierfa y se fabrican de acuerdo con las dimensiones y especificaciones establecidas par el cliente para optimizar el manejo, usa e instalaci6n en obra. EI tipo de tejido permite la salida del agua de amasado con facilidad. favoreciendo asf el fraguado inicial de la mezcla. Los paras tienen un ramana 6ptimo para retener la pasta de cementa de la mezcla, sin que se presente perdidas de cementa.

ESPECIFICACIONES TtCNICAS FORMALETA FLEXIBLE

BOLSACRETO

o

" ~

i,

I<

.. lil'

~

...

25 kNim 21% lOlON JOON 586 N

ASTMD4632 ASTM 04533 ASTM 04833

U39s·'

ASTM 04491

34 em

17.6cm' 168mm

10000 17.6cm' 168mm

NORMA Medido Cak:ulado Cak:ulado

PUNTOS DE FILTRACI6N Separaci6n de puntos Area del rx.Jnto Perfmetro

0.47 mm

6000 31cm

O.46mm

ASTM D5199

220 grim'

N"oo

lBOgr/m

ASTM D5161

10000

PET

10000 0.15mm 13061/minlm' U45 s·'

520 N 880N

21.5% 1900N

60 kNlm

10000

6000

,

109211min/m'

ASTM 04491

NORMA

6000 O.30mm

NORMA ASTM 04751

ASTM 04595

6000

NORMA ASTM 04595

PRQPIEDADES FfslCAS TIpo de polfmero Masa por unidad de area Espesor

PROPIEDADES HIDRAuLiCAS Tamafio de abertura aparente Tasa de flujo PermitMdad

PROPIEDADES MECANICAS Resistencia a la tensi6n/tira ancha Elongaci6n a la rotura Resislfflcia a la teosi6n grab Resistencia al rasgado trapezoidal Resisteflcia al punzooamiefllo

Presentacion: Ancho: 2.92 m (medido) . largo: 100 m (medido)

Prcrea:rn de Geoestructuras. Muelles. Canales de aguas luvias yriega

"'_~ '-_"""'""""~._' ~'''''''''_~'''''.''D'''~''''''ID'''''

yriberas.

Diques. SaIKlas de alGlnlarillas y descok>.

Teffilplenes de acceso a puente... Prolea:on de taludes

ClIneta ...


Alto desempet'io ante diferentes presiones hidrostaticas por los puntos de filtrack'm. Buen comportamientoa Ia socavacon ygran GJpilcidad de soporte, porque se adapta tacllmenle a los diferenles perfiles del suelu Reduce eI efecto del oIeajey es m~s resistenle a diferenles velocidades de flujo. Minimiza elliempo de construccon porque es liviano y tacil de instalar; no requiere mana de obra ni maquinaria especializada. Flexible, puede serlnstalado en condiciones secao; 0 bajo eI aqua.

VENTAJAS Y BENEFICIOS

simple y econ6mic3 para 1'1 control de erosion. Posee propiedades de alta resistencia y durabilidad.

Es una formaleta flexible en tela sint~tica de doble capa, unida ~r puntas de filtraclon entretejidos que se fabrican con fibras de nylon ylo poliester de alta tenacidad. Aillenarse con concreto de agregado fino 0 mortero fluido, se convierte en una soluci6n

FORMALETA FLEXIBLE

ESPECIFICACION ES TtCN ICAS

FLEXOCRETO

o

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I'.11111,11 I,'

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II

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\I \ 1,1 \I

PA\CO

I"

II I II

Manual de Diseño de Geosinteticos

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