ESTABILIZACIÓN DE SUBRASANTES BLANDAS COMPRESIBLES EN ZONAS TROPICALES

Luis Felipe Correales Rivas Ingeniero Civil Subgerente Geosintéticos lcorreales@lafayette.com

Elizabeth Cabrera Agámez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería Civil Directora Comercial ecabrera@lafayette.com

Omar Leonardo Torres Parada Ingeniero Civil Especialista en Geotecnia Director Técnico otorres@lafayette.com

Resumen

La ingeniería enfrenta permanentemente el reto de construir y mantener estructuras de pavimento con recursos económicos limitados. Por esta razón, con mayor frecuencia los ingenieros recurren a alternativas de diseño que consideran materiales térreos de calidad secundaria, productos elaborados que suplan las deficiencias de los materiales de construcciones disponibles y prácticas de diseño innovadoras, tal es el caso del uso de geomallas ó geotextiles como elementos de estabilización de subrasantes blandas compresibles.

En este artículo se presentan algunos casos en los cuales los Geosintéticos han permitido estabilizar subrasantes y conformar plataformas de soporte para la construcción de vías y han favorecido el desempeño de la estructura durante su periodo de servicio.

INTRODUCCIÓN

Algunos proyectos se ubican en zonas que presentan suelos finos de baja capacidad de soporte, con algún grado de inestabilidad originado por su plasticidad y compresibilidad, por lo que ha sido práctica común el uso de elementos como rajón y madera para mejorar las condiciones de los suelos de subrasante, sobre los que se construyen las vías. Esta solución, aunque reconocida y aceptada durante años como sistema de mejoramiento de subrasantes blandas, representa una mayor inversión y un innegable daño ambiental.

Recientemente, los ingenieros han recurrido a alternativas de diseño que consideran materiales térreos de calidad secundaria, materiales elaborados que suplan las deficiencias de los materiales de construcciones disponibles y prácticas de diseño innovadoras para la estabilización de subrasantes blandas compresibles.

1. LOS SUELOS COMPRESIBLES

El suelo es un esqueleto de partículas sólidas que contiene vacíos llenos de aire, agua ó de una combinación de ambos. Si una muestra de suelo es sometida a una solicitación que hace que su volumen disminuya, esta disminución puede deberse a:

1) Una compresión de la materia sólida 2) Una compresión del agua y el aire que se encuentran dentro de los vacíos 3) Un escape de agua y aire de los vacíos

En general, la compresibilidad de los suelos es una función del espacio dentro del cual las partículas pueden cambiar su posición por rotación ó deslizamiento y depende de la rigidez del esqueleto de suelo, que a su vez obedece al arreglo estructural de las partículas. En general, un suelo compuesto por partículas laminares es más compresible que otro que contiene partículas equidimensionales.

2. INTERACCION SUELO – GEOSINTÉTICO (Mecanismos de refuerzo)

Se han identificado tres tipos de mecanismos de refuerzo fundamentales que suceden al colocar una geomalla o un geotextil de alto módulo para refuerzo de la subestructura granular de un pavimento:

♣ Restricción al desplazamiento lateral ♣ Mejoramiento de la capacidad de soporte ♣ Efecto de membrana tensionada (Perkins e Ishmeik 1997)

2.1 Restricción al desplazamiento lateral

La restricción al desplazamiento lateral hace referencia al confinamiento que restringe el desplazamiento del material granular ante la aplicación de la carga. Dado que la mayoría de los materiales utilizados para la construcción de pavimentos son esfuerzo-dependientes, la restricción al desplazamiento lateral hace que queden trabajando permanentemente a compresión, obteniéndose como resultado un aumento en el módulo mecánico de la capa. Un mayor módulo mecánico significa una mayor capacidad de distribución de esfuerzos y, por lo tanto, menores deformaciones sobre la subrasante.

