ANTECEDENTES:
El tiempo de vida de la mayoría de carreteras suele ser menor que el previsto por los ingenieros o técnicos encargados de su diseño y construcción. Esto se debe a que la vía se encuentra expuesta a diversas condiciones externas, difíciles de calcular, que ocasionan un desgaste acelerado del pavimento.
A continuación, se presentarán los diferentes factores que disminuyen la vida útil de la carretera, ya sea produciendo un desgaste al pavimento o daños en el mismo como roderas, grietas térmicas, fisuras, hundimientos, entre otros (Grupo IGC, 2019).
o Falta de un adecuado sistema de drenaje: Durante la construcción de las carreteras, se debe tener en cuenta el tipo de material en el cual se va a asentar la capa asfáltica, debido a que en suelos impermeables el agua queda retenida. Esto podría impedir su correcto compactamiento y la adecuada adherencia del asfalto.
o Deformaciones en el terreno (Roderas): Los agregados como la piedra y la grava, aunque son materiales con alta capacidad de carga, tienden a hundirse por efecto de la circulación de vehículos, principalmente de carga pesada.
o Fisuras: En algunos casos, los materiales usados para la pavimentación de carreteras, al no poseer la viscosidad necesaria para conseguir la adecuada integración de sus aditivos, suelen ser propensos a los efectos de expansión y contracción, lo que genera fisuras en el asfalto.
o Grietas térmicas: Los cambios de temperatura a los que se encuentra expuesta la vía provocan pequeñas grietas que facilitan el desgaste del asfalto por parte de los demás factores como el peso de los vehículos.
Imagen 1: Baches, roderas y grietas (ABC Motor, 2019)
Ante estos problemas, se vio la necesidad de implementar nuevas tecnologías para mejorar la resistencia de los suelos y disminuir los daños causados en pavimentos. Entre todas ellas, una de las más efectivas hasta el momento es la implementación de geosintéticos.
INTRODUCCIÓN
Aunque la utilización de los geosintéticos es una opción novedosa y cada vez más común, posee un principio que se remonta muchos años atrás. En la antigüedad se utilizaban técnicas, actualmente conocidas como geoceldas y geomallas, las cuales brindaban un confinamiento lateral y aumentaban la resistencia a tracción de los suelos mediante capas horizontales de madera o ramas de palmera entrelazadas. Además, en algunos métodos constructivos se utilizaban pieles de animales para separar suelos blandos de los superiores (Beltrán B., 2013).
Actualmente, el uso de los geosintéticos (como las geomallas), a diferencia de otras técnicas capaces de solucionar los problemas de agrietamiento y fatiga, resulta una opción más viable en la mayoría de casos, ya que permite reducir los costos, disminuir el tiempo de construcción y su instalación resulta sencilla (Alvarado Sánchez, 2012).
QUÉ SON LAS GEOMALLAS?
Son materiales geosintéticos compuestos en su mayoría por poliéster, polipropileno y/o polietileno de alta resistencia, los cuales cumplen la función de refuerzo y estabilización del suelo. Las geomallas complementan la resistencia de tensión que puede llegar a sufrir el suelo debido a cargas externas. Así, su uso permite que un terreno determinado pueda recibir mayores cargas y distribuirlas uniformemente de tal manera que se prolonga su durabilidad y se disminuye el riesgo de derrumbes (Blanco, 2017).
Imagen 2: Geomallas (GEOACE BLOG, 2019)
CLASIFICACIÓN
Dependiendo de su uso, las geomallas se dividen en tres.
- Geomalla uniaxial
Posee toda su capacidad de resistencia en una sola dirección. Está conformada por tiras denominadas “costillas” distribuidas longitudinalmente, las cuales son unidas transversalmente mediante juntas delgadas de baja resistencia. Este tipo de geomalla se aplica en zonas donde se conoce con anticipación la dirección de la aplicación de la carga; por ejemplo, en el reforzamiento de taludes, se emplea como refuerzo primario para brindar resistencia al terreno y permitir que los taludes puedan tomar ángulos de inclinación casi verticales (Alvarez Cruz & Bermudez Manrique, 2020).
Las geomallas uniaxiales actúan mediante dos mecanismos que son efectivos contra el movimiento relativo del terreno. El primero transfiere las tensiones al suelo por el empuje pasivo que se genera en los miembros transversales del talud, mientras que el segundo crea esfuerzos de fricción entre el suelo y las costillas (Alvarez Cruz & Bermudez Manrique, 2020).
Imagen 3: Geomalla Uniaxial (Texdelta, 2020)
- Geomalla Biaxial
Posee capacidad de resistencia en dos direcciones, tanto longitudinal como transversal, y se emplean para refuerzos de suelos donde las cargas aplicadas son en direcciones variables; por ejemplo, en la construcción de carreteras, plataformas de camiones ferroviarios, pistas de aeropuertos, caminos permanentes sin pavimentar, estacionamientos, caminos de acarreo de construcción, etc. (Alvarez Cruz & Bermudez Manrique, 2020).
Están diseñadas para un rendimiento de alta resistencia y tienen la capacidad de distribuir las cargas en un área más amplia de lo habitual. Esto aumenta su aplicación en cuanto a la estabilización de bases. Además, las costillas, al estar fabricadas perpendicularmente, forman una grilla, la cual puede estar aperturada de diferentes tamaños y permite que suelos o materiales pétreos puedan ingresar a través de esta. Su uso reduce considerablemente los tiempos de construcción y garantiza ahorro de costos debido a la reducción de agregado requerido, pues la resistencia que ofrecen estos últimos pueden ser reemplazados por la geomalla (Alvarez Cruz & Bermudez Manrique, 2020).
