ITC INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN, A.C.
LOS G E O T E X T I L E S Y SI APLICACIÓN EN LAS CARRETERAS .
TESIS PROFESIONAL
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO CONSTRUCTOR
P R E S E N T A :
LAURA ELENA SANCHEZ GARCIA
D I R E C T O R D E T E S I S :
ING. HECTOR S. SANDOVAL VALLE
LICENCIATURA EN INGENIERÍA DE CONSTRUCCIÓN CON RECONOCIMIENTO DE VALIDEZ OFICIAL DE ESTUDIOS
DE LA SEP SEGÚN ACUERDO No. 952359 DE FECHA 15 DE NOVIEMBRE DE 1995
MEXICO, D.F. MARZO 199')
ITC INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN, A.C.
LOS GEOTEXTILES Y SU APLICACIÓN EN LAS CARRETERAS.
TESIS PROFESIONAL
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO CONSTRUCTOR
PRESENTA:
LAURA ELENA SANCHEZ GARCIA.
DIRECTOR DE TESIS
ING. HECTOR S. SANDOVAL VALLE
LICENCIATURA EN INGENIERÍA DE CONSTRUCCIÓN CON RECONOCIMIENTO DE VALIDEZ OFICIAL DE ESTUDIOS
DE LA SEP SEGÚN ACUERDO No.952359 DE FECHA 15 DE NOVIEMBRE DE 1995.
MEXICO D.F. MARZO 1999
LOS GEOTEXTILES Y SU APLICACIÓN EN LAS CARRETERAS.
ÍNDICE.
I INTRODUCCIÓN. Pág. 9
II GEOTEXTILES. 11
2.1 Generalidades. 11
2.2 Propiedades de los geotextiles. 12
2.2.1 Propiedades Físicas 12
2.2.2 Propiedades Mecánicas. 13
2.2.3 Propiedades Hidráulicas. 16
2.2.4 Propiedades de Durabilidad. 17
III USOS DE LOS GEOTEXTILES. 18
3.1 Separación e Impermeabilizado!!. 18
3.2 Refuerzo y Armado. 18
3.3 Infiltración. 20
3.4 Drenaje. 20
3.5 Control de Permeabilidad. 21
3.6 Contención y Confinamiento. 21
IV APLICACIÓN DE LOS GEOTEXTILES EN CAMINOS NO PAVIMENTADOS.
4.1 Consideraciones de diseño . 22
4.2 Funciones del geotextil. 23
4.3 Pruebas de placa con geotextiles. 26
4.4 Pruebas de carga con un camión usando geotextil. 27
4.5 Pruebas de carga con un camión sin usar geotextil. 30
4.6 Función de geotextil durante las pruebas de carga. 31
4.7 Fórmulas de diseño. 32
4.8 Propiedades mecánicas del geotextil. 34
4.9 Curvas de diseño. 35
1
V GEOTEXTILES EN LA CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS. Pág. 38
5.1 Especificaciones para geotextiles usados en pavimentos. 38
5.2 Requerimientos de construcción e instalación de geotextiles. 42
5.2.1 Instalación de geotextiles experiencia con contratistas. 45
5.3 Pruebas de durabilidad de una carretera reforzada con geotextiles. 46
5.3.1 Estudio de durabilidad de una carretera reforzada con geotextiles en
Francia. 49
5.4 Abrasión y daños a los geotextiles usados en carreteras con gravas. 52
5.5 Pruebas y resultados de los geotextiles extraídos de una autopista. 55
VI USOS DE LOS GEOTEXTILES EN MEXICO. 65
6.1 Construcción de la carretera Minatitlán-Coatzacoalcos. 65
6.2 Características regionales, estratigrafía y propiedades. 66
6.3 Consideraciones de diseño. 68
6.4 Procedimientos de construcción. 69
6.5 Resultados. 78
Vil CONCLUSIONES. 79
Vil BIBLIOGRAFÍA. 81
2
AGRADECIMIENTOS.
A mi MADRE por ser el apoyo y pilar escencial de mi vida con todo mi amor, respeto/
admiración y agradecimiento.
A mi PADRE con agradecimiento, amor y carino por todo lo que ha hecho por mi.
Al Señor Don ARTURO L. C. que ha sido para mi un motivo diario de superación y lucha con
todo mi respeto, amor y agradecimiento.
A mi esposo ING.SERGK) CONTRERAS PAVÓN con todo mi amor y cariño.
Al ING.HECTOR SANDOVAL VALLE por la dedicación y esfuerzo, para la realización de la
presente tesis, con mucho agradecimiento.
A mi hermana ALEJANDRA con todo mi amor y carino.
A mi hermana MAYRA.
3
A mis sobrinos RICHARDT, GERHARDT y FRANZ, por que algún día lleguen a ser alguien en
la vida y sean muy exitosos.
A mis abuelos ANGELA y SAMUEL (Q.E.P.D.)
A mis tíos PATY y RICARDO VERA con todo mi amor y agradecimiento.
A mi tía SYLVIA.
A mis tíos LOLITA y PEPE (Q.E.P.D.)
4
AL C.P. GUILLERMO FERNANDEZ URBAN con agradecimiento y cariño.
Al ING. JORGE HERNANDEZ BUSTAMANTE y a la SEÑORA HILDA.
A mis amigas de siempre ANA MA. MONTIEL LOPEZ
ROSA MA. AVILA DE MORALES Y HUMBERTO.
MA.LUISA GOMEZ LARA.
ANABEL BAEZ RUIZ.
Y A SUS RESPECTIVAS FAMILIAS.
A los INGENIEROS MIGUEL JASSO CORONADO.
MANUEL MEJIA JIMENEZ.
FRANCISCO SOTO GOMEZ.
SANDRO ZEDILLO BETANZO
A todos mis compañeros de generación. 5
A las instituciones que me formaron COLEGIO HUMBOLDT DE PUEBLA.
UNIVERSIDAD DE LAS AMERICAS PUEBLA.
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN
A la LIC. GRACIELA OLMOS MAGALLANES con toda mi amistad.
6
B/ C Í I C
° L ' O T E C A SINOPSIS.
La Tesis habla acerca de un material llamado Geotextil, de sus propiedades, usos y la forma en
que se relaciona en las carreteras.
JUSTIFICACIÓN.
Con el avance de la época moderna, surge la necesidad de cambios en todos los ámbitos sociales.
Dentro de la Industria de la Construcción surgen nuevos materiales y métodos para hacer más
eficientes las obras logrando de ésta forma su optimization .Uno de éstos materiales nuevos son
las telas sintéticas llamados GEOTEXT1LES.
Elegí éste tema debido a que es muy importante que se conozcan las nuevas attemativas que
surgen día a día, así como también para conocer más a fondo las propiedades, características y la
forma en que trabajan los Geotextiles.
En la presente tesis, se estudia al Geotextil y su aplicación en las carreteras. Sin embargo, existen
diversas aplicaciones con dicho material como son: en ios taludes, como retenciones en macizos
rocosos, etc.
OBJETIVOS.
Conocer acerca de las propiedades y características de los geotextiles. Así como los usos,
aplicaciones y experiencias obtenidas en México y otros países de Europa y Norte América.
7
METODOLOGÍA.
El presente trabajo se elaboró basándose en lo siguiente:
Información de Textos.
Entrevistas con personas que tienen experiencia con los Geotextiles.
Secretaria de Comunicaciones y Transporte
Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos.
Sociedad Mexicana de Mecánica de Rocas.
Grupo COPACA (Dedicado a la elaboración de Geotextiles).
Internet.
8
I. INTRODUCCIÓN.
La explosión demográfica ha originado problemas económicos y sociales un tanto difíciles de
resolver sistemática y eficientemente. Tales problemas repercuten en todos los sectores, de aquí
que surja la necesidad de dar una solución a corto plazo.
Dentro de la industria de la construcción y en particular en las obras de beneficio social, tales
como las carreteras, presas, vías terrestres, sistemas de alcantarillado, entre otras, se ha ido
llevando a cabo una transformación radical en los métodos constructivos y en algunos materiales
que constituyen la obra en general.
En esta transformación se da consecuencia de que los materiales para la integración de las
obras son escasos, costosos o lejanos del lugar en donde se construye.
Por tal motivo se han llevado a cabo estudios sobre diferentes materiales, para tratar de
substituirlos por otros artificiales que cumplan con las propiedades de los primeros; pero que de
alguna u otra manera resulten mas económicos, fáciles de instalar, etc..
El contenido de esta tesis trata de un material sintético llamado Geotexlil, el cual es usado como
material constitutivo en las obras civiles.
En tiempos recientes se han utilizado en obras de Ingeniería Civil como ya se mencionó, un
substituto de los materiales que comúnmente se emplean en procesos constructivos.
Los Geotextiles se comenzaron a usar a principios de la década de los años 70, como un
material constituyente en diversas obras de ingeniería.
Surge la necesidad de obtener tierras firmes en suelos blandos, mantener la estabilidad de obras
marítimas, usarlo como un elemento paralelo en la construcción de vías terrestres, etc
Los geotextiles son un compuesto de polímeros de gran resistencia a la tensión, que aumenta la
capacidad de carga de los suelos blandos para uniformizar asentamientos diferenciales,
incrementa la resistencia a la descarga de sólidos finos en infiltraciones de agua, estabiliza
terraplenes, haciendo posible la verticalidad de estos, etc.
9
En el capítulo segundo ,se habla de las generalidades de los geotextiles, es decir de sus
características físicas, mecánicas, hidráulicas, su durabilidad, etc.
En el tercer capítulo se habla de ios usos de ios geotextiles sus características de armado,
separación, infiltración, drenaje, control de permeabilidad, contención y así como de su
confinamiento.
El cuarto capítulo es acerca de los geotextiles en caminos no pavimentados. Se habla acerca de
sus consideraciones de diseño y algunas pruebas realizadas.
El quinto capítulo es sobre la construcción de carreteras, aquí se ven ciertas especificaciones,
requerimientos de construcción, instalación de los geotextiles y como son afectados atraves del
tiempo.
El sexto capítulo es sobre la carretera MinatitJán-Coatzacoalcos, este es un caso muy específico
de uso de un geotextil en la República Mexicana.
En el séptimo capítulo son las conclusiones, aquí se plasman los resultados y recomendaciones
del trabajo que se llevó'a cabo en la presente Tesis.
10
II. GEOTEXTILES.
Los Geotextiles son telas que tienen diversas aplicaciones en la
Ingeniería sobre todo en trabajos de Vías Terrestres.
Entre los ejemplos más antiguos en los que se puede decir que ya se utilizaban telas como
refuerzo de suelos blandos en carreteras podemos hablar de los Romanos que usaban camas de
varas tejidas antes de colocar los enrocamientos, y aún antes se dice que en Inglaterra 2500 a.a,
existieron caminos construidos con varas y ramas en regiones pantanosas. En el extremo oriente
hay numerosos ejemplos de estructuras reforzando el suelo con varas, raíces, ramas o bambú.
En épocas más modernas el uso de los geotextiles ha cobrado más auge, las primeras
aplicaciones se dieron a raíz de la producción de materiales sintéticos derivados del petróleo.
2.1 Generalidades.
Los Geotextiles son telas sintéticas, elásticas y resistentes que se
utilizan en obras de ingeniería para reforzar los suelos. Siendo estos manufacturados con uno o
más polímeros, los cuales son compuestos derivados de otro por polimerización, es decir, se unen
moléculas de un mismo compuesto para conseguir otro de peso molecular más elevado.
