1.7 Guia de diseño refuerzo de carpetas asfalticas con geomallas.pdf
6
Calle 15 No. 72 - 72 PBX: (571) 4249999 Bogotá - Colombia www.geomatrix.com.co Conceptos básicos para el refuerzo de carpetas asfálticas Pág. 1 Conceptos Básicos y Guía de Diseño para el Refuerzo y Control de Agrietamientos de Capas Asfálticas con Geosintéticos Aplicación de Geomallas FORTGRID ® ASPHALT Gracias a su capacidad de interacción con el concreto asfáltico, las geomallas FORTGRID ® ASPHALT tienen su aplicación fundamental en el refuerzo de capas de concreto asfáltico y el control del reflejo de las discontinuidades existentes en la superficie del pavimento, facilitando el desarrollo de trabajos de mantenimiento y rehabilitación de pavimentos flexibles mediante intervenciones superficiales de bajo costo (Fotografía 1). A continuación se presentan cada uno de los aspectos técnicos que soportan este hecho. Fotografía 1. Refuerzo de carpetas asfálticas con geomallas FORTGRID ® ASPHALT 1. Características del Material ASPHALT son geomallas conformadas por fibras de multifilamentos de poliéster de alta tenacidad, entrelazadas mediante tejido para formar mallas con aberturas uniformes de gran resistencia biaxial. Las fibras de la geomalla son recubiertas con un co-polímero bituminoso que incrementa su rigidez dimensional y su durabilidad. Las geomallas FORTGRID ® ASPHALT se caracterizan por: • Presentan una alta relación resistencia a la tensión – deformación (alto módulo mecánico) • Sus fibras e intersecciones admiten la presión del agregado sin deteriorarse y son suficientemente fuertes y estables para permitir la penetración de las partículas a través de sus aberturas. • Resisten las altas temperaturas. (Punto de ablandamiento superior a 240 o C) • Tienen afinidad con el asfalto. • Presentan baja susceptibilidad al daño por instalación. 2. Desempeño de las Capas Reforzadas Las geomallas FORTGRID ® ASPHALT funcionan como elementos de refuerzo en la parte inferior de la capa de concreto asfáltico, en forma similar a lo que sucede con el acero de refuerzo en una losa de concreto hidráulico. Las geomallas FORTGRID ® ASPHALT se adhieren por ambas caras al
-
Upload
manuel-zamudio-zelada -
Category
Documents
-
view
69 -
download
2
Transcript of 1.7 Guia de diseño refuerzo de carpetas asfalticas con geomallas.pdf
Calle 15 No. 72 - 72 PBX: (571) 4249999 Bogotá - Colombia www.geomatrix.com.co
Conceptos básicos para el refuerzo de carpetas asfálticas Pág. 1
Conceptos Básicos y Guía de Diseño para el Refuerzo y Control de Agrietamientos de Capas Asfálticas con Geosintéticos Aplicación de Geomallas FORTGRID® ASPHALT
Gracias a su capacidad de interacción con el
concreto asfáltico, las geomallas FORTGRID®
ASPHALT tienen su aplicación fundamental en el
refuerzo de capas de concreto asfáltico y el control
del reflejo de las discontinuidades existentes en la
superficie del pavimento, facilitando el desarrollo
de trabajos de mantenimiento y rehabilitación de
pavimentos flexibles mediante intervenciones
superficiales de bajo costo (Fotografía 1). A
continuación se presentan cada uno de los
aspectos técnicos que soportan este hecho.
Fotografía 1. Refuerzo de carpetas asfálticas con
geomallas FORTGRID® ASPHALT
1. Características del Material
ASPHALT son geomallas conformadas por fibras
de multifilamentos de poliéster de alta tenacidad,
entrelazadas mediante tejido para formar mallas
con aberturas uniformes de gran resistencia
biaxial. Las fibras de la geomalla son recubiertas
con un co-polímero bituminoso que incrementa su
rigidez dimensional y su durabilidad. Las
geomallas FORTGRID® ASPHALT se caracterizan
por:
• Presentan una alta relación resistencia a la
tensión – deformación (alto módulo mecánico)
• Sus fibras e intersecciones admiten la presión
del agregado sin deteriorarse y son
suficientemente fuertes y estables para permitir la
penetración de las partículas a través de sus
aberturas.
• Resisten las altas temperaturas. (Punto de
ablandamiento superior a 240o C)
• Tienen afinidad con el asfalto.
• Presentan baja susceptibilidad al daño por
instalación.
2. Desempeño de las Capas Reforzadas
Las geomallas FORTGRID® ASPHALT funcionan
como elementos de refuerzo en la parte inferior de
la capa de concreto asfáltico, en forma similar a lo
que sucede con el acero de refuerzo en una losa
de concreto hidráulico. Las geomallas FORTGRID®
ASPHALT se adhieren por ambas caras al
Calle 15 No. 72 - 72 PBX: (571) 4249999 Bogotá - Colombia www.geomatrix.com.co
Conceptos básicos para el refuerzo de carpetas asfálticas Pág. 2
concreto asfáltico y permiten el contacto directo de
los materiales a través de sus aberturas, quedando
las capas estructuralmente ligadas. Por lo anterior,
son utilizadas como refuerzo de carpetas asfálticas
dado que:
• Absorben y distribuyen los esfuerzos de
tensión que ocurren en el plano inferior de la
carpeta asfáltica.