Las geomallas biaxiales pueden clasificarse en dos grupos: flexibles y rígidas. Las primeras son fabricadas generalmente con fibras de poliéster unidas en los puntos de encuentro mediante diferentes tipos de tejidos con un revestimiento de PVC y las segundas están hechas a base de polipropileno.
Imagen 4: Geomalla Biaxial (Geosintéticos MEX, 2020)
- Geomalla Triaxial
Se emplean para proporcionar rigidez en el plano existente. Generalmente, están fabricadas de polipropileno y perforadas en múltiples direcciones equiláteras de tal manera que se forman triángulos. Este arreglo es considerado uno de los más estables por lo que la geomalla proporciona un mayor nivel de rigidez a comparación de las anteriores mencionadas (Almendarez & Reyes, 2017).
El uso de estas geomallas mejora la capacidad portante en pavimentos lo que lo hace muy bueno en suelos de baja resistencia. Además, permite reducir considerablemente el espesor de capas de material necesario para la construcción del mismo. La disminución de espesor de la capa base conlleva al ahorro de costos de acarreo y compactación del material. Adicionalmente, la facilidad del proceso constructivo a seguir para su instalación reduce el tiempo de construcción notablemente (Almendarez & Reyes, 2017).
Imagen 5: Geomalla triaxial (Geosintéticos MEX, 2020)
APLICACIÓN DE GEOMALLAS EN PAVIMENTOS
La geomalla es uno de los productos que se están implementando en el sector carretero. Esto se debe a que las carreteras están constantemente sometidas a cargas dinámicas, lo cual ocasiona la aparición de huecos y grietas; Estos, en conjunto con el agua, hace que se agrave la estructura del pavimento flexible. El material tiene como fin incrementar la resistencia a la tracción en todo el conjunto y sin tener posibles discontinuidades. Es decir, funciona como refuerzo y proporciona una mayor seguridad para los transeúntes.
Imagen 6: Implementación de Geomalla en la construcción de carreteras (Geosai, 2016)
Por lo tanto, existen diferentes motivos por el cual se aplican las geomallas en los pavimentos flexibles. A continuación, se mencionan los beneficios de estos.
a) Refuerzo:
El mecanismo va a depender del tipo de suelo con el cual está en contacto. Se han identificado tres tipos dentro de la capa granular, de la subrasante y la base granular.
- Restricción del desplazamiento lateral:
Se refiere al confinamiento que restringe el desplazamiento del material granular cuando se aplica una carga.
Imagen 7: Restricción del desplazamiento lateral y confinamiento del material (Caballeros, 2006)
- Mejora de la capacidad de soporte:
Este material actúa como barra que controla la superficie interior de la envolvente de falla; Es decir, la confina completamente en la base granular. Asimismo, tiene mayor resistencia que la subrasante.
Imagen 8: Mejora de la capacidad de soporte del suelo (Caballeros, 2006)
- Efecto de membrana tensionada:
Cumple la función de mejorar la capacidad de distribución vertical del esfuerzo resultante de la tensión en una membrana deformada.
Imagen 9: Efecto de membrana tensionada producido por la geomalla (Caballeros, 2006)
Con el fin de minimizar el espesor de la nueva carpeta de rodadura, retrasar la aparición de grietas e incrementar la resistencia de la estructura, se emplea la geomalla de fibra de vidrio; lo que resulta es el aumento de la resistencia a la nueva carpeta asfáltica debido a que absorbe los esfuerzos a tracción horizontal que se generan sobre las mismas. Es importante que haya continuidad dentro del conjunto; es decir, la geomalla se debe adherir perfectamente al asfalto siendo impregnado y recubierto con el material bituminoso.
Imagen 10: Ubicación de la geomalla en recapeos (Caballeros, 2006)
b) Confinamiento:
El uso de la geomalla como refuerzo se ha definido como refuerzo de confinamiento, debido a la interacción que tiene el suelo granular de la capa con la base.
c) Separación de capas:
Con esto, se evita que los diferentes componentes de la capa de base granular se puedan mezclar con la subrasante. Si se tuviera una mezcla, se produciría una falla de deformación en esta interfase y por ende el ahuellamiento y fisuras en la carpeta de rodadura.
Imagen 11: Efecto de separación de capas y confinamiento de la geomalla (Caballeros, 2006)
VENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DE GEOMALLAS
Desde hace 30 años, las geomallas, como refuerzo y para rehabilitación de las capas granulares y asfálticas, vienen superando en el campo de la ingeniería de pavimentos a los métodos tradicionales de mejoramiento de las propiedades mecánicas del suelo debido a los diversos beneficios que trae consigo su implementación (Beltrán B., 2013).
o Permiten aislar la superficie de la humedad y separar los suelos granulometricamente. Además, aumentan la resistencia a la tracción del suelo aún en casos de humedad y aceleran la evacuación de agua subterránea lo que garantiza la correcta adhesión de la capa de asfalto.
o Brinda estabilidad y resistencia a la capa subrasante lo cual mejora su comportamiento al efecto de las fuerzas de punzonamiento, oscilación y cortantes para permitir que esta posea una mayor capacidad portante.
o Ayudan a que las fuerzas de tensión se distribuyan uniformemente lo que aumenta la capacidad de carga del asfalto y permite reducir su espesor entre 10 a 20%.
Asimismo, de lo expuesto anteriormente se disminuye la cantidad de emisiones de carbono, y se reduce el costo de construcción y mantenimiento. Esto debido a que se prolonga la vida útil del pavimento y se disminuye el volumen de tierra a movilizar, así como la cantidad de materiales necesarios para su construcción.
AUTORES: Richard Ríos, Fernanda Aste & Sandy Velásquez.
BIBLIOGRAFÍA
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