Existen dos tipos de geotextiles, tejidos y no tejidos, los primeros tienen los hilos paralelos de tal
manera que constituyen una estructura como el de las telas comunes, los segundos son telas
manufacturadas por punzonamiento.es decir, se colocan las telas sintéticas en máquinas textiles
las cuales poseen infinidad de agujas y conforme éstos pasan van siendo desmenuzadas y
presionadas para darles la consistencia del material conocido con el nombre de bajo
alfombra.Dentro de los no tejidos se encuentran los termosoldados cuya técnica de manufactura se
rige por la aplicación de altas presiones a una cierta temperatura para obtener geotextiles de
superficies tersas e impermeables.
11
2.2 Propiedades de los Geotextiles
En la ingeniería de suelos, la aplicación de
membranas sintéticas utilizadas como refuerzo a la tension puede ser estudiada a través de sus
propiedades físicas, mecánicas, hidráulicas y otras
2.2.1 Propiedades Físicas.
Peso La prueba común de la A S T M para esta propiedad se
designa como D-1910,el peso de la membrana se expresa por unidad de área kg/m^la
determinación del peso puede hacerse con aproximación de 0 01% del peso del espécimen, y la
longitud y el ancho suelen medirse bajo tensión cero
Espesor,el espesor de una membrana es la distancia entre la superficie más alta y la más baja
del matenal, medida bajo una presión específica, el método D-1777 de la A.S T Myestipula que el
espesor es medido con una exactitud de por lo menos 0 001 pulg (0 02 mm) bajo las presiones
indicadas en la siguiente tabla
Tipo de matenal
Suave
moderado
Firme
ttpo de membrana
cobertores,lanas.geotex
no tejidos
mantas, sabanas, tapetes
Mezclillas.fieltros ,mem
branas de asbesto
presión
0 35-35g/cm2
1 40-1.44 g/cm2
7-700g/cm2
Las membranas para construcción no se incluyen en la tabla debido a que el espesor se vuelve
muy importante cuando se requiere en el calculo de otra propiedad de la membrana
12
Compresibilidad -
El espesor de una membrana responde a la variación de una presión en
forma similar, para la prueba de compresibilidad, en geotecnia, la pendiente de la curva resultante
es un modulo de compresibilidad A este ultimo se considera un índice de propiedad física-
mecanica
2.2.2Propiedades Mecánicas
Se denominan propiedades mecánicas de los geotextiles a las siguientes características
resistencia a la tensión , modulo de deformación inicial, endurecimiento o tenaadad, resistencia al
rasgado, resistencia al Punzonamiento y a la abrasión
Resistencia a la tensión Conocida como la resistencia de Grab, se mide con la prueba de
resistencia usada comunmente en textiles con los métodos D-1682 y D-751 de la A.S T M , en la
cual solamente una parte del ancho del espécimen es sostenida entre abrazaderas y ensayado
hasta la falla
Las relaciones esfuerzo-deformación se muestran a continuación
iA rTsr c
/\\\¿Y\\\ (
I «(*>
a Resist última b Elongación c pend de curva esfuerzo deformación
13
La resistencia a la tensión: es el máximo esfuerzo que soporta la muestra de la membrana. La
deformabilidad bajo tensión (módulo de grab),dicho módulo de deformación, influye en la capacidad
de soporte del geotextil en la gráfica esfuerzo-deformación, el módulo de grab es la pendiente
inicial de la curva.
Tenacidad: es el trabajo necesario para llevar una muestra a la falla, esto representa la
capacidad del geotextil para soportar artas deformaciones así como también esfuerzos; es el área
bajo la curva de resistencia de grab.
Resistencia al rasgado:
También es conocida como rasgado trapezoidal, es la fuerza
requerida para evitar la propagación de la ruptura de algunas fibras del geotextil, se mide con la
prueba D-2263 geotextil de la A.S.T.M.jque consiste en insertar una muestra trapezoidal de una
membrana en una máquina de prueba de tensión, con el objeto de que las fibras sean llevadas
progresivamente al rasgado, para comenzar el proceso se hace un corte inicial de 5/8".
^ - N . A
S' B
í >^ A
\ B
i
*¡r A
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Figura que muestra el corte de 5/8".
14
Resistencia al punzonamiento:
Es la fuerza que se opone a la penetración del material a través del geotextil; previene al
punzonamiento que pudiera ocasionar el balasto de aristas afiladas, previene la filtración de
suelos finos hacia el balasto y viceversa la resistencia al punzonamiento se mide con la prueba de
penetración D-751 A.S.T.M. , que consiste en incrustar una varilla de 5/16" en una muestra del
geotextil anclada en un molde de 11/2".
1 I l^SVAWft
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r^wvvvwvsa
Prueba de resistencia al punzonamiento.
Resistencia a la abrasión:
Se define como la resistencia a la fricción a largo plazo, se
estudia para prevenir la formación de oquedades producidas a largo plazo por estar en contacto
con el agregado. Se estudia con la prueba Tabor de abrasión D-1175 A.S.T.M., que consiste en
aplicar una carga dinámica de f=100newtons y w=1000g, sobre un agregado que a su vez esta
colocado sobre una membrana para posteriormente evaluar el procedimiento del peso del material
expulsado, debido a la fricción entre una y otra superficie, finalmente se efectúa la prueba de grab.
Prueba de Grab.
15
2.2.3 Propiedades Hidráulicas.
Las propiedades hidráulicas que se consideran importantes para la aplicación de los geotextiles,
son: la permeabilidad inicial, resistencia al taponamiento y resistencia a la tubificación.
Permeabilidad al agua:
Puede estudiarse con un permeámetro de carga constante
efectuando ciertas adaptaciones. Un espécimen de la membrana a probarse se coloca en una
base plástica y se acomoda con otro tubo de plástico de 4.5" de diámetro £f
agua se introduce en la parte superior del tubo, desde donde fluye hacia abajo a través de la
membrana, fuera del sistema manteniendo la carga constante.
Se llevan a cabo tres pruebas con cargas de 3,12 y 36 pulgadas los datos se grafican de manera
convencional para obtener la permeabilidad de la membrana en cm/seg.
Prueba de relación de gradiente;
Esta prueba designada como CW-02215 por el
Cuerpo de Ingenieros, esta' definida como la relación del gradiente de filtración a través de la
membrana y a una pulgada del suelo, al gradiente a través de dos pulgadas adyacentes del suelo.
La prueba se lleva a cabo en el pemneámetro de carga constante, el agua fluye 24 horas, antes
de que se tomen los datos para calcular la relación gradiente. Es importante conocer la resistencia
al taponamiento, ya que el objetivo es evitar la migración de partículas a través del geotextil.
Resistencia a la tubificación:
Si el gradiente del flujo del suelo se vuelve demasiado
grande para que la membrana lo retenga, la falla de la membrana se representará haciendo una
prueba de laboratorio similar a la prueba de gradiente ascendente.
16
2.2.4 Propiedades de Durabilidad.
Unas de éstas pruebas son resistencia a los
reactivos químicos, el método D-543 A.S.T.M., cubre esta área con el título de resistencia de los
plásticos a los reactivos químicos.
Se trata de evaluar el comportamiento de fibras como acetato, dacrón, acrylán, orión,
rayón,algodón, bajo una gran variedad de agentes químicos como el ácido sulfúrico , ácido nítrico,
ácido fosfórico, hidróxido de sodio, agentes blanqueadores, agentes corrosivos, etc.. Muchos de
los cuales se emplean en diferentes concentraciones y temperaturas. Después de la exposición
especificada, las muestras se limpian, se secan al aire y posteriormente son condicionadas a 70° C
y 65% de humedad relativa durante 16 horas. Estas muestras se someten a pruebas de resistencia
a la ruptura, elongación a la ruptura, así como su tenacidad. Basándose en los resultados
obtenidos se puede conocer la durabilidad del geotextil.
Otras pruebas que me miden la durabilidad son las de la resistencia a la luz y a la intemperie:.
Estas pruebas también son cubiertas por la A.S.T.M. con el título de "Temperismo de Plásticos" y
se designan como D-1435,ésta es una prueba comparativa que depende del clima .estación del
año, condiciones atmosféricas, y como tal solo nos da un índice de la durabilidad a largo plazo.
17
III. USOS DE LOS GEOTEXTILES.
3.1 Separación e Impermeabilización.
Estos materiales son utilizados para mantener separados dos clases diferentes de suelos.
Son importantes para evitar la contaminación de suelos friccionantes y cohesivos, entre
subrasante y base, en carreteras o entre balasto y la subrasante de ferrocarriles.
En el caso de la colocación temporal de material granular sobrecarga, con el que se provoca el
aumento de la rapidez y la magnitud del asentamiento en suelos blandos.
El geotextil establece una frontera permeable entre diferentes masas de suelo y roca. De esta
manera se preserva la resistencia y permeabilidad de agregados y otro tipo de materiales selectos,
aplicaciones típicas de esto son en la construcción de caminos y terraplenes.
3.2 Refuerzo y Armado.
Se pueden usar a los geotextiles como apoyo de terracerías en terrenos de bajo valor relativo de
soporte. El concepto es teóricamente válido, debido a que el geotextil decrece en el nivel de
esfuerzos en el suelo de cimentación, causado por el esfuerzo cortante horizontal, provocado por
las cargas verticales (tránsito vehicular).
A tensión, lo cual distribuye la carga en un área de mayor acción y por esto decrece su
intensidad, esto es similar a lo que sucede en el concreto reforzado.
Un decremento en el esfuerzo significa menor probabilidad de falla, por lo tanto un suelo más
resistente.
El geotextil imparte resistencia a la tensión, incrementando la estabilidad estructural .Algunos
ejemplos son el refuerzo de terraplenes construidos sobre suelos inestables, la construcción de
muros de contención mediante encapsulados de suelos, el desplante de taludes con mayores
ángulos de inclinación.
La infiltración es la relación geotextil-suelo que permite el libre flujo del agua, a través del plano del
textil, durante un lapso indefinidamente largo.
18
a ^opsiruccior de sutdrene* / ae opss*as a<i cornbtnanon con estructuras Desadas
j / ^nes ¥ enrocarnierto para ovrtrff Id e>osion ae taiades
*KX^M it- qmotaxzii. C©n ff«otextll
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Mo asfa¡f¡co nueiío en un reertearpetado
19
3.3 Infiltración.
Es una de las áreas en donde el empleo de los geotextiles tiene mayor aplicación, debido al
control de la permeabilidad ejercidas por ellos.
3.4 Drenaje.
El empleo de estos materiales es recomendable en muchos problemas de drenaje como por
ejemplo, se usan para eliminar los filtros graduados en presas de tierra, suelos estabilizados con
drenes verticales, así como en muros de contención.
Es el sistema en equilibrio geotextil-suelo, que permite el libre flujo del agua sin la pérdida de
suelo, en el plano del geotextil, algunos ejemplos son drenes de chimenea en presas, drenes en
muros de contención, capas rompedoras de capacidad.Esta aplicación es privativa de los
geotextiles fabricados por entrelazamiento mecánico, que por su construcción y espesor presentan
también un componente de permeabilidad en su plano, en los geocompuestos para drenaje
Esta aplicación ha ido cayendo en desuso para los geotextiles.
20
3.5 Control de la Permeabilidad.
El control de la permeabilidad es de vital importancia , ya sea que el geotextil se este usando
como un ademe o en algún tipo de carretera, ya que si no se controla el agua que tenemos en una
carretera me puede ocasionar deformaciones en la carpeta asfáltica, y si se está usando como
ademe con la existencia de agua se pueden llegar a ocasionar derrumbes, de aquí que el control
de la permeabilidad es muy importante.
Las geomembranas que aquí se utilizan son elaboradas en el lugar, consisten de geotextlles
impregnados generalmente con productos asfálticos, para reducir su permeabilidad.
