Geomallas y su uso dentro de la ingeniería civil

Mensaje Inicial
Una geomalla es un material geosintético utilizado para
reforzar suelos y diversos materiales.

Logro de la sesión de
aprendizaje
• Al culminar la
sesión, el estudiante
elabora un infograma
sobre los pavimentos
reforzados con
geomallas en el
Perú”, de forma
coherente, para el
manejo adecuado de su
relevancia para la
carrera.

Pavimentos construidos sobre
suelos de baja capacidad de
soporte, reforzado en la base
por un geosintético con
resistencia a la tracción para
garantizar la estabilidad de la
estructura y minimizar
asentamientos diferenciales.
REFUERZO PARA BASE DE PAVIMENTO
Productos GEOSINTÉTICOS

Productos GEOSINTÉTICOS

¿Por que utilizar?
Para minimizar deformaciones. En el pavimento proveniente
de la subrasante;

¿Por que utilizar?
Para evitar contaminación y consecuente pérdida
de la capacidad de soporte;

¿Por que utilizar?
Disminuyendo las deformaciones en la subrasante se reduce
la posibilidad del surgimiento de fisuras en el pavimento;

¿Por que utilizar?
Permite reducir el espesor de la camada granular
en hasta 40%.

Entre la base granular y
subrasantes con CBR = 4%
hasta 8% vamos a proponer
el geotextil tejido MacTex®.
Además de actuar como
separador también
proporciona refuerzo.
Solución sugerida!
Para evitar la contaminación entre camadas

Solución sugerida!
Para refuerzo de pavimentos apoyados sobre subrasantes < 4%

Solución sugerida!
Para evitar la contaminación entre camadas
Para refuerzo de pavimentos apoyados sobre subrasantes < 4%

INSTALACIÓN
PREPARACIÓN DEL SUELO

INSTALACIÓN
APLICAR EL GEOSINTÉTICO SOBRE LA SUPERFICIE

INSTALACIÓN
APLICAR LA CAMADA GRANULAR

INSTALACIÓN
ESPARCIR LOS AGREGADOS

INSTALACIÓN
COMPACTAR LA CAMADA DE AGREGADOS

METODOLOGÍA EXISTENTE PARA
EL DISEÑO

1. La utilización de geosintéticos como elementos para la
estabilización de estructuras viales fue introducida en los
años ’70. Desde entonces muchos investigadores,
profesores, ingenieros y fabricantes intentaron encontrar,
sin éxito, una metodología general para el
dimensionamiento de estos tipos de estructuras.
Existen por otro lado, varios métodos de
dimensionamiento para carreteras no pavimentadas. Entre
ellos los más conocidos son:
INTRODUCCIÓN
Giroud & Noiray, 1981 -
“TENSIONED MEMBRANE EFFECT”
(Efecto de la membrana traccionada) y
Houlsby & Jewel, 1990
“LATERAL RESTRAINT EFFECT”
(Efecto de restricción lateral)

2. Inicialmente es necesario diferenciar las carreteras no
pavimentadas de las pavimentadas.
Para ambas situaciones, la condición no pavimentada será
siempre la hipótesis inicial.
TRC-Grid
Subgrade
Granular fill
Interaction area
TRC-Grid
ß
f
ß
a
R
R
'
R
''
P
u
P
e,s
P
y
P
f
F
w
2.1 No pavimentada 2.2 Pavimentada
METODOLOGÍA

2.1 No pavimentadas
La metodología para carreteras no pavimentadas puede ser
desarrollada según las dos teorías del “Efecto Membrana” o
de la “Restricción Lateral”.
Ambas teorías están fundadas en la transmisión de los
esfuerzos al geosintético a través de la interacción
suelo/geosintético que puede variar, según el tipo de
geosintético, entre 0,80 y 1,0 (resultados obtenidos en
ensayos de pull-out) .
Obs.: El mayor valor que se puede utilizar como coeficiente
de interacción es 1.0.
METODOLOGÍA

2.1.1 El Efecto Membrana
El dato más importante para la utilización del método
“Efecto Membrana” es la profundidad aceptable del
asentamiento en la carretera no pavimentada.
La interacción entre la sub-base/base (camada granular) y la
geogrilla fuera de la zona de deformación crea esfuerzos de
tracción, produciendo así el “Efecto Membrana” .
METODOLOGÍA

