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6 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Para las muestras de polietileno de alta densidad, del proveedor 2 se notó la falta de resistencia a la deformación a largo plazo como se observa en los resultados, llegando en una ocasión a fallar sin poderse tomar la última lectura del ensayo, demostrando una alta deformación con un porcentaje mayor al 18%, en el promedio de los ensayos realizados.
En las muestras de Neoloy® categoría A que fueron expuestas un año a la intemperie, se observan comportamientos de baja resistencia a la deformación a largo plazo; estos ocasionados en gran medida por los efectos ambientales a los cuales estuvieron expuestas, en vista que en la Grafica 4 se observa una diferencia considerable entre la curva de la muestra expuesta 1 año, a la que estuvo expuesta únicamente 2 meses, infiriendo en la pérdida de propiedades por su exposición a la intemperie.
Asimismo, se observa un alto desempeño a la deformación a largo plazo de la Geocelda que proviene del proveedor 1, compuesta por polipropileno de alta densidad, como se muestra en la Tabla 8 los espesores de la Geocelda son mayores comparados a los de las Geoceldas tipo A del proveedor 3 y la Geocelda del proveedor 2, siendo esta propiedad física de la Geocelda importante al momento de determinar su comportamiento al Creep (véase Grafica 6).
Tabla 8 Espesores promedio de las Geoceldas
Tipo de Geocelda Proveedor
Promedio de espesor (mm) HDPE 1 1,525 HDPE 2 1,35 Neoloy A 2meses 3 1,11 Neoloy A 1año 3 1,15 Neoloy C 3 1,48 Neoloy D 3 1,58 Fuente: Autor
Para la muestra 1 (Grafica 2) tomada del proveedor 3, categoría A estando expuesta a la intemperie un años la deformación que llevó a la falla en la Geocelda fue ocasionada probablemente por una leve costra que se tenía antes de comenzar el ensayo, provocando una inadecuada distribución de esfuerzos al interior de la Geocelda llevándola al rompimiento como se muestra en la Figura 23.
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Para la muestra 2 proveniente del proveedor 2 la deformación que se presentó en la Geocelda fue ocasionada además de la temperatura también por la debilidad que se generó en una de las perforaciones para colocar la mordaza metálica inferior como se muestra en la Figura 23.
Figura 23 Falla en las Geoceldas
Fuente: Autor
En las muestras de Neoloy® categoría A del proveedor 3 que fueron expuestas un año a la intemperie, se observó un comportamiento similar a las de polietileno de alta densidad que no estuvieron expuestas del proveedor 2; mientras que para las que estuvieron expuestas únicamente 2 meses se comportaron similarmente en los primeros años; empero, después estas comenzaron a deformarse menos que las descritas con anterioridad.
De manera que, al existir la deformación de las Geoceldas en tan corto tiempo el Factor MIF se vería directamente afectado disminuyéndose; dicha disminución sería determinada a partir del comportamiento de la Geocelda hasta el 3% de deformación, dado que en los asfaltos una deformación mayor a esta ocasionaría falla y rompimiento de este. (PRS GEO-TECHNOLOGIES, 2017)
Basándose en los resultados, para los materiales confinados por la Geocelda del proveedor 2 el incremento del módulo por intervención del factor MIF serán mínimos esto ocasionado por la pérdida de confinamiento que a su vez se traducirá en rompimiento y falla de la estructura de pavimento, mientras que para
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la Geocelda de HDPE proveniente del proveedor 1 tendrá un factor MIF superior a la del proveedor 1 de la cual están compuestas por el mismo material.
Ahora bien, mientras que para las categorías C y D compuestas de Neoloy® del proveedor número 3, se observó un comportamiento muy bueno frente a la deformación a largo plazo siendo este el material que mejor se comportó a lo largo de los ensayos sin llegar a la falla del 3% de deformación en ninguna de las dos categorías mencionadas (véase Grafica 3), por esta razón las Geoceldas tendrían un factor MIF de incidencia alta en el módulo del material a confinar, pues como se muestra en el círculo de Mohr (ver Figura 24) Según Han (Han, 2008-2012) el confinamiento crea una cohesión aparente teniendo en cuenta la modificación en los esfuerzos normales al material granular, que únicamente se tiene si el material de la Geocelda a lo largo de la vida útil del proyecto resiste las deformaciones producidas por los esfuerzos, logran cumplir estas limitaciones del MIF únicamente las Geoceldas de Neoloy® categorías C y D del proveedor 3.
Figura 24 Circulo de Mohr de material granular con y sin refuerzo
Fuente: (PAVCO MEXICHEM, 2012)
Al comparar las categorías del material Neoloy® se observan la gran importancia que tiene tanto el espesor del material (véase Tabla 8) como la resistencia a la tira ancha del mismo, dado que se observa un mejor comportamiento en la Geocelda que tiene una mayor resistencia y mayor espesor mostrando un comportamiento alto al Creep, consecuencia de esto aumentando el factor de aumento de módulos que es tan significativo a la hora de diseñar estructuras con esta metodología de Geoceldas.
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Ahora bien, al finalizar los ensayos se determinó un tiempo racional para hacer la descarga de las Geoceldas, en ese tiempo se observó un comportamiento importante en el cual las muestras se comenzaron a regenerar disminuyendo las deformaciones que se tenían al final, este efecto se estableció para las Geoceldas que no fallaron, mostrando un comportamiento “elástico” pero al igual manteniendo un grado de deformación plástica, por lo que se determina un comportamiento viscoelástico lineal, en el cual existe una deformación elástica inicial causada por los esfuerzos generados sobre ella, seguida por una deformación retardada que depende del tiempo, conocida como fluencia del material. Puede existir algo de flujo permanente en el material en especial cuando se le aplican altas cargas.
En el comportamiento viscoelástico lineal cuando se le dejan de aplicar esfuerzos al material, este comienza con un proceso inverso existiendo una cierta recuperación al instante, continuada por una recuperación a lo largo del tiempo recobrando fluencia dependiente del tiempo, el material puede llegar o no a las dimensiones originales. Si en el proceso de carga se produce flujo permanente existirá una deformación residual aun cuando ya se le deje de aplicar la carga. (Álvarez, 2013)
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7 CONCLUSIONES
Las Geoceldas poliolefinas se pueden considerar un excelente refuerzo en las estructuras de las vías siempre y cuando cumplan con algunas especificaciones, como lo es la resistencia a la deformación a largo plazo, entre otras. Para las Geoceldas ensayadas el mejor comportamiento fue obtenido por el material de compuesto Neoloy®.
El espesor de las Geoceldas tiene una alta influencia en el comportamiento a la deformación, pues como se observó a lo largo de los ensayos los materiales del mismo compuesto, que tenían espesores mayores, resistieron más a los esfuerzos ejercidos por las pesas arrojando datos de deformaciones menores en todos los casos.
Teniendo en cuenta los resultados de los laboratorios el factor de incremento de módulos MIF, está conectado directamente con la resistencia al Creep pues si se pierde el confinamiento por grandes deformaciones en las Geoceldas, el aumento será nulo y el comportamiento del material granular perteneciente a la estructura de pavimento será el mismo que si no se considerara reforzado, disminuyendo su módulo, siendo necesario un espesor mayor para cumplir con las condiciones de la estructura.
En el ensayo se consideró una carga de 4.4Kn/m, la cual mostró los esfuerzos que se presentaron al interior de una Geocelda colocada en una subbase granular, esta carga se trasfirió a lo ancho de la celda mostrando una distribución de esfuerzos lo más acorde a la realidad pues, las Geoceldas con las cargas cíclicas ejercidas sobre el pavimento tiene que soportar esfuerzos de tracción.
En las Geoceldas que fallaron antes de tomar las últimas mediciones, siendo esto probablemente debido a una falta de distribución adecuada de esfuerzos, lo cual conllevo a sobre cargar las otras partes de la muestra, las cuales no soportaron la carga a la cual estaban expuestas y fallaron.