Existe una ecuación para el diseño de funcionalidad que se muestra a continuación:
valor de la propiedad permisible
f.s. =
valor de la propiedad requerida.
Debido a lo particular de cada problema, el ingeniero debe emplear su criterio para determinar el
F.S. más adecuado.
3.6 Contención y Confinamiento.
Los geotextiles pueden actuar como moldes para contener a otros materiales(arena, grava,
concreto o suelo del lugar) y poder así satisfacer la forma de cualquier superficie en la que son
construidos
Estas telas se pueden utilizar para fabricar "insitu" grandes elementos de construcción como
diques o taludes ya fallados.
21
IV. APUCACION DE LOS GEOTEXTILES EN CAMINOS NO PAVIMENTADOS.
4.1 Consideraciones de diseño.
Los caminos no pavimentados incluyen, caminos de
acceso a áreas madereras, minas, caminos temporales a sitios de construcción, etc. Tales caminos
muchas veces cruzan regiones donde existen suelos de muy baja resistencia al corte.
Tradicionalmente, la construcción de caminos no pavimentados ha consistido en la colocación de
material disponible para la base .
Muchas veces la circulación de vehículos causa un entremezclado de los materiales de la base con
los de la subrasante, necesitando renivelaciones regulares y colocación de material adicional para
la base. Recientemente, se han utilizado los geotextiles para colocarlo entre la base y la
subrasante para reducir el espesor de la base y para economizar el mantenimiento durante la vida
de servicio del camino.
Algunos métodos de diseño y construcción de caminos no pavimentados con la colocación de la
base directamente sobre la subrasante han sido presentados por Atvin y Hammrt en el "National
Crushed Stone Institute" y otros.
La utilización de geotextiles en caminos de bajo volumen vehicular ha sido discutida, pero los
resultados reportados variaron, haciendo así las observaciones tanto para la contribución de la
tela, como para la estructura del camino.
La capacidad de carga en un modelo de prueba se incrementó con el uso del geotextil, haciendo
así el funcionamiento del camino más efectivo. Otro estudio estableció que el geotextil no reduce la
carga de falla del modelo de prueba, pero si logra reducir las deflexiones.
También se notaron reducciones similares en las deflexiones con el uso de las telas pnetensadas.
La importancia de permitir deflexiones grandes para el mejor funcionamiento del geotextil fue
notada por Jessberger y esto también esta implicado en las consideraciones de diseño de Giroud y
Roemer. La presente contribución utiliza un procedimiento de diseño, haciendo uso de las
propiedades mecánicas específicas de los geotextiles y esta basado en extensos estudios con
modelos a gran escala.
22
4.2 Funciones del Geotextil.
Las cuatro principales funciones del geotextil son:
Separación
Refuerzo
Filtración
Drenaje.
Estas pueden contribuir conjuntamente a mejorar el funcionamiento de caminos no pavimentados.
Separación:
La teta provee una barrera mecánica entre la base y la subrasante y la intrusión
de finos en la base.
Refuerzo.
Los geotextiles contribuyen a la capacidad de carga debido a sus características
mecanicas.La tensión desarrollada en los geotextiles se deriva en fuerzas que incrementan la
capacidad de carga del sistema.
La mayor consideración de los geotextiles son sus propiedades mecánicas.
Filtración.
Los geotextiles actúan como filtros por la retención de partículas finas mientras
que permite el flujo del agua, es lo se conoce como la presión disipada del agua. En esta función
los mayores parámetros son la porometría de la tela y su estructura.
Drenaje.
Los geotextiles actúan como drenes al permitir el movimiento del agua sobre su plano.
Solo ciertas telas espesas y no tejidas altamente porosas permiten el transporte efectivo del agua.
Las pruebas a gran escala involucran las funciones de separación y refuerzo del geotextil, la
filtración no se omite, pero tampoco se incluye específicamente en el estudio. El transporte de
agua fue esencialmente omitido, porque las pruebas de diseño impidieron tal ocurrencia;se
necesitan pruebas adicionales para estudiar la contribución de esas últimas funciones en caminos
no pavimentados en varias condiciones.
23
También existen algunos arreglos para que se realicen las pruebas; a continuación se hará una
breve descripción de la prueba a gran escala en la cual se basa el concepto de diseño, aunque
algunos diseños también se refieren a otras contribuciones. Las pruebas fueron llevadas a cabo y
el concepto de diseño desarrollado por un comité en "La Engineering Testing Company".
Las pruebas fueron ejecutadas bajo condiciones controladas en secciones a gran escala da
caminos no pavimentados .Fue construido un modelo especial en un foso de concreto de 5.5m de
ancho, 9.1 m de longitud y 1.2 m de profundidad, se utilizó un sistema de soporte de carga
removióle capaz de resistir fuerzas verticales de reacción de 130 kn, para las pruebas de carga.
A continuación esta el diagrama del foso para la ejecución de pruebas de placa
Diagrama de foso para la prueba de Placa.
El foso se relleno de arcilla plástica muy suelta mezclada uniformemente, la subrasante tuvo una
cohesión de 3.4kpa., éstos datos fueron obtenidos del "National Estándar Bentonrte", el contenido
de agua fué del 450%.Se colocó, sobre la subrasante nivelada, la tela de Bidim con una escala de
referencia para medir los esfuerzos finales de la prueba, en seguida, se colocó la base de grava,
24
B , S U Q T E C A Extendida a compresión con distribución granulométrica maxima de 44.4mm,densidad de
colocado de 85-90% máximo de la densidad seca, en tres elevaciones con una compactación
vibratoria intermedia. Los accesos al nivel de prueba fueron inclinados para permitir el paso de
camiones, como se muestra en la siguiente figura:
fíeolexfí/.
iübraeoríte (Arcilla).
Colocación del Geotextil.
Los espesores iniciales de la base variaron de 0.2m a 0.6m y la densidad del área del geotextil
desde 0-150 a 0.340 kg/m2.
También fueron construidas secciones de control similares sin geotextil
25
4.3 Pruebas de Placa con Geotextiles.
Se llevó" a cabo un estudio detallado de las deflexiones con incrementos de carga, descargas y de
los efectos de la proporción y número de los ciclos de carga.
Una serie de pruebas consistió en incrementar la fuerza sobre una placa rectangular del tamaño de
la huella de rodada de un camión dual 10-20.La fuerza fue suministrada por un martillo hidráulico,
la reacción de tal fuerza fue tomada por el soporte, y se mantuvo a intervalos convenientes( 10
para el punto de cedencia, el cual fue definido en donde las curvas del desplazamiento de las
fuerzas presentaron un repentino incremento en la pendiente). A continuación se muestra la figura.
Se comenzó la descarga después de pasar el punto de cedencia.
Siguieron 20 ciclos entre el cero y el 80% del punto de cedencia con lecturas de deflexiones a
fuerzas máximas y finalmente una lectura a descarga.
30
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6EWE U SÉRií. 2 • «EPAftAClÜM i . REpAFteClÜbl Z .
Prueba de los incrementos de carga y deflexiones en el Geotextil
26
Esto constituyó una secuencia de carga, fueron entonces agregadas una segunda, tercera o
subsecuentes caigas hasta que la deflexión de descaiga alcanzó una profundidad de
150mm.Cuando este punto fue alcanzado, se efectuó una reparación, rellenando con material de
base el interior de la cavidad formada, compactando al nivel original de la corona.
4.4 Pruebas de Carga con un camión usando Geotextil.
La carga con camión fue realizada utilizando un vehículo con el peso concentrado en el dual
trasero.
Fue similar al procedimiento de la prueba de placa y consistió en el incremento de cargas y cargas
repetidas.
carga a l a i » . 2 pasadas: •adir la profundidad da redada.
adicione al lnciaaauto «• carga, 2 pasadas: aadir la prof aadldad da redada
-22 {ícedlM \
pasadas repetidas al 80 X da
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dad da rodada.
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asar y caansc** ial baee • ol-
rontlaftt a la praxis» aarle. i —J
Con ambos tipos de carga de camión, la superficie de rodada fue medida a intervalos regulares
transversalmente a la sección de las pruebas.
27
Los resultados de una secuencia de incrementos de carga con camión en una serie se presentan
en la siguiente figura.
Profundidad de rodadas para una secuencia de cargas con camión.
Se continuó sobre la misma región las dos series siguientes, las cuales se presentan en la
siguiente gráfica, aquí se ilustra el gran mejoramiento producido por el tensado gradual de la tela y
reparación de las rodadas.
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51
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Mejoramiento de tela producida por el tensado.
28
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iíLCMrHiODfLPOiO
Dezplazamiento vertical y deformación de la tela después de las pruebas con carga de camión.
Al finalizar las últimas series de pruebas la base fue excavada cuidadosamente para descubrir la
tela y hacer perfiles de la interfase tela-subrasante.
Los análisis de tales perfiles conducen a la derivación de b.'La distancia entre los puntos de
inflexión de la tela.
Las mallas de tela expuesta dan deformaciones residuales entre el 12% y el 15% transversales a
3/4 centrales de la sección de prueba y además puede considerarse esencialmente constante en
esa región.
29
4.5 Pruebas de Carga con un camión sin usar Geotextil.
Se llevaron a cabo pruebas en regiones adyacentes con y sin geotextiles.
En estas pruebas, se lograron pocos ciclos de carga (1 a 5) entre mediciones de cedencias
consecutivas.
I K* t f tRBAAXlA i -
CON TCLlV*
' - - . ¿ INTELk
L CAftfiAS INTERMEDIAS
í>0 130 Í30 (mm) DEfLLXWNclS
Comparación de pruebas de placa con y sin geotextil.
La presencia de la tela no modificó el módulo del sistema inicial, pero incrementó (cerca del 15%)
las fuerzas de cedencia. Los puntos de cedencia con ciclos intermitentes, sin tela, presentaron una
acelerada tendencia hacia abajo, pero moviéndose hacia arriba con la presencia de la tela.
30
La cedencia inicial presentó una falla al punzonado durante los ciclos .Las grietas de la superficie
se deslizaron fuera de la placa durante los ciclos en el sistema con geotexüles, pero no pudieron
observarse semejantes efectos sin tela.
Pruebas con cargas de camión.
Se llevaron a cabo pocas pruebas semejantes, a
causa de las desventajas obvias de daño irreversible al subsuelo y a la base, y la posible pérdida
de un camión .Sin embargo, las observaciones y mediciones en pruebas con cargas de camión,
confirmaron los resultados de las pruebas con placas: fallas iniciales algo más avanzadas, rápidas
rodadas subsecuentes y deterioración si las cargas se continuaban cerca del valor de cedencia.
4.6 Función del geotextil durante las pruebas de carga.
Las pruebas de placa y con cargas de camion condujeron a las siguientes conclusiones:
1.- Solo fueron visibles cantidades muy pequeñas de finos en la superficie de la tela final de la
prueba más extensa, por lo tanto, la tela proporciona una barrera de separación efectiva entre la
subrasante de arcilla blanda y el material de la base.
2.- La presencia de la tela en la estructura del camino presentó solo efectos menores arriba de la
primera cedencia. Arriba de tal punto, la tela no fue suficientemente deformada o tensada para
generar fuerzas significantes de soporte.
3.- Se notó un gran incremento en la capacidad de carga cuando el sistema del camino estuvo
sujeto a diversos ciclos de paso de vehículos con cargas cercanas al valor de cedencia. Estos
ciclos incrementaron el área sobre la cual se tensa y también las fuerzas resultantes.
4.- Después de la rodada y reparación, las cargas subsecuentes resultaron en grandes
incrementos uniformes en la resistencia de carga.
Después de la reparación la teta está tensa y en una configuración geométrica; de modo que
pequeñas fuerzas uniformes de tensión puedan convertirse en considerables fuerzas verticales de
soporte.