Giroud & Noiray (1981)
TRC-Grid
Subgrade
Granular fill
Interaction area
El Efecto Membrana

2.1.2 Restricción Lateral
La “Restricción Lateral” es una teoría cuyo valor y
confiabilidad fueron comprobados en obras y en pruebas
de laboratorio.
La presión es distribuida a través de la camada granular
hasta alcanzar el geosintético. Debido a la interacción entre
la camada granular y la geogrilla, la componente horizontal
de las tensiones se transfiere del material granular a la
geogrilla. Usando su capacidad portante total, esta
transmite a su vez solamente las tensiones verticales a la
subrasante.
METODOLOGÍA

Restricción Lateral
Houlsby & Jewel (1990)

2.1.3 ¿Efecto Membrana o Restricción Lateral?
Teóricamente esto depende de la capacidad de soporte de
la sub-base. Si la presión aplicada no causa asentamiento
en la sub-base, es utilizada la teoría de “Restricción
Lateral”. En caso contrario es más apropiado utilizar la
teoría del “Efecto Membrana”.
Una práctica común es definir el espesor de la camada
granular con la teoría del “Efecto Membrana” utilizando las
ecuaciones de Giroud & Noiray (definiendo una estructura
sin pavimento) y posteriormente, para el diseño de
carreteras pavimentadas, utilizar las teorías de
“Restricción Lateral” utilizando las teorías de Houlsby &
Jewel.
METODOLOGÍA

2.2 Carreteras Pavimentadas
El propósito de la utilización de los geosintéticos en
carreteras pavimentadas es prevenir las fisuras a través de la
minimización de los asentamientos diferenciales.
Basados en los análisis con elementos finitos realizadas por
varios centros de investigación, en este caso la Universidad
de Tecnología de Delft (Holanda) para carreteras
pavimentadas (con la utilización de geosintéticos), fue
posible determinar la reducción del espesor de la base y la
ampliación de la vida útil del pavimento, para varias
combinaciones de CBR.
Con base en las características de los materiales utilizados
en las investigaciones se propone para el diseño de
carreteras pavimentadas una metodología que, como ya
mencionado, toma como base una carretera no pavimentada.
METODOLOGÍA

Diseño de carreteras reforzadas
• Carreteras provisionales y/o no pavimentadas,
definición del espesor de la camada granular
Giroud & Noiray (1981)
• Carreteras Pavimentadas, chequeo del paquete
estructural considerando la presencia del
pavimento
Houlsby & Jewell (1990), Vesic (1975),
De Groot (1986)

• Datos:
– r = profundidad aceptable del asentamiento (m)
– Nu = número de pasadas de ejes durante la vida de la estructura
– F = máx. carga del eje (kN)
– CBR = resistencia de la Subrasante no drenada (kPa)
  f,bcángulo de distribución de cargas en la base no compactada (°)
– GeoGrid tipo = 20, 30 o 40
• Resultados:
– Du = espesor de la camada de agregados (base) sin refuerzo (m)
– Dr = espesor de la camada de agregados (base) con refuerzo (m)
 D = reducción (ahorro) de la camada de agregados (m)
Carreteras provisionales y/o no
pavimentadas

Ejemplo:
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
CBR (%)
D
u
and

D
N = 10,000
N = 1,000
N = 100
N = 10
Du
D
TRC-Grid 30
Dr
D
Du

TRC-Grid
ßf
ßa
R
R'
R''
Camada granular
Asfalto
Subrasante
Pu
Pe,s
Py
Pe,f
Fw
Dr
Paso 1: Calcular Dr para la situación sin pavimento
Paso 2: Chequear la capacidad de soporte de la camada
granular (1) y de la subrasante (2) para la situación
pavimentada.
(1)
(2)
Carreteras pavimentadas