2.2 Mejoramiento de la capacidad de soporte

El segundo mecanismo, mejora de la capacidad de soporte, es consecuencia del desplazamiento hacia arriba de la envolvente de falla del sistema de pavimento. El geosintético actúa como una barrera que controla la superficie inferior de la envolvente de falla, confinándola completamente a la capa de granulares, que ofrece mayor resistencia que la subrasante, con lo cual se logra este efecto.

2.3 Efecto de membrana tensionada

Este efecto se basa en el mejoramiento de la capacidad de distribución vertical de

esfuerzos resultante del esfuerzo de tensión en una membrana deformada.

En principio, la investigación sobre el efecto de refuerzo de pavimentos consideró que el efecto de membrana tensionada era el principal mecanismo de refuerzo, sin embargo, investigaciones posteriores han demostrado que los beneficios de refuerzo se logran sin que la estructura experimente mayores deformaciones. De esta manera, la restricción al desplazamiento lateral constituye el mecanismo de refuerzo fundamental, seguido por la mejora de la capacidad de soporte y el efecto de membrana tensionada. La contribución de cada uno de estos mecanismos en el refuerzo total que provee una geomalla o un geotextil de alto módulo es aún objeto de investigación y es particular para cada material.

3. ALGUNAS EXPERIENCIAS DE ESTABILIZACIÓN DE SUBRASANTES BLANDAS COMPRESIBLES CON GEOSINTETICOS

3.1 Carretera Quibdó – Yuto

Por las condiciones geomorfológicas y de pluviosidad del departamento del Chocó, los suelos de subrasante se caracterizan por presentar elevados contenidos de humedad y ser altamente compresibles. Las empalizadas fueron durante varias décadas el sistema de mejoramiento de subrasante más utilizado en la región.

Recientemente, algunas empresas constructoras han dejado de lado los mejoramientos con madera y están utilizando geomallas de refuerzo y geotextiles de alto módulo para construir pavimentos sobre subrasantes blandas compresibles; mejorando así el desempeño de la estructura, aumentando su periodo de servicio y obteniendo una reducción de espesores de material granular.

La carretera Quibdó – Yuto tiene una longitud total de 19.5 Km. y se encuentra ubicada principalmente sobre limos y arcillas de alta plasticidad. La estructura de pavimento está conformada por una capa de subbase granular de 37 cm de espesor, 32 cm de base granular y 10 cm de mezcla densa en frío. La geomalla de refuerzo Fortgrid BX 35 se instaló directamente sobre la subrasante en las zonas donde fue necesario ampliar la banca y rectificar el trazado de la vía ó en los sectores donde se requirió reemplazar la totalidad de la estructura existente.

3.2 Carretera Itsmina – Pie de Pepé – Puerto Melúk

Se trata de una vía contratada con recursos del Plan Colombia, que busca unir el departamento con el océano Pacífico. Es un corredor vial que empalma el bajo Baudó con el eje del Chocó.

Fotografía 3. Carretera Itsmina – Pie de Pepé – Puerto Melúk Por ser un corredor de la Red Terciaria, el diseño se planteó a nivel de afirmado, para obtener el espesor de material granular necesario para soportar las cargas del tráfico sin sobrepasar la capacidad mecánica de la subrasante.

El resultado del diseño con geomalla de refuerzo Fortgrid BX 35 y geotextil de

separación Fortex BX 30 arrojó un espesor de agregado de 38 cm.

Como complemento a esta solución de estabilización de subrasante, fue necesario realizar un sistema especial de mejoramiento en los sectores que evidenciaron presencia de bolsas de lodo ó suelos completamente incompetentes.

La solución adoptada consistió en excavar 25 cm. (mínimo) de la capa de subrasante; instalar geotextil de separación Fortex BX 30 en el fondo de la excavación; extender y compactar material granular hasta alcanzar el nivel de la subrasante original y continuar con la estructura de pavimento inicial.