5.- La observación de los esfuerzos uniformes de la tela (transversales al flujo de los vehículos)
requirió de un conocimiento del comportamiento esfuerzo-deformación de la tela bajo condiciones
de deformación en el plano.
Los resultados de otros métodos de prueba pueden introducir serios errores. 31
4.7 Fórmulas de Diseño.
1 - Consideraciones generales.
Los conceptos de diseño, como los desarrollados por Sowers están basados en la fórmula
tradicional de Terzaghi-Meyerhoff, pero modificada, para calcular la capacidad de carga del suelo
incluyendo un término adicional para la contribución del geotextil.
Así, en el punto de falla incipiente de la ¡nterfase base-subrasante, la resultante de la carga
aplicada(presión del neumático),qt, es exactamente balanceada por la capacidad de carga del
sistema debido a la cohesión del suelo, qc, la contribución de la tela qg, y un efecto de
sobrecarga, qs.
De aquí se puede obtener la formula siguiente:
qt=qc + qs + qg (1)
El término qt puede calcularse utilizando el concepto del diagrama de esfuerzos ,si la carga del
neumático es ft, sus dimensiones :b, viene siendo el ancho y I, la longitud, el ángulo de la base del
diagrama es q .entonces la presión efectiva de la subrasante para la profundidad z, del agregado
se convierte en :
qt= ft
(I + 22coso) (b +22cot o) (2)
La cantidad qc es el producto de la cohesión c, y el factor de capacidad de carga de la cohesión,
nc, este valor se selecciona apropiado para el tipo de falla considerada n=TT para la falla local (esto
es sin tela) y n=TJ+2 para la falla general.
El término de sobrecarga qs, se estableció para tener un pequeño valor positivo, pero la
contribución de este término es muy poca, excepto para valores muy grandes de z.
2 - Soporte debido a la tela qg.
32
La tensión en la tela contribuye a soportar la carga de dos maneras, directamente bajo los
neumáticos, la deflexión cóncava de la tela resulta en una fuerza neta hacia arriba, en la porción
convexa, al otro lado del diagrama de esfuerzos.La fuerza neta es hacia abajo y ayuda a contener
el suelo.
La contribución de la tela puede expresarse como:
qg= C * * B (3)
Alfa es la banda de tensiones de la tela (banda de tensión fuerza de tension por unidad de ancho
de tela medida bajo las condiciones de deformación del plano.
X =al factor de deformación unitaria de la tela relacionado al grado de deformación de la
misma.
B = b*22coto, ancho de la base del diagrama de esfuerzos.
El factor z fue derivado de un análisis de la intefase base-tela -subrasante y la deformación
unitaria de la tela resultó de las pruebas de carga,fué dado por supuesto que:
1-La forma deflectada de la tela puede aproximarse a una serie de parábolas, cóncava hacia
abajo, bajo la carga de los neumáticos y convexa en el otro lado. Los puntos de inflexión fueron
asumidos para permanecer en el nivel original de la tela, la relación entre b(distancia entre Is
puntos de inflexión) y b' presentados en la siguiente figura fueron obtenidas en las mediciones de
la deformación de la tela.
Deformación de
La Tela.
HIGH CONTACT PRESSURE AT PAVEMENT SURFACE <= TIRE PRESSURE)
LOW PRESSURE
AT SUBO BADE
VEHICLE LOAD
33
2.- La deflexión vertical máxima de la tela ,d, está relacionada a la superficie de deflexión del
material de la base por igualación de los volúmenes desplazados en esos dos n¡veles(figura
anterior).
La forma de la superficie de rodada fue determinada experimentalmente.
3 - La contribución total de la tela esta compuesta de la resultante vertical hacia arriba(qg/2) de la
tensión de la tela bajo los neumáticos y dos resultantes (qg/4) cada una bajo las medias parábolas
convexas en otro lado de los puntos de inflexión.
4.8 Propiedades Mecánicas del Geotextil.
Nueve de los métodos estándar de prueba para textiles sujetan telas a condiciones de esfuerzos
en el plano similares a los observados en estas pruebas,, por lo tanto, se desarrollo' un nuevo
aparato de pruebas en el que las telas son tensadas en el plano de deformaciones. Los
resultados de la prueba, cuando son convertidos a bandas de tensión contra la deformación se
usan en parámetros de diseño.
Y se usan para seleccionar valores apropiados de la deformación de la tela para el uso y la
selección de la tela más conveniente para el mejor funcionamiento y economía óptimos.
La alternativa del diseño de operación de la tela dependerá del tránsito máximo esperado,
instalación y procedimientos de mantenimiento y el factor de seguridad apropiado.
También deben ser tomada en cuenta las propiedades del creep.
La ecuación (3) demuestra que tanto mas grandes son las bandas de tensión y la deformación,
mucho mayor será el soporte de la tela (qg).
Así, contrarío a otras aplicaciones de geotextíles donde la deformación no es deseable, en un
camino no pavimentado las telas con alta resistencia y módulo intermedio presentan la mejor
combinación de propiedades.
Para dos telas diferentes con igual resistencia a la ruptura pero diferentes módulos, la que tiene el
módulo menor dará mayor refuerzo y una rodada más grande para los mismos trabajos de
esfuerzos. 34
4.9 Curvas de Diseño.
Algunos ejemplos específicos ilustran el método de diseño con geotextiles. Entonces se pueden
llevar a cabo cálculos para derivar valores de & a cualquier valor dado de z por la combinación de
las ecuaciones (1), (2), (3) con los valores apropiados de nc, qs, alfa y z.
Algunas de las curvas resultantes de diseño (figura de abajo)ilustran la relación entre la cantidad
requerida del material de la base para diferentes resistencias del suelo, en los casos de capas sin
tela y de capas con tres telas no tejidas punzonadas de estructura similar, pero de diferentes
densidades de área (masa por unidad de área).
ul , J 2 . 6 -
Z. o
x •* o
TLu"\ Bl ', \ TCLÁ B ü
\ \ \
20 5C fKPai COHESION DL LA. 5UBRA6ÍVUTE1
Resistencias del suelo con y sin Geotexti!.
Estas curvas asumen un material para la base compactado con densidad de 2160kg/cm3, una
fuerza normal en cada eje dual de 130kn y deformaciones de la tela correspondientes al 50% de la
resistencia de falla.
La construcción de| camino es apropiada con el tensando de la tela in situ y la reparación de
rodadas cuando estas alcanzan una profundidad de 150mm.(Para uso normal es apropiado un
espesor mínimo en la base de 150mm, pero este puede ser aumentado por las curvas y las áreas
de ruptura). 35
El diagrama ilustra que existen grandes diferencias en el espesor requerido de la base cuando se
utilizan diferentes telas en caminos sobre suelos muy blandos, pero que las diferencias disminuyen
o muchas veces desaparecen en condiciones firmes de suelo.
Con una cohesión de 14kpa. se requeriría un espesor de 0.15m.
Tales curvas de diseño, costo, tela, material de la base y mano de obra pueden usarse para
calcular alternativas de costos de construcción.
La siguiente figura ilustra el caso para suelos muy blandos. Puede alcanzarse una gran economía.
Las diferencias de costos entre usar diferentes telas pueden ser considerables.
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Diagrama de costos usando geotextil y sin Geotextil
En casos donde los costos de construcción son similares entre las alternativas, el sistema que
usa una tela será una mejor elección, como el caso de condiciones inesperadas de sobrecarga o
resistencia de suelo suelto, la tela gruesa continuará funcionando cuando la tela más ligera pueda
ser excesivamente rodada o fallar uniformemente.
Para subrasantes firmes puede parecer una ventaja no económica el uso de las telas gruesas.
Pueden construirse telas similares para otras situaciones. En todos los casos, cuanto más pobre
sea el suelo, más pesada sea la carga y mayor sea el costo del agregado, tanto mayores serán las
diferencias de los costos y, por lo tanto, hay un ahorro potencial en el uso de los geotextiles en la
construcción de caminos no pavimentados.
En los casos extremos, la tela más gruesa(con una mayor densidad de área) logrará los costos
totales más bajos.
36
V. GEOTEXTILES EN LA CONSTRUCCIÓN OE CARRETERAS.
5.1 Especificaciones para Geotextiles usados en Pavimentos.
Todos los pavimentos tienden a agrietarse bajo el efecto combinado del tránsito y del medio
ambiente.
Las grietas debilitan la estructura de un pavimento y facilitan la penetración de agua, produciendo
deformaciones permanentes.
Los agrietamientos afectan la apariencia del pavimento creando una imagen desfavorable.La
corrección y prevención prolongan su vida útil.
Uno de los mejores métodos para el control de grietas en ios pavimentos es mediante el empleo
de geotextiles, como refuerzo.
Los geotejidos empleados son del tipo no tejido (no-woven) capaces de resistir esfuerzos de
tensión radiales y de retener el asfalto, que les proporcionará la característica ¡mpermeabílizadora,
asi como también la característica de sello.
En los pavimentos rígidos deben de colocarse, los geotextiles en bandas de 30 a 45 centímetros
de ancho sobre juntas o grietas, antes de la colocación de una sobrecarpeta.
La inclusión del geotextil, en contacto con las capas asfálticas, proporciona a los pavimentos
menor deformabilidad y mayor resistencia al agrietamiento.
Los objetivos que se persiguen al utilizar el geotextil, son entre otros:
1.- Retardar e impedir el agrietamiento por fatiga de las capas asfálticas, al actuar como un
elemento de refuerzo de alta resistencia a !a tensión.
2.- Retardar y reducir el agrietamiento producido por la flexión en grietas y juntas de construcción.
3.- Restringir o evitar la entrada de agua al pavimento y a la capa subrasante, constituyendo una
membrana impermeable.
4.- Evitar la socavación interior del pavimento.
5.-Reducir, en algunos casos, el espesor de la sobrecapa necesaria para reforzar el pavimento.
6.- Reducir los costos de mantenimiento y de operación del pavimento, al prolongar su vida útil.
37
La conclusión de la Federal Highway Administration, indica que los geotextiles pueden controlar
con eficiencia les agrietamientos inducidos por flexión.
Además recomienda intensificar la investigación mediante el estudio de tramos de prueba.Debe
recordarse siempre que un geotextil no soluciona problemas de tipo estructural y muchos menos
relacionados con el subdrenaje.
Su uso es particularmente importante en la rehabilitación y refuerzo de los pavimentos, pues
impide o retarda la reflexión de las grietas existentes en carpetas antiguas, cuando se colocan
sobrecarpetas como refuerzo.
En México, se han utilizado ya geotextiles en los aeropuertos de Chihuahua, León, Guaymas-
Sonora, Mazatlán, Guadalajara,Ciudad Obregón y Santa Lucía, sumando un total de más de
400 000 M2, con resultados y ventajas muy satisfactorias.
Adicionalmente las ventajas dei uso del Geotextil en los pavimentos son:
1.- Rapidez y suma facilidad a la hora de su instalación.
2.- Ahorro de materiales de pavimentación y prolongación de la vida útil de los pavimentos.
3.-Sirve como refuerzo tanto a pavimentos rígidos, como a los flexibles.
4.- Impermeabiliza el pavimento, impidiendo la falla de la sub-base por disminución de la
resistencia al esfuerzo cortante causada por la presencia de agua.
Especificaciones para los geotextiles usados en los pavimentos.
Al respecto, la A.S.T.M., opina lo siguiente:
En los geotextiles existen 35 propiedades, dentro de las que más se consideran para su aplicación
en pavimentos son:
Resistencia a la tensión.
Deformación unitaria a la ruptura.
Retención del asfalto.