• Datos:
– Dr = espesor con refuerzo (m) (Giroud & Noiray)
– Np = número de pasajes de ejes durante la vida de la estructura
– Da = espesor de la camada de asfalto (m)
  a = peso específico del asfalto (kN/m3)
  f = peso específico del material granular (kN/m3)
  aángulo de distribución de las cargas en el asfalto (°)
  f ángulo de distribución de las cargas en el material granular (°)
 ’ángulo de fricción del material granular (°)
– CBR = resistencia de la Subrasante no drenada (%)
– Nc = factor de capacidad de soporte de la Subrasante
Carreteras pavimentadas

Descripción del proyecto:
Diseño de carretera pavimentada sobre suelo
blando con vida util de 20 años.
Procedimientos de diseño:
1. Proyecto de carreteras no
pavimentadas para servicio durante la
construcción
2. Chequeo de la estabilidad de la
camada granular y de la subrasante
para la situación pavimentada durante
la Vida útil de la carretera.
Ejemplo

Paso 1: Determinación de la carga de
los ejes:
Fu = 80 kN
Paso 2: Estimación del numero de
pasadas del eje
100 ejes por día Nu = 10.000
100 días
Paso 3: Máx. Grado de deformación
durante la construcción.
r = 0.15 m
Etapa 1: situación no pavimentada

Paso 5: Ángulo de distribución de las
cargas en el material granular (°)
f,bc = 26 °
Paso 6: Resistencia del suelo - subrasante
CBR = 1.0 %
Paso 7: Elección del tipo de TRC-Grid
TRC-Grid 40
Paso 4: Tipo de material granular:
cantos rodados

0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
CBR (%)
D
u
and

D
N = 10,000
N = 1,000
N = 100
N = 10
Du
D
TRC-Grid 40
Dr
Du
D
Curva para r = 0.15 m y Fu = 80 kN

Paso 10: Reducción con TRC-Grid
Du - Dr D = 0.29 m (= 39%)
Paso 9: Espesor de la camada granular
CBR, TRC-Grid 40Dr = 0.44 m(=0.5)
Paso 8: Espesor de la camada granular
Du = 0.73 m (= 0.8)

Esquema de distribución de las presiones:
Etapa 2: situación pavimentada
TRC-Grid
ßf,ac
ßa
R
R'
R''
Granular fill
Asphalt
Subgrade
P
u
P
e,s
P
y
P
f
F
p
Da= 0.15 m
Dr = 0.5 m

Paso 11: Determinación de R´ y R´´
R´ = R + Da . tan a = 0.35 m
R´´ = R´ + Dr . tan f,ac = 0.74 m
Paso 12: Presión en la camada granular Fp
Pf = Fp + a . Da= 237 kPa
 (R’)²
Paso 13: Máx. capacidad de soporte de
la camada granular.
Py = 0.6 R’.f.NkPa (Vesic, 1975)

Paso 14: Número de pasadas de ruedas
Np = 10,000,000
Paso 15:Carga de rueda equivalente
Fe = Fp (6.2 Np) = 1,211 kN(De Groot , 1986)
CHEQUEO 1: Estabilidad de la camada
granular: Py = 1.4 (mínimo es 1.1)
Pf

Paso 16:Presión equivalente en la
subrasante
Fe
Pe,s = + a . Da + f . Df = 717 kPa
 (R”)²
Paso 17: Máx. capacidad de soporte
de la subrasante (Houlsby & Jewell, 1990)
R” ²
Pu = Nc.CBR.30 = 2,337 kPa
R

CHEQUEO 2: Estabilidad de la subrasante
Pu
= 3.3 (mínimo es 1.5)
Pe,s
DISEÑO FINAL :
Mat. Granular (0.5 m)
Subrasante (CBR = 1 %)
Pavimento (0.15 m)
TRC-Grid 40

1 - Vía de acceso y área de estacionamiento
País : Dinamarca
Fecha: Agosto 1997
Material: TRC-40
Cantidad: 4.500m2

2- Terminal para contenedores
País : Israel - Haifa
Fecha : Noviembre 1997
Material: TRC-40
Cantidad: 200.000m2

CONCLUSIONES
• Se estudió el uso de
Geomallas en los
pavimentos,
estableciéndose su
importancia, de manera
coherente para los
saberes necesarios
dentro de la carrera de
ingeniería civil.

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