3.3 Vías de acceso Hipermercado Carrefour Medellín

El suelo de subrasante donde se ubica el hipermercado Carrefour de Medellín, es básicamente una turba con capacidad de soporte inferior al 1% en términos del CBR.

Como solución inicial de estabilización de la subrasante se contempló la posibilidad de utilizar rajón en la totalidad del proyecto; sin embargo, debido a los altos costos que generaría esta solución se buscaron procesos y materiales alternativos para garantizar la estabilidad de la obra.

Entendiendo que las condiciones del suelo de subrasante hacían necesario utilizar un geotextil que a valores muy bajos de deformación desarrollara elevada resistencia a la tensión, se empleó geotextil Fortex® BX 40 a nivel de la subrasante y entre las capas granulares.

La estructura de pavimento está compuesta por Fortex BX 40 directamente sobre la subrasante, 30 cm de subbase granular, una segunda capa de geotextil Fortex BX 40, subbase granular en un espesor de 18 cm, base asfáltica y 10 cm de rodadura.

La utilización de Fortex® BX 40 permitió conformar una plataforma de trabajo, sobre la cual se ubicaron los materiales granulares y la mezcla asfáltica.

3.4 Vías de acceso Locación Petrolera Jaguar III

El proyecto se desarrolla en cercanías a Puerto Gaitán, Meta; zona que se caracteriza por la presencia de limos arcillosos con alta concentración de óxido de hierro. La utilización de geotextil de alto módulo Fortex® BX 60 permitió la estabilización de la subrasante y posterior conformación de terraplenes con alturas entre 1.4 m para la locación y 0.8 m para las vías de acceso.

4 VENTAJAS DEL USO DE GEOMALLAS DE REFUERZO FORTGRID Y GEOTEXTILES DE ALTO MODULO FORTEX PARA ESTABILIZACIÓN DE SUBRASANTES BLANDAS COMPRESIBLES

Los Geosintéticos Fortex y Fortex se producen con multifilamentos orientados de poliéster de alto peso molecular (mayor a 25.000 g/mol) y grupo carboxilo menor a 30, con lo cual se controla la hidrólisis y se garantiza la estabilidad del polímero.

Tanto los geotextiles como las geomallas se caracterizan por tener una alta relación

Resistencia a la tensión – Deformación, con tenacidades superiores a las de cualquier otro polímero utilizado para la producción de Geosintéticos.

PET= Poliéster de alta tenacidad PP= Polipropileno HDPE= Polietileno de alta densidad

El poliéster de alta tenacidad ofrece un mejor desempeño a largo plazo debido a su bajo creep.

Los Geosintéticos de poliéster producidos por tejido de inserción garantizan estabilidad hidráulica en cualquier ambiente de carga.

Al colocar Geosintéticos de alto módulo en la masa de suelo, se permite que la transferencia de esfuerzos entre el suelo y el refuerzo se desarrolle en forma continua a lo largo de todo el refuerzo, logrando de esta manera que los esfuerzos se distribuyan sobre toda la masa de suelo y no localmente.

Es posible reducir el espesor de material granular requerido, asegurando un mejor desempeño de la estructura de pavimento.

Adicionalmente, la utilización de Geosintéticos permite tener menores excavaciones, estructuras más livianas debido a la reducción de espesores y obras compatibles con el entorno geotécnico y ambiental.

Finalmente, vale la pena mencionar que el desempeño de las estructuras reforzadas con Geosintéticos de alto módulo, depende en buena medida de un adecuado sistema de drenaje que garantice la evacuación de las aguas que pueden entrar en la estructura de pavimento.

Para mayor información, consúltenos en: Francisco de Nates 396 e Hidalgo de Pinto (antiguo Quito Tennis) TLF: 226 – 2473 / 292 – 2874 / 292 - 4398 FAX: 224 - 2505 www.geosinteticoslafayette.com Quito - Ecuador