Efecto del calor.
Espesor.
38
Peso (A.S.T.M.-D 3776) ( g/m2 ), entre 135 y 680 grmi2.se relaciona con sus propiedades
mecánicas y costo.
Espesor (A.S.T.M.- D 1777) (milésima de pulgadas, mil), medido bajo una presión de 2 kpa.-se
relaciona con el costo y propiedades mecánicas, variando entre60 y 215 mus, de acuerdo a su
peso.
Resistencia a la tensión (A.S.T.M. -01682), es quizá la mas importante, pues se mide la
deformación producida al espécimen.total y unitaria, la deformación a la falla (máxima elongación)
así como el módulo tangente inicial.
La resistencia a la tensión, será de 36 kg. Como mínimo, así como su máxima elongación deberá
ser del 50% mínimo.
Retención de asfalto ( r f -3424-1):
Es muy importante esta propiedad, debido a que
la cantidad de asfalto retenida es proporcionada por el fabricante, o determinada en pruebas
directas, pero en general se acepta alrededor de 11t/m2.
39
R E S I S T E N C I A S .
Vida geotex.
Baja
Moderada
Afta
(23)
Muy alta
(34)
a
Grab.
11b.
90(40)
130(60)
180 (80)
270 (120)
b
Punzonamiento.
11b
30 (14)
40 (18)
75(34)
110(50)
c
Estallamlento.
Ib/in2
145(10)
210(15)
290 (20)
430 (30)
d
Desgarre.
Ib.
30(14)
40 (18)
50
75
1.- Todos los valores representan valores mínimos.
2.-A.S.T.M. d751-68.
3.-A.S.T.M. d751-68.
4AS.T.M.d1117.
40
5.2 Requerimientos de construcción e instalación de Geotextiles
Trazado y alineación.
La tela de pavimentación deberá mantenerse seca y envuelta
de manera que se proteja de elementos durante el traslado y el almacenamiento.
En ningún momento la tela de pavimentación deberá exponerse a la luz ultravioleta por un período
que exceda a los catorce días.
Los rollos de tela de pavimentación deberán ser almacenados de una manera que se protejan de
los elementos del intemperismo.
Si son almacenados al aire libre, estos deberán ser elevados y protejidos con una cubierta
impermeable.
La tela de pavimentación deberá ser etiquetada según la A.S.T.M.D 4873 " Guide for Identification,
Storage, and Handling of Geotextiles".
Limitaciones ambientales:
Las temperaturas mínimas del aire y del pavimento deberán
ser cuando menos de 50 f (10° c), e incrementándose con la colocación del asfalto y deberán de
ser cuando menos de 60 f (15o c) e incrementándose cuando se utilice una emulsión asfáltica.
Ni la capa ligante ni la tela de pavimentación deberá ser colocada cuando las condiciones
ambientales, en opinión, del Ingeniero sean las adecuadas.
Preparación de la superficie.
La superficie de pavimentación deberá limpiarse
cuidadosamente de la tierra, agua y aceite hasta la satisfacción del Ingeniero, las grietas de 1/8 de
pulgada aprox. 3mm.; deberán de limpiarse y rellenarse con un material de relleno adecuado o por
un método aprobado por el Ingeniero.
El material de relleno de las grietas deberá dejarse curar antes de la colocación de la tela de
pavimentación.
Los baches y otras descomposturas del pavimento deberán de ser reparadas.
Aplicación de la capa ligante.
La capa ligante deberá ser esparcida por medio de una
barra de espreas de distribución calibrada.
41
Bl C lie
D L ' O T JE H A al pueden ser usados en los lugaréTOe traslape déla 1
El espreado y cepillado manual pueden ser usados en los TugareTtte traslape aera tela.
Se deberá de hacer todo lo posible para mantener el espreado manual al mínimo.La capa ligante
deberá ser aplicada uniformemente a la superficie de pavimento seco, preparado a una proporción
de 0.20 a 0.30 gal/yd2, o según la recomendación del proveedor de tela de la pavimentación y la
aprobación del Ingeniero.
Cuando son instaladas telas para trabajos pesados, la proporción de aplicación de la capa deberá
de incrementarse de 0.30 a 0.40. gal/yd2. o según la recomendación del proveedor.
Cuando se utilicen emulsiones la proporción de aplicación deberá ser incrementada según indique
el Ingeniero para contrarrestar la cantidad del agua de la emulsión.
En intersecciones de calles o zonas donde la velocidad de los vehículos cambia frecuentemente, la
proporción de aplicación deberá ser reducida un 20%, según lo indique el Ingeniero, pero no
deberá ser menor de 0.20 gal/yd2, o de 0.30 gal/yd2,esto para telas de pavimentación de trabajos
pesados.
La proporción de aplicación de la capa ligante deberá ser suficiente para saturar la tela y unida a la
superficie de pavimento existente.
La temperatura de la capa ligante deberá ser suficientemente alta que permita un espreado
uniforme.Para cementos asfálticos, la temperatura mínima deberá de ser de 143° c. Para evitar el
daño de la tela, las temperaturas de los tanques de distribución no deberán de exceder los 54° c y
71° c.
Se deberá buscar que el ancho de la aplicación de la capa ligante sea igual al ancho de la tela de
pavimentación más 6 pulgadas.
La capa ligante deberá ser aplicada con la anticipación necesaria para asegurar una superficie
pegajosa en el momento de colocar la tela de pavimentación.
No deberá ser permitido él transito de vehículos sobre la capa ligante.El exceso de capa ligante
deberá ser removido del pavimento.
Colocación de la tela de pavimentación.
La tela de pavimentación deberá ser
colocada sobre la capa ligante, usando un equipo mecánico o manual de colocación capaz de
proveer una instalación lisa con un mínimo contenido de amigas o dobleces.
42
La tela de pavimentación deberá ser colocada antes de que la capa ligante se enfríe o deje de
estar pegajosa.La tela de pavimentación no deberá ser instalada en áreas donde la sobrecapa de
asfalto se reduzca a un espesor menor de 3.8 cm. El exceso de tela de pavimentación que se
extienda mas allá del filo del pavimento existente o de las áreas de aplicación de la capa ligante
deberán ser cortadas o removidas.
Cuando son usadas emulsiones se deberán de dejar curar adecuadamente de tal forma que
prácticamente no quede humedad antes de colocarla tela de pavimentación.
Arrugas o dobleces que excedan de 2.5 cm., deberán ser cortadas y colocadas horizontalmerrte.
Todas las juntas transversales y dobleces deberán ser sobrepuestos en la dirección de la
operación de pavimentación.
El barrido o el uso de rodillos neumáticos será requerido en curvas y reparaciones según las
determine el ingeniero y se satisfaga la retención de la tela de pavimentación curva.
—Todas las áreas con tela de pavimentación deberá ser pavimentada el mismo día. No se
deberá permitir el tránsito sobre la tela de pavimentación con excepción del equipo de
construcción necesario.—
Para detener el equipo de pavimentación y otros vehículos deberá hacerse gradualmente y
mantenerse al mínimo para evitar el movimiento de la tela de pavimentación, arranques y paradas
bruscas deberán ser evitados. La tela dañada deberá ser removida y substituida con el mismo tipo
de tela.
Los traslapes deberán ser sobrepuestos en la dirección de pavímentación.La capa adicional deberá
ser colocada entre los traslapes hasta satisfacer los requerimientos de saturación de la tela.
Los traslapes deberán ser suficientes que aseguren cubrir completamente la unión pero no exceder
las 6 pulgadas (15 cm.)
Colocación de la Sobrecapa.-
La construcción de la sobrecapa de asfalto deberá de
nacerse inmediatamente después de la colocación de la tela.
Todas las áreas donde se ha colocado la tela de pavimentación deberán de ser pavimentadas
durante el mismo día.
El exceso de capa ligante que se infiltre a través de la tela deber ser removido difundiendo mezcla
callente o arena sobre la tela. 43
El exceso de arena o mezcla caliente deberá ser removido antes de comenzar la operación de
pavimentación.
En el caso de que llueva sobre la tela de pavimentación, antes de la colocación de la sobrecapa
de asfalto, se deberá dejar secar completamente la tela de pavimentación antes de colocar el
asfalto.
El espesor de la sobrecapa de asfalto deberá cumplir con los requerimientos de los dibujos y
diagramas del contratista.
El espesor de la sobrecapa de asfalto no deberá ser menor de 1.5 pulgadas, en las áreas de
instalación de la tela de pavimentación.
5.2.1 Instalación de Geotextiles Experiencia con los Contratistas.
El diseño de los geotextiles ha llegado a ser más o menos una rutina técnica, muchos pequeños
detalles pueden hacer difícil su instalación.
A continuación se enumeran algunos problemas de instalación.
Los problemas de instalación pueden ser divididos en dos grupos:
1. -Problemas propios de diseño.
2. - Problemas de ejecución.
Los problemas de diseño pueden ser debidos a:
A la hora de compactar existen problemas con el suelo subyacente.
Requerimientos de diseño del mismo geotextil.
Requerimientos en la instalación de los geotextiles.
Requerimientos sobre las condiciones después de la instalación.
Los problemas en la ejecución pueden ser causados por:
Almacenaje en el sitio.
Mal tiempo.
Uso de un geotextil no especificado
44
A continuación se muestra un geotextil que no fue especificado para el proyecto
La fig. muestra un Geotextil más grande que el especificado.
5.3 Pruebas de Durabilidad de una Carretera reforzada con Geotextiles.
Los suelos que son reforzados con geotextiles tienden a defomiarse menos que los que no están.
En una prueba que se realiza en la parte sureste de la bahía de Yokota en Japón se hicieron
estudios de la composición del suelo, para ver como se deformaba y que durabilidad tenía.
45
La composición del suelo fue tomada horízontalmente, tenía una cohesión del 0.3 a 0.8 kg/cm2, el
contenido natural de agua que tuvo fue del 65- 75 %, esto en la parte mas superficial,en la parte
interna la composición del suelo fue la siguiente.cohesión 0.5 -1 kg./cm2, agua 120-450%
Deformación de un suelo blando sin Geotextil y el mismo suelo usando Geotextil.
El experimento reveló que a pesar de los grandes contenidos de agua en la superficie, debido al
geotextil, no se había presentado deformación alguna,no así en el suelo que no usó geotextil.
46
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Gráfica que muestra los contenidos de agua y cohesión del suelo
Estas deformaciones no se presentaron en el suelo debido a que se contó con las características
del geotextil
1 'Alto nivel friccionante
2 -Fuerza tensora de diseño
3 -Elongación mírrima bajo diseño
El geotextil puede sufrir alargamientos sin llegar a presentar rupturas o deformaciones
47
5.3.1 Estudio de durabilidad de una carretera reforzada con geotextiles en Francia.
Muchos Ingenieros consideran que los materiales tienen mala durabilidad, cuando sus
características han decrecido cuando han sido puestas a trabajar por un corto lapso.
Orígenes y degradaciones establecidos en los geotextiles.
Dentro de las características hidráulicas tenemos la filtración, esto existe en todos los materiales, y
afecta de manera considerable a los geotextiles, ya que las fibras y polímeros, constituyentes
naturales de los geotextiles tienden a degradarse de una manera rápida bajo los efectos del agua.
Dentro de sus Características Mecánicas.
La que resulta más afectada es la resistencia a la tensión, debido al arrastre de las capas de
terreno conocido como"creep".Esto va a depender de las deformaciones del geotextil conforme el
tiempo transcurre.
El arrastre de las capas va a depender de las dimensiones del geotextil así como de la temperatura
a que trabajan, las partes que van a estar sometidas a las attas temperaturas deberán de ser
protegidas con radiaciones uv, estas radiaciones lo que hacen es proteger al geotextil en forma
eficiente. '
Dentro de su edad:
Van a intervenir las características Físico-Químicas.
Las características químicas van a influir si son poliésteres o poliamkfas y si han sido debidamente
hidrolizadas.
Los agentes del intemperismo juegan un papel fundamental,el sitio donde se va a colocar el
geotextil es importante así como el proceso mismo de la compactacion, el número de vehículos
que van a transitar por ahí, etc.
La compactacion juega un papel muy importante .debido a que un mal proceso puede ocasionar la
ruptura del material.
Resultados de durabilidad estudiados en Francia.
Los primeros resultados de durabilidad obtenidos fueron de un estudio realizado entre 1979 y
1981.
El primer paso fue localizar el sitio donde los geotextiles fueron colocados y su manera de
recuperarlos. 48
Carretera de Rouen localizada en Francia
Muestra obtenida en Poitiers
49
Vista de la carretera de Lixing (Francia)
El segundo paso fue crear un laboratorio para evaluar la naturaleza y posible degradación del
material con diversos métodos de prueba como:
Medir la cantidad de partículas de suelo retenidas en el geotextil.
Pesar el geotextil antes y después de sacudir las partículas de suelo incrustadas.
Hacer un estudio detallado de las fibras del geotextil para ver como fueron afectados.
El tercer paso fue interpretar los resultados, para poderlos interpretar se contó con una muestra
tipo, para poder establecer comparaciones.
La edad de los geotextiles que se extrajeron, fluctuaba entre los 5 y 10 años.
Los lugares de donde se extrajeron las muestras fueron Poitiers(1970), Rouen (1980),
Lixing(1984)
Las conclusiones fueron las siguientes.
Durante las observaciones in-situ, sin que el material fuera aún extraído, se podía observar que en
algunas partes el geotextil fue cortado por piedras, raíces, pero aun así sus principales funciones
podían continuar.
Las fibras de los polímeros fueron atacadas químicamente por microorganismos que fueron
identificados.
50
Se obtuvieron resuttados de que la fuerza a la tensión disminuyó un 20%, debido en primer lugar al
ataque de los microorganismos y al tiempo de uso, así como también a las cargas que actuaron
sobre él.
Aunque ciertamente los geotexüles se vieron afectados, el pavimento donde no fue usado geotextil
sufrieron daños de importancia, como lo fue el hundimiento, deformaciones y corrimiento de la
carpeta.
5.4 Abrasión y daños a los Geotexüles usados en Carreteras con Gravas.
En Suecia en ciertas áreas del norte, los geotexüles son muy usados para separa las capas entre
materiales, cuando los caminos están dañados.
Por muchas razones solo se aplican los geotextiles en capas delgadas de (150 - 300 mm).
En estudios realizados se observó que después de uno o dos años los geotexüles sufrieron daños
de abrasión en diversos casos.
Fueron tomadas dos muestras en 1985 y 1988, (el Geotextil fué colocado en 1982).
Los estudios mostraron que el geotextil de un espesor de 250'mm, el cual ya había estado en la
autopista por seis años, estaba intacto, éste fue considerado en que su función principal no fue
afectada.
Sin embargo en algunas partes de la muestra, el geotextil había sido seriamente dañado,
principalmente alrededor de los agujeros, esto fue debido a que en temporada de lluvias, los
agujeros se llenaron de agua y el geotextil la absorvió, dicha agua fue evaporada por el clima
causando en el geotextil una resequedad y consecuentemente una ruptura.
De un estudio posterior se obtuvo que los geotextiles que tienen un peso de por lo menos 130-150
g/m2 son los más aptos para usarse en carreteras con excesivo tránsito vehicular, y lugares donde
ocurren frecuente heladas y deshielos.
Las muestras tomadas de geotexüles para separar capas en Suecia son mostradas a
continuación.
51
Muestra de un Geotextil extraída de una carretera en Suecia.
Existe un estudio en que los geotextiles para evitar el daño de abrasión son cubiertos con una capa
de gravas que impide que los geotextiles absorban gran cantidad de agua, el espesor que cubren
dichas gravas es de 50 mm..
Aunque la fuerza que es aplicada sobre la superficie de rodamiento sea excesiva la capa de gravas
impide que el agua se almacene ahí.
Para ver en que forma eran afectados los geotextiles se hicieron 23 pruebas de alargamiento, en la
cual, once geotextiles fueron probados.
52
Los tipos de geotextil probados fueron:
Designación
1a
1b
1c
2a
2b
2c
2d
3a
3b
3c
3d
geotextil
no tejido
no tejido
no tejido
no tejido
no tejido
no tejido
no tejido
tejido
tejido.
tejido
tejido
material
poliester
poliester
polipropileno
poliester 5-2%
polopro.95-98%
polopro.95-98%
poliester 5-2%
polipropileno
poliuretano 30%
polipropileno
Poliamida
poliamida
poliester
tipo tejido
fieltro
fieltro
fieltro
fiettr.tratado
fieltro trata
do.
fieltro térmico
fie.term.
tejido
tejida
tejida
tejida
peso.
150g
150g
150g.
140g
170g
136g.
140g.
130g
90 g.
136g
205g.
De los resultados obtenidos en estas pruebas se llego a la conclusión de que:
1. -El primer paso de que los geotextiles sufrieran abrasión se debió a que algunas piedras con
aristas muy afiladas cortaron el geotextil.
2. -La abrasión también ocurría al mismo tiempo en que se iba haciendo un agujero, ya que las
presiones ejercidas en la superficie transmitían cargas desiguales al geotextil y donde existían
cavidades las presiones eran mayores.
3. -Un geotextil fue movido completamente de su lugar original esto sé debió al exceso del agua.
4. -En muchos casos la acumulación de materiales finos fué observada sobre ios geotextiles, esto
indicó que hubo un movimiento de las capas inferiores a las superiores.
En el caso de los geotextiles ligeros 90 g/m2, se investigó que no sirven para carreteras con
exceso de caiga. 53
Los geotextiles 1a y 1b. - A los tres años comenzaron con indicios de agujeros de 1.5mm de
diámetro causados por la abrasión.
A los seis años presentaron abrasiones como consecuencia de su adelgazamiento.
Los 2a y 2b.- También presentaron daños de abrasión entre los 3 y los 6 afíos, los 2c a los 3 años
no presentaron agujeros, como tienen un filtro térmico, la abrasión comenzó a los 6 años.
2d. - A los 3 años presentaron bastantes cavidades, a los 6 años la abrasión fue muy dura y se
comenzó con la pérdida de fibras.EI diámetro de las cavidades fue de SOmm.
3a. - A los tres años se presentaron algunos agujeros ,1a abrasión comenzó en la superficie a los
6 años había un considerable número de agujeros.
3b y 3c. - A los 3 años los geotextiles ligeros mostraron abrasión, excepto un par de ellos, a los 6
años la abrasión fue muy severa casi al 59% de la superficie.
3d.- A los tres años el geotextil no fue dañado, a los 6 años tenia agujeros de 20mm. de longitud.
Las conclusiones finales a las que se llegaron indicaron que los geotextiles de 200-250mm. De
espesor y con un peso de 130-150 g/m2 fueron mucho más resistentes que los ligeros.
En un largo período de 15-20 años posiblemente se fabriquen geotextiles mas pesados, que
puedan resistir mejor los efectos de fa abrasión.
5.5 Pruebas y resultados de los geotextiles extraídos de una autopista.
Cuando los carriles de las autopistas son rehabilitados, el balasto generalmente se ha movido de
su lugar original.Se requiere de que coloque balasto nuevo junto con el original.
Las funciones básicas de los geotextiles que son colocados bajo el balasto son las siguientes:
1 - Para drenar el agua fuera de los carriles de la autopista, ésta agua es desalojada a lo largo
del plano del geotextil debido a la excesiva presión hidrostática.
2.- Resistencia a los fenómenos abrasivos, producido por el proceso de compactación durante su
construcción.
3.- Para filtrar o detener tas partículas del suelo, cuando el agua pasa.
4.- Para separar dos tipos de suelo diferentes y evitar que se mezclen debido al constante peso y
flujo del agua.
5.- Poseen (a habilidad de alargarse sin que el tamaño de gravas regulares pueda rasgarlos.
54
En el Congreso celebrado en Canadá acerca de las Carreteras Nacionales, fué necesario
desarrollar pruebas acorde con los parámetros anteriores.
Las pruebas a continuación dan una serie de detalles y perfiles, para adoptar varios de los
métodos de prueba y que estos procedimientos sean requeridos dentro de las especificaciones.
1.- Permeabilidad.
La habilidad para conducir el agua es una de las características principales
de los geotextiles, sin embargo las fibras del sintético son afectadas y más si el balasto que esta
sobre el geotextil se encuentra sucio.
A continuación se muestra un plano de permeabilidad para geotextiles:
Gráfica que nos muestra la habilidad que tiene el geotextil tejido de conducir el agua.
Los geotextiles tejidos tienen la habilidad de conducir el agua, la figura anterior muestra que los
geotextiles no tejidos en general son similares a una arena limpia, esto trae como consecuencia la
incapacidad de que el agua se drene rápidamente.debtdo a la fuerza causada por el alto contenido
de humedad. 55
La siguiente figura muestra un geotextil no tejido que ha estado colocado en la autopista por más
de 5 años y ha recibido más de 80 toneladas del peso del tráfico.
Gráfica que nos muestra el comportamiento de un Geotextil en un lapso de cinco años.
2.- Filtración-
La característica principal se relaciona con la filtración , es el tamaño y el acomodo de los poros
una definición dada por Gerry y Raymond van a definir el fenómeno de filtración, como la partícula
que posee un tamaño que penetra el geotextil, pero que el 95% es retenido en la superficie.
Las pruebas recomendadas para evaluar los efectos de filtración estudiadas en Canadá y Europa
determinan que la abertura del tamaño de los poros debe ser de 75 mieras.
Para yerel desgaste que ha sufrido el geotextil se someten a pruebas ultrasónicas de limpieza
56
La siguiente figura es una comparaaon de las fibras internas de un geotextil
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Los geotextiles que tienen sus poros muy separados presentan grandes deficiencias
57
La siguiente gráfica nos muestra que entre más grandes sean las mieras del geotextil, el suelo lo
atraviesa, haciendo que no se cumpla con las especificaciones requeridas
Gráfica qtre muestra el tamaño de los poros del Geotextil.
En la opinión de los expertos los geotextiles de poros pequeños son los mejores ya que impiden el
paso del suelo logrando con esto una mejor flItracion.La mejor textura de las fibras es alrededor de
los 0.67, este es un Textil muy homogéneo, el cual resiste favorablemente la compresión y posee
una adecuada filtración.
3.-Filtración.
Los geotextiles bien instalados pueden resistir mejor los efectos de la abrasión.
Se efectuaron diversos ciclos para probar la abrasión, con geotextiles tratados y sin tratar.
La siguiente gráfica muestra los ciclos a los que fueron sometidos;en la siguiente gráfica se
muestra que un geotextil tratado con resina resiste mejor la abrasión, debido a que su porosidad
58
disminuye considerablemente.la cual es del 85-100% la porosidad de los no tratados es del 70%
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Gráfica que muestra que los Geotextiles tratados con resinas resisten mejor
Una de las desventajas del tratamiento con resina es que el geotextil se pone relativamente duro y
puede ser dificultoso su manejo e instalación en el campo.
59
Gráfica que muestra la resistencia de un Geotextil tratado con resina después de ser usado vanas
veces y en condiciones extremas de calor
60
I C I
L 1 I C T E C A
De igual manera que en la filtración los geotextiles que tienen sus redes internas más cerradas,
resisten mejor los efectos de la abrasión debido a que las partículas no pueden penetrar la tela.