• Aumentan la capacidad de soportar cargas
dinámicas y el comportamiento a fatiga.
• Retardan la aparición de grietas asociadas al
reflejo de discontinuidades en la superficie del
pavimento existente o de los provenientes del
agrietamiento natural de las bases granulares
estabilizadas.
• Extienden los intervalos entre mantenimientos
periódicos.
• No alteran la posibilidad de reciclar el concreto
asfáltico.
3. Efectos del Refuerzo
La presencia de agrietamientos en las capas
asfálticas induce altas deformaciones y esfuerzos
de tensión y cizallamiento al paso de las cargas, tal
como se ilustra en la Figura 1.
Figura 1. Esfuerzos de tensión y corte en los agrietamientos
Al colocar una sobrecapa asfáltica sobre una
superficie agrietada, los esfuerzos y
deformaciones mencionados harán que esta
progrese rápidamente hacia la nueva superficie,
dado que el volumen de material resistente es un
prisma de sección mínima, tal como se indica en la
Figura 2. Figura 2. Reflejo de discontinuidades. Condición
sin refuerzo
La colocación de una capa de geomalla ASPHALT
en la interfase, genera una proyección biaxial de
los esfuerzos mencionados sobre su plano,
logrando ampliar el delgado prisma resistente a
uno con forma de pirámide invertida de mayor
volumen, lo cual significa una mayor oferta
mecánica para tolerar los esfuerzos que se
presentan, tal como se ilustra en la Figura 3. Figura 3. Aumento de la capacidad de distribución
de esfuerzo cortante
Desde el punto de vista de desempeño de la capa
asfáltica, las capas reforzadas se caracterizan por: • Aumento en el número de repeticiones de
carga para la aparición de grietas frente a la
condición no reforzada, es decir aumento de la
vida útil.
Concreto asfáltico existente, agrietado
Alta concentración de esfuerzos de corte y tensiónProgreso acelerado de las grietas
Sobrecapa de concreto asfáltico
Concreto asfáltico existente, agrietado
Alta concentración de esfuerzos de corte y tensiónProgreso acelerado de las grietas
Sobrecapa de concreto asfáltico
Alta concentración de esfuerzos de corte y tensiónProgreso acelerado de las grietas
Sobrecapa de concreto asfáltico
Distribución de esfuerzos a un Mayor volumen de material
Concreto asfáltico existente, agrietado
Sobrecapa de concreto asfáltico
Geomalla
Distribución de esfuerzos a un Mayor volumen de material
Concreto asfáltico existente, agrietado
Sobrecapa de concreto asfáltico
Geomalla
Calle 15 No. 72 - 72 PBX: (571) 4249999 Bogotá - Colombia www.geomatrix.com.co
Conceptos básicos para el refuerzo de carpetas asfálticas Pág. 3
• Dado que en la condición reforzada el volumen
resistente tiene forma de pirámide invertida, la
grieta progresa en la sobrecapa en forma de
pequeñas microfisuras inclinadas, discontinuas y
de escasa abertura y persistencia, que toman
mayor tiempo en aparecer en superficie.
• La formación de grietas de menor severidad
implica mayor duración de la condición de
impermeabilidad y menor actividad para su
mantenimiento.
4. Indicadores de Eficiencia y Diseño
La capacidad de las estructuras rehabilitadas
mediante sobrecapas asfálticas ha sido evaluada
tanto en la condición sin refuerzo como en la
condición reforzada a través de numerosos
trabajos. Montestruque en [1] reporta el resultado
de estas evaluaciones en términos del número de
repeticiones de carga que soporta el pavimento
para llegar a la falla. En las Fotografías 2 y 3 se
aprecian los resultados obtenidos.
Fotografía 2. Propagación típica de la grieta de reflexión en las vigas sin refuerzo. (Tomado de la
referencia [1])
Fotografía 3. Forma de fisuramiento en las vigas
con geomalla. (Tomado de la referencia [1])
El beneficio obtenido se representa a través del
factor de eficiencia de la geomalla que es
calculado con la relación:
)(sin)(
geomallaNfacongeomallNfFEG =
(1) Donde:
FEG = factor de eficiencia para la geomalla
Nf(con geomalla) = número de repeticiones de
carga para la condición reforzada con geomalla
Nf(sin geomalla) = número de repeticiones de
carga para la condición no reforzada A nivel de laboratorio los aumentos en la vida del
pavimento están en el orden de 6 veces más a la
condición sin refuerzo [1], con reducciones de las
deformaciones plásticas del orden del 30%, tal
como se aprecia en la Gráfica 1.
Calle 15 No. 72 - 72 PBX: (571) 4249999 Bogotá - Colombia www.geomatrix.com.co
Conceptos básicos para el refuerzo de carpetas asfálticas Pág. 4
0 1x105 2x105 3x105 4x105 5x105 6x105
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
(2) N=477.150Con Geomalla
Sin GeomallaN=79.884
Número de Ciclos (N)
Def
orm
ació
n P
lást
ica
(mm
)
Deformación Plástica Abertura de la Fisura
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
(1)
(1) N=503.832
(2)
Abertura de la fisura de reflexión (mm
)
Gráfica 1. Resultados de ensayos de fatiga (Tomado de la referencia [1])
El diseño de la rehