Consideraciones de diseño con geosintéticos:

Koerner describe 3 metodologías de diseño: 1) Por costos

2) Por especificaciones 3) Por función

Las dos últimas metodologías son las más utilizadas en ingeniería y están relacionadas con cambios en el diseño ingenieril. Se describen a continuación:

Por especificación

En este caso, la función del geosintético es seleccionada y las especificaciones están escritas para satisfacer las funciones, de acuerdo con las especificaciones dadas en las políticas de la entidad; en el caso particular de Colombia, son las normas del INVIAS26_,

desde la INV E – 901 hasta la INV E – 910.

Los geosintéticos deben cumplir los requerimientos presentados en la Tabla 1.7., teniendo cuidado al comparar los valores, ya que algunos fabricantes presentan algunos valores promedios y no exactos del producto.

26 _{INSTITUTO NACIONAL DE VIAS (INVIAS). Normas de Ensayos de Materiales Para Carreteras 2002.}

Tabla 1.7. Propiedades de los geosintéticos y métodos de ensayo

PROPIEDAD ENSAYO VALOR TÍPICO

Resistencia a la abrasión ASTM D1175,D4886

ISO 13427 ---

Apertura aparente ASTM D4751

INV E – 910 ---

Masa por unidad de área ASTM D5261

INV E – 904 150 – 750 g/m

2

Clogging ASTM D5084,D5101 ---

Creep ASTM D5262 ---

Resistencia a tracción ASTM D1388

INV E – 901 1000 – 25000 mg . cm

Propiedades de fricción ASTM D5321 ---

Permeabilidad ASTM D4716

INV E – 905 3E-9 – 2E-6 m2/seg

Resistencia al

punzonamiento

ASTM D4833

INV E – 902 ---

Resistencia de juntas ASTM D4884

INV E – 907 ---

Retención de suelo ASTM D5141 ---

Gravedad específica ASTM D792

ASTM D1505 PVC = 1.69 Polyester = 1.38 – 1.22 Nylon = 1.38 – 1.22 Polietileno = 0.9 – 0.96 Polipropileno = 0.91 Espesor ASTM D5199 INV E – 906 0.25 – 7.5 mm

La AASHTO M288 sugiere los siguientes pasos, para la determinación del geotextil:

 Propiedades de la subrasante: resistencia, nivel freático, clasificación y sensitividad.

 Comparar con los valores de la Tabla 1.5. o con políticas locales.

 Diseñar el pavimento sin considerar el geosintético.

 Determinar la necesidad de traer otro material para una capa interfase base/subbase, si es necesario; determinar el espesor (t1).

 Determinar la necesidad de formar una plataforma de construcción. La FHWA recomienda las tablas de la USFS, “espesor Vs presión de inflado y resistencia de la subrasante” (t2).

 Chequear que el criterio de filtración del geosintético a usar, incluye el tamaño de abertura aparente, permeabilidad, y el 95% de la abertura (diámetro donde se retienen el 95% de las partículas), que se comparan con un mínimo estandar o propiedades del suelo.

 Determinar el criterio de sobrevivencia al proceso de construcción, de acuerdo a la Tabla 1.8.

Tabla 1.8. Relación de supervivencia del geosintético a la construcción

CBR < 1 1 – 2 > 3

Presión de contacto > 50 PSI < 50 PSI > 50 PSI < 50 PSI > 50 PSI < 50 PSI

Espesor < 10 cm NR NR 1 1 2 2 Espesor < 15 cm NR NR 1 1 2 2 Espesor < 30 cm NR 1 2 2 2 2 Espesor < 45 cm 1 2 2 2 2 2 Nota: NR = no recomendado 1 = alta sobrevivencia 2 = moderada sobrevivencia

 Seleccione el geosintético que cumpla o exceda los requerimientos de la AASHTO M288

Los procedimientos de colocación están estandarizados en la AAHTO M288 – 99, incluyendo especificaciones de construcción. Holtz recomienda que estos procedimientos pueden cambiar con las condiciones locales; en el caso particular de Colombia, se debe cumplir con el Articulo 820 de las especificaciones de construcción del Instituto Nacional de Vías (INV).

Por función

Está de acuerdo con procedimientos mecanicistas. El diseño propuesto por Koerner es de esfuerzos permisibles, por lo tanto, se requieren los esfuerzos producidos por cada mecanismo de falla y la elección del geosintético se hace con base en estos esfuerzos y con algunos factores de seguridad que contemplan comportamientos inesperados: daños al colocarse, creep, degradación química y biológica. Este diseño busca la reducción en el espesor de la estructura, caso en el cual, esta se debe tener en cuenta en el análisis de costos del ciclo de vida del pavimento. El uso de geosintéticos, por lo general, reduce el uso de otros materiales y su elección depende del cumplimiento de los requerimientos exigidos basados en el deseo del desempeño del geosintético.

Este método requiere que el diseñador sea capaz de estimar las funciones principales y las secundarias, medidas para la aplicación que se está considerando, para lo cual se requiere ser capaz de analizar el comportamiento del geosintético en el campo. Actualmente no existe una metodología para predecir este comportamiento, pero Koerner proporciona

algunas técnicas para estimar los requerimientos y valores de las propiedades del geosintético. Por lo que, el diseño por especificaciones es el más utilizado hoy en día.

1.5.5 ENCAPSULACIÓN DE SUELOS27

Es una técnica utilizada para mejorar fundaciones de suelos que son sensibles a la humedad, sin embargo, es poco usado en carreteras debido a los grandes volúmenes que se manejan. La idea es mantener los suelos finos con un contenido menor al óptimo, donde la resistencia es alta.

La técnica consiste en realizar una excavación en el sitio donde se encuentren los suelos sensibles a la humedad; posteriormente, la excavación es regada con emulsión asfáltica para proporcionar impermeabilidad en caso de que la membrana sea perforada durante la construcción del relleno, y adherencia en caso de fuertes corrientes de viento en el momento de la construcción; luego, se coloca la membrana que va a contener el relleno. La primera capa del relleno debe ser la necesaria para que el equipo no desplace el material de abajo ni dañe la membrana; al finalizar el relleno, se tapa la capa de suelo encapsulado con la membrana, se rocía nuevamente emulsión asfáltica y se coloca una capa de arena limpia encima, para que el equipo no la dañe al construir las capas superiores.

La confiabilidad de esta técnica para mantener la capacidad portante constante en largos periodos de tiempo es desconocida, por lo que esta técnica no es sugerida para carreteras principales, a menos que no haya otra técnica disponible. Si es usada, el diseñador debe ser cuidadoso con el programa EICM, para predecir cambios de humedad a lo largo del periodo de diseño; por lo anterior, el Módulo Resiliente (Mr) usado en suelos encapsulados se toma constante a lo largo del periodo de diseño del pavimento.

1.6 EJEMPLO DE APLICACIÓN

A medida que se trata cada tema de esta Tesis de Grado, se irá estructurando un ejemplo de aplicación, que culminará en el diseño de un pavimento rígido nuevo. En consecuencia, en cada Capítulo se indicarán los parámetros que correspondan al tema.

Las propiedades de una subrasante hipotética sobre la cual se va a construir el pavimento, se describen a continuación, en la Tabla 1.9:

27 _{AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIAL}

(AASHTO) – NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAM (NCHRP). Mechanistic – Empirical Pavement Design Guide 2002 – Project 1 – 37 A, Part 2 – Design Inputs, Chapter 1 – Subgrade/Foundation Design Inputs. Estados Unidos. 2002. pag 35