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i 4 w* -
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Geotextiles que tienen más cerradas sus redes internas soportan mejor la abrasión.
4.-Resistencia de impacto la prueba de resistencia se realiza con una masa de 5 kg. Dejándola
caer de una altura de un metro, sobre un plato de acero o concreto, esta prueba se realiza en
repetidas ocasiones.
Los geotextiles que no han sido tratados resisten menos el impacto.
Los que mejor resistencia al impacto tienen son aquellos que fueron tratados con resina.
5-Alargamiento.
Los geotextiles presentan la característica de tener alargamientos, pero si estos alargamientos
ocurren sobre partículas de suelo de tamaño considerable el geotextil puede romperse.
61
Los geotexbles no tejidos tienen la habilidad de estirarse 60% Asi como los geotexbles de poco
peso alrededor de 1050 g/m2 y que tienen 80 penetraciones por cm2
6 -Fuerza de las Fibras
La fuerza interna de las fibras tomándola como un conjunto o individualmente, es quizá la mejor
característica a la resistencia contra la abrasión
Las fibras del geotexbl tienden a romperse a causa de los alargamientos producidos por un
sobrepeso
A continuación se muestra un diagrama de la fuerza de las fibras en un geotexbl
Fuerza de las fibras de un Geotexbl
Las recomendaciones de las propiedades de los Geotexbles usados en autopistas, basadas en las
observaciones son
1 -Geotexbles no tejidos con 80 penetraciones por cm2
2 -Tamaño de la fibra 0 7 tex o menor
3 -Fuerza de la fibra 0 4 gramos por tex o menor
4-Polímero de la Abra poliéster
5 -Longitud del hilado 100mm
6 -Tamaño de los poros 75 mieras o menos
7 -Coef De permeabilidad- 0 005 cm por segundo 62
8 -Alargamíento:60% o más A.S.T.M. R1682.
9,.Color no debe producir ceguera parcial a la hora de instalarlo.
10-Empaque:Debe ser protegido del agua, debe ser claramente identificable, por su peso,
longitud, tipo de geotextil, fecha de elaboración.
11 .-EnvoKura:De polietileno o similar.
12-Resistencia a la abrasión: 1050g/m2.
13.- Peso y longitud: Especificadas por el cliente.
14-Resistencia de las fibras tratadas con resina:5-20% fueron tratados con resinas acrílicas.
15.-Peso:l050g/m2 o más para la rehabilitación.
Estas recomendaciones fueron hechas sobre la base de las muestras de Geotextil extraídas de la
autopista.
La principal habilidad que un Geotextil debe tener es saber deformarse y alargarse alrededor de las
partículas del suelo de tamaño considerable, sin fracturarse; porque sobre la base de esto radica la
vida útil y por consiguiente su desgaste.
63
VI. USO DE LOS GEOTEXTILES EN MEXICO.
6.1 Construcción de la carretera MinatMán - Coatzacoalcos.
Debido al incremento industrial de la explotación de depósitos petroleros en el área sureste de
México, ha sido necesario, en esa región, el diseño y construcción de una estructura mejorada del
camino.
La carretera existente no ofrecía facilidades en la conveniente transportación, especialmente entre
la ciudad de Coatzacoalcos y las áreas industriales que se localizan en Pajaritos, la Cangrejera y
Moreios.
Esto es debido a la ¡nefiáencia del puente que cruza el río Coatzacoalcos.
La Secretaria de Asentamientos Humanos y Obras Públicas ha resuelto el problema con la
construcción de un puente llamado el Coatzacoalcos II.
El cual esta localizado 20 km. Aguas arriba del viejo puente.
Este nuevo puente requirió la construcción de dos carreteras de acceso en ambos lados del rio
con 30 km. de longitud.
La carretera del lado izquierdo del río cruza una zona de suelos blandos, la cual se localiza en la
parte suroeste de la ciudad de Minat'rtlán
La nueva carretera es de 22.50 metros de ancho y permitirá la construcción de 4 carriles.
Se espera un promedio de 20 000 vehículos por día.
Aquí se uso un Geotextil de polipropileno no tejido,teimosoldado para la construcción del terraplén
de la carretera, para determinar la influencia de la tela en el comportamiento del camino, se llevó a
cabo una instrumentación y mediciones en cuatro sitios.Dos de ellos donde existe un estrato
limoso y arcilloso altamente compresible y otros dos en una zona pantanosa.
Este capítulo describe los estudios llevados a cabo en la zona pantanosa.También se incluyen los
resultados y las conclusiones de los estudios.
64
A continuación se muestra un esquema de la sección final e inicial del proyecto.
SECCIÓN C-G i- NIVEL .T. Ib
. |.0-5m \_Q-itr.
SÉOTEXHL-^ 32-9^ H
Sección final e inicial del proyecto.
65
6.2 Características Regionales, Estratigrafía Y Propiedades.
La obra esta localizada en la planicie costera del Golfo de México. Las formaciones geológicas
más antiguas en esa área corresponden al período terciario( mioceno medio).
Estas tienen un origen sedimentario y están formadas de arcillas firmes, lutitas y arenisca suelta
que aflora en las inmediaciones de la región.
La zona de inndacion del río a través de la cual corre parte de la carretera, esta formada por
depósitos fluvío lacustres recientes y por depósitos altamente orgánicos que descansan sobre las
formaciones teráarias.La precipitación anual esta cerca de los 250 mm con lluvias casi a todo lo
largo del año y con una temperatura anual promedio de 26° c.
Esta región es una de las áreas sísimicas mas activas de México, con una aceleración máxima del
terreno de 110 cm/seg2, para un período de retomo de 50 años.
El sismo más reciente de mayor intensidad tuvo lugar el 26 de agosto de 1959 con una intensidad
de 7 grados en la escala modificada de Mercalli, este causó severos daños en una sección de la
carretera Minatitlán- Coatzacoalcos.
Estratigrafía y propiedades.
La carretera de la parte izquierda del río como se
mencionó antes, esta situada en una zona pantanosa, la cual tiene una altura de agua casi
permanente de 0.5 metros sobre el nivel del terreno, en una longitud de casi 12 Km se encuentran
grandes depósitos de turba desde la superficie, el suelo es muy compresible, con una estructura
altamente fibrosa, de baja resistencia al esfuerzo cortante y espesores que van desde 1.5 a 3.5 m.
El contenido de agua (w) alcanza valores tan altos como el 750%, más grande que el limite
Kquidofwf) que alcanza valores del 700%.La máxima relación de vacíos (e) es de 14 y el peso
volumétrico ( t f ) es de 9.81 kn/m3.
La resistencia al esfuerzo cortante ( t^ en pruebas de compresión simple varía entre 2.94 y 7.85
kpa^ajo la carga de turba se encuentra un estrato de limos de alta plasticidad, con un espesor
promedio de 1.5 m w= 70% , wl= 80%, wp=40%.
66
Bajo este limo existe arcilla orgánica altamente compresible, con un promedio de contenido de
agua de 100% y entre 9.81 y 14.72 kpa. Y lentes de arena cuarsoza fina muy suelta.
A la profundidad de 15 m predominan las formaciones de arenosas, cuya densidad se incrementa
rápidamente con la profundidad por lo tanto, se considera que la profundidad total de suelos
compresibles, orgánicos e inorgánicos, está* entre los 13 y 17 m.
De las pruebas de consolidación se ha observado que el grupo de depósitos están normalmente
consolidados y que la consolidación secundaria es significativa para el pantano.
6.3 Consideraciones de Diseño.
Basándose en el análisis de estabilidad de terraplenes construidos sobre suelos sueltos y en la
magnitud y distribución de los esfuerzos, se concluyó que la baja resistencia al esfuerzo cortante
de las formaciones superiores hacen necesario utilizar bermas en las secciones del terraplén para
obtener el comportamiento satisfactorio del mismo.
La carretera consta de cuatro carriles, con un ancho de corona de 22.5 metros.Está provista de 3%
comenzando desde la línea central.
Las bermas proyectadas en ambos lados de la carretera son de 10 m de ancho, dando un total de
56.5 m de ancho para la sección de trabajo.
La estructura es como sigue:
1.-Un geotextil no tejido de polipropileno termosoldado denominado " Typar ", estilo 3401
manufacturado por" E l . Dupont de Nemours and Company ", colocado sobre la subrasante y
cocido insitu.
Este Geotextil es utilizado para reducir fallas por corte que pueden generar un incremento en los
gastos del material de relleno, que pueden penetrar diferencialmente en el interior del estrato
blando,y también para prevenir la contaminación del material selecto, mientras que se permite el
drenado y ayuda a construir un colchón de operación.
2. -El relleno y el colchón de operación se formaron con arena arcillosa sobre el geotextil por no
existir otro material de mejor calidad, disponible en las áreas colindantes.
3.-EI terraplén esta formado por arcilla arenosa compactada al 95% de la prueba de compactación
proctor modificada.
67
Los 0.30 m superiores sobre los cuales descansará la sub-base podrá ser compactada al 100% de
la prueba mencionada.
4.-EI pavimento formado por una sub- base de 0.15 m de espesor, una base mejorada con
cemento Portland de 0.20 m de espesor y concreto asfáltico de 0.07 m en la superficie.
6.4 Procedimientos De Construcción.
La construcción del terraplén fue proyectada de acuerdo a las siguientes etapas:
1.-Se preparó el terreno con la eliminación de toda la vegetación de 0.03 m de diámetro o mayores.
Durante la construcción se observó que fue práctico dejar la restante vegetación y no fue
eliminada.
2.-lnstalando el geotextil en tiras de 76 m colocadas transversamente ai camino. Los extremos son
cocidos, para cubrir el área de proyecto, usando hebras del mismo material como se presenta en el
detalle de la figura siguiente.
La longitud de cada tira es de 19 m (el ancho en exceso de las tiras es del 22% de la base de
operación, prevista para asentamientos).La tela es extendida directamente sobre la zona
pantanosa, ya sea que exista agua de altura o no.
3-Construyendo el colchón de operación .El borde del extremo inicial del geotextil es asegurado
sobre terreno firme por la cobertura del relleno. En este período se usa el procedimiento de punta
de flecha, figura anterior, vaciando el material y extendiéndolo del centro a los lados utilizando un
Bulldozer tipo D-6 con 8 veces de pasadas sobre el relleno para proveer una compactación
práctica.
El colchón de operación es construido a todo lo ancho del proyecto incluyendo las bermas.Durante
este proceso, se produjeron asentamientos y deformaciones, por esta razón el relleno será
ajustado, redistribuido y renivelado constantemente hasta que el colchón de operación alcance el
68
nivel establecido en el proyecto (aproximadamente o.50 m sobre el nivel del agua).
SECCIÓN A-A'
l_ ¡HÜm | r
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.. , .,_,. _,
'-/S>s-Sz/z? 0 6m O-o...
í \ _ GEOTEX7II-
L. 349r« _i 1
Construcción del colchón de Operación.
4.-Trabajos simultáneos del terraplén y las bermas hasta el nivel final de las mismas.
SECCíOtN B - B '
SÍ.Üw
Construcción de Bermas y Taludes.
69
Las bermas de 10 m de ancho y taludes de 4:1, están formados simétricamente en ambos lados
del colchón de operación, utilizando los mismos materiales y el mismo procedimiento de
construcción que el inciso 3, el cuerpo del terraplén esta formado por capas de material de 0.3 m
de profundidad, compactadas hasta que alcanzan el 95% de su máximo peso volumétrico seco, de
acuerdo a la prueba de compactactón Procter Modificada.
Se usa el mismo procedimiento para terminar las bermas.