Todo material polimérico que este expuesto a la intemperie por mayor resistencia que posea sufre la pérdida de propiedades, ya que la Geocelda que se ensayó del mismo material y categoría pero con diferente tiempo de exposición a los efectos causados por la naturaleza (rayos UV, aire, agua, entre otros), mostró una deformación menor a la que llevaba 1 año bajo estas condiciones.
El comportamiento a las deformación del polietileno de alta densidad HDPE expuesto a altas temperaturas, es bajo en comparación al material Neoloy®, por esta razón se podría determinar que las Geoceldas de HDPE si bien tienen un comportamiento regular, no pueden ir en la capa de base de las estructuras de pavimento dado que en estas se podrían tener temperaturas como las ensayadas
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en el “SIM Test” o superiores, generando una doble deformación la cual sería por tiempo y otra por temperatura conllevando a la falla en un periodo de tiempo muy corto.
Para determinar el factor de aumento de módulo es necesario conocer la resistencia del material de la Geocelda a la deformación a largo plazo, toda vez que es una parte vital para lograr cumplir con un alto desempeño durante toda la vida útil de la estructura de pavimento reforzada con Geoceldas.
Las Geoceldas compuestas por Neoloy® con una resistencia a la tira ancha de 15kN/m son las más adecuadas para lograr un mejoramiento de subrasantes, en cuanto estas también tienen la capacidad de ser utilizadas en los granular cercanos a la carpeta asfáltica disminuyendo espesores, recomendándose la utilización de estas mínimas propiedades para dar garantía del buen funcionamiento, serviciabilidad y la operación a largo plazo de las estructuras donde intervengan las Geoceldas.
Con este tipo de proyectos se genera un estímulo a la utilización de nuevas tecnologías y materiales en los proyectos de infraestructura del país, contribuyendo así a serviciabilidades altas con periodos de diseño superiores a los obtenidos con estructuras convencionales, a la disminución de costos de reparación y mantenimiento, asimismo, el incentivar a que los proyectos sean ambientalmente sostenibles disminuyendo materiales granulares de canteras.
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8 RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar estudios más concretos y profundos acerca del comportamiento de las Geoceldas, frente a otros factores ambientales como altas humedades, temperaturas bajas, entre otros, que puedan afectar el desempeño de dichos materiales.
De igual manera; es recomendable hacer un análisis de la muestra de Neoloy® categoría A, sin ninguna exposición a la intemperie, además de realizar el ensayo con muestras de HDPE expuestas mínimo 6 meses a los factores ambientales sin ningún tipo de recubrimiento para observar el comportamiento de la perdida de propiedades frente a dichos efectos.
Asimismo, en cuanto sea posible se recomienda realizar el ensayo únicamente al material de composición de la Geocelda (sin perforaciones), para conocer que tanto influyen las perforaciones y su distribución, en las deformaciones que se reportan a lo largo del laboratorio.
Ahora bien, el laboratorio donde se realizaron los estudios aún no se encuentra certificado en el ensayo de la norma ASTM D-6992, por lo que se recomienda no tomar los valores exactos de las deformaciones para incluirse en las fichas técnicas, sino más como un comparativo del comportamiento de cada Geocelda según el tipo de material y espesor, aclarando que dichos valores incluidos en las fichas técnicas son los obtenidos en la producción de los materiales haciéndole ensayos a varias muestras de diferentes lotes.
Es de anotar que se recomienda al momento de diseñarse una estructura de pavimento reforzada con Geocelda, comprobar el factor de aumento de módulos MIF con las deformaciones a largo plazo que el material tenga, dada su proporcionalidad con el comportamiento óptimo de la estructura.
Finalmente, es importante observar el comportamiento de otros materiales y/o categorías de Geoceldas en el mercado Colombiano, por lo que se recomienda realizar este test en la categoría B de Neoloy®, al sistema Geoweb® (compuesto por HDPE), entre otros materiales y sistemas existentes en el país.
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ANEXOS
Anexo A Bitácora utilizada en los ensayos
Anexo C Bitácoras de cada una de las muestras
Anexo B Determinación de la superposición Tiempo-temperatura