5Conclusíón del cuerpo del terraplén y una sobrecarga de 1.00 m de altura medida desde la cima
al cuerpo del terraplén, siguiendo el mismo procedimiento de construcción del inciso 4.
SECCIÓN C - C r- NIVEL yr,i*
Cuerpo-del Terraplén concluido.
Una vez que es alcanzado el 80% de los asentamientos predichos, el material de la sobrecarga es
eliminado y descargado sobre las bermas.
70
Siguiendo esto, se escarifica 0.30 m de material y recompactado al 100% de su peso volumétrico
máximo seco, de acuerdo a la prueba de compactación Próctor Modificada esto es seguido por la
construcción final del pavimento.
Instrumentación y mediciones.-
Para valuar la influencia del uso de la tela en el
comportamiento de la carretera en áreas de suelo blando, se desarrolló un programa de
investigación incluyendo la construcción de dos secciones de prueba a lo largo del terraplén, donde
la tela Typar no fué' usada y el relleno fue'colocado directamente sobre la subrasante.
La primera sección de pruebas fue localizada a 100 m de la sección de la tela sobre el área de alta
compresibilidad.
Esto abastece cuatro estaciones de control:
1.-Sobre pantano con geotextil.
2.-Sobre pantano sin geotextil.
3.-Suelos altamente compresibles con geotextil.
4.-Suelos altamente compresibles sin geotextil.
1.- Nueve testigos; cinco sobre el nivel de terreno y cuatro sobre la superficie del terraplén.Dos
testigos con una placa base instalados a una profundidad de 2.0 m de la línea de nivelación y un
testigo profundo como referencia fija para todos los niveles.
2-Cinco celdas hidráulicas 0.20 * 0.20 *0.18 m instaladas a 2.00 m bajo la línea de nivelación,
situadas en diferentes lugares del terraplén.
3-Tres piezómetrqs abiertos tipo Casagrande y dos piezómetros neumáticos instalados a
diferentes profundidades en ambos suelos, permeable e impermeable, colocados bajo la línea
central de la sección.
4.-Tres inclinómetros de entubado de aluminio con un pénduo eléctrico digital con una profundidad
promedio de 20.5 rn en la sección sin geotextil y de 26.7 m en la sección con geotextil, cuyas
posiciones pueden verse a continuación.
71
• ü l j A í , , 99m -JWí ÉÉF ffia
i W. N N N « WVtl» CM MAC* M M
Se establecen testigos a lo largo de la carretera para observar el comportamiento del suelo con
Geotextil y sin éste.
La instalación de éstos mecanismos permitió la evaluación de asentamientos, desplazamientos
verticales y horizontales y la evolución de la presión de poro.
72
Las lecturas fueron tomadas regularmente en un período de 7 meses, es importante mencionar
que en la sección sin geotextil los instrumentos fallaron antes del vaciado del relleno, por esta
razón los instrumentos fueron reemplazados después de que el relleno estuvo en posición.
En adición a los sondeos hechos antes de que el terraplén fuera construido, se efectuaron tres
más después de la construcción en la sección sin tela y seis en la sección con tela, localizados en
la línea central y sobre ambos lados de la carretera.
Resultados.
Los resultados presentados aquí son los que se obtuvieron en las secciones de
control número 1, la cual corresponde a la porción del terraplén sin geotextil, construido sobre el
pantano no.2, la cual usó geotextil y fue construido sobre el mismo tipo de suelo que en la sección
no1.
La tabla que a continuación se muestra presenta la magnitud de los desplazamientos verticales
medidos en los testigos de ambas secciones durante un periodo de observación de 7 meses.
La localización de cada testigo puede apreciarse en la figura anterior también puede verse que los
testigos instalados en la superficie experimentaron menor asentamiento en la sección no 2. Que en
la no.1.
Los asentamientos para los testigos con placa base fueron prácticamente los mismos dos meses
después de la construcción, se observó una reducción sustancial, la cual puede suponerse como
indicación al final de la consolidación primaria.
Las lecturas obtenidas de las celdas hidráulicas, indicaron que el asentamiento máximo ocurrió en
el centro y en los lados del terraplén en donde la profundidad del relleno y de suelo suelto es
mayor.
73
Sección no.1 singeotextil
Testigo
b-1
b-2
b-3
b-4
b-5
b-6
b-7
b-8
b-9
pb-1
pb-2
desplazamiento
0.45
X¡M
0.24
0.29
0.16
0.33
0.42
0.37
0.25
0.28
0.25
sección no. 2 con geotextjl.
testigo
b-10
b-11
b-12
b-13
b-14
b-15
b-16
b-17
b-18
pb-3
pb-4
desplazamiento(m).
0.11
0.05
0.00
0.02
0.01
0.32
0.21
0.16
0.12
0.25
0.30
También se observo que en la sección no.2 la curva de asentamiento presento una línea más
convexa que en la sección no.1, lo cual es ventajoso dado que la distribución de esfuerzos es más
homogénea.
Las medidas píezométricas demostraron que la presión de poro tiende a disminuir con el tiempo.
El exceso de la presión de poro en promedio fue de 9.81 kpa. y 7 meses después de que el
terraplén fue finalizado, los desplazamientos horizontales medidos por los indinómetros
demostraron que los movimientos máximos tuvieron lugar en el terreno y en los suelos blandos.
Seis meses después de la instalación de los inclinómetros, las deformaciones máximas
horizontales del relleno fueron de 0.035m en la sección no.1, y de 0.04 m en la sección no.2. En
los suelos blandos éstas fueron de 0.04. En la sección no.1 y de 0.017 en la sección no2..
Durante la operación de construcción, ocurrieron fuertes desplazamientos horizontales en la turba,
a grandes distancias. Postes situados a 50 m del borde de la carretera fueron inducidos a
inclinarse.
74
El relleno fue establecido en estado suelto, con un valor de n= 5, excepto en el primer metro, como
consecuencia de capas demasiado profundas de relleno colocadas durante la construcción.
Una primera diferencia esencial entre las secciones de control fue establecida en la intrusión de
relleno, que tuvo lugar durante e inmediatamente después de la colocación del mismo.
La tabla inmediata muestra una intrusión de relleno en el interior de la subrasante en las secciones
no.1 y no.2.
Sección no.1 sin geotextil
Sondeo
s-1
s-2
s-3
intrusión de relleno
5.2 m
3.0 m
5.1 m
sección no.2 con geotextil
sondeo
s-4
s-5
s-6
intrusión de relleno
3.4m
1.0 m
3.0m
En general, se ha observado que la profundidad y el volumen del relleno entremetido es dos veces
mayor, en promedio, en la sección no.1 que en la sección no.2.
En ambas secciones un volumen asimétrico de relleno es desplazado a la izquierda de las figuras
anteriores.
La causas de esto son el espesor y la inclinación de la capa del limo arenoso que yace ligeramente
bajo el relleno.
75
En las figuras siguientes se hace una comparación entre la estratigrafía antes y después de la
construcción del terraplén, en la línea central de la carretera, para ambas secciones.
Comparación estratigráfica antes y después de la construcción del terraplén.
En estas figuras puede observarse que la magnitud de la intrusión del relleno es mayor en la
sección no1, que en la sección no.2, como se pudo observar en la tabla anterior.
76
tí'6i./OTECA También, puede verse que el espesor de la capa de turba es reducido considerablemente en la
etapa final del trabajo debido al gran desplazamiento de! material inducido por el progreso de la
construcción y en grado menor debido al asentamiento inmedlato.Este último causó una fuerte
reducción de espesores en el otro suelo blando.
Es notable que de una detenninada profundidad, el estrato subyacente no fue afectado, al menos
al final de la construcción.
Las figuras anteriores demuestran que en la sección no.1 donde el Geotextil no fué usado, tuvieron
lugar deformaciones en el estrato más profundo.
6.5 Resultados.
Como resultado de |a instrumentación y el comportamiento observado de las secciones no.1 y no.2
se llegaron a las siguientes conclusiones:
1.-l_a intrusión máxima del relleno en el interior del nivel original del terreno durante e
inmediatamente después de la construcción fue mayor en la sección número 1 que en la número 2,
por lo tanto, el uso del material previno el gasto excesivo de relleno para la construcción del
terraplén. El ahorro fue de alrededor del 50%.
2.-La evolución de los asentamientos horizontales, medidos en el relleno, fueron prácticamente
iguales en ambas secciones, sin embargo, los desplazamientos verticales del terreno fueron
mayores en la sección número 1, que en la número 2.
De esto, puede establecerse que la restricción impuesta por el geotextil reduce la magnitud de los
esfuerzos en el área de contacto entre el terraplén y ta subrasante.
3-Las curvas de asentamiento reportadas, de las mediciones de las celdas de presión,
presentaron una línea más convexa en la sección número 2 que en la número 1, lo cual implica un
perfil mas uniforme de la base del terraplén y una distribución de esfuerzos más homogénea.
4.-Desde un punto de vista constructivo, el uso del geotextil auxilia gradualmente al comienzo de la
construcción del terraplén para el asentamiento de un colchón de operación más estable.
5.-Se espera, que en el futuro, la intrusión más uniforme del relleno en la subrasante, reducirá la
necesidad de mantenimiento, dado que la generación de asentamientos diferenciales será menor.
77
Vil. CONCLUSIONES.
De acuerdo al comportamiento de estos materiales como un elemento constitutivo de las obras de
Ingeniería Civil, su funcionamiento observado a largo plazo, su facilidad de manejo e instalación, y
su bajo costo se concluye con lo siguiente:
Un Geotextil es un elemento que cumple cinco diferentes características propias de algunos
materiales de construcción, por lo tanto, es factible utilizarlos como material constitutivo dentro de
la Ingeniería.
Por su economía facilidad de manejo y su resistencia, el Geotextil es un elemento versátil al
que se le puede dar infinidad de usos dentro de las obras.
Por su gran resistencia a la tensión se puede usar para aumentar la capacidad de carga en
suelos blandos y dar estabilidad a terraplenes.
Debido a la función como separador de dos materiales distintos, un Geotextil es capaz de
trabajar como filtro drenante reduciendo el espesor de la capa de material granular y, en
consecuencia, el costo de construcción es menor.
Las pruebas que se realizan a los Geotextiles son fácilmente reproducibles y económicas.
Para lograr garantizar una buena aplicación dentro de la Ingeniería y una mejor funcionalidad
de estos materiales, deben de observarse las siguientes recomendaciones:
1.-Se debe de contar con una supervisión responsable y capaz para mantener en buen estado las
propiedades del Geotextil, desde su fabricación hasta su instalación.
2-De ser aplicados los Geotextiles en una obra determinada, se debe de tener cuidado en el
método constructivo, para no alterar el funcionamiento del mismo, así como de mantener el control
de calidad de la obra.
3 -Como se mencionó si un Geotextil no es cuidado de los rayos solares, éste sufrirá un severo
deterioro en su estructura y perderá resistencia, ocasionando con esto, la faHa parcial o total de la
obra.
78
A consecuencia de la gran demanda que se ha hecho de estos materiales, es posible que dentro
de poco se implanten nuevas técnicas en la industria de la construcción, eliminando métodos
tradicionales.Lo que se requiere son soluciones que sean mucho más económicas y más rápidas,
para solucionar la problemática que trae jc/írto c&} el crecimiento urbano.
Espero que el presente trabajo sirva de base, en un futuro próximo, para incrementar la utilización
de este tipo de material aplicándolos como refuerzo en suelos de bajo valor relativo de soporte o
compresibles en general, como filtros drenantes, en la construcción de presas, también como
drenantes para las carreteras, para disminuir de esta manera las deficiencias, mano de obra y
mantenimiento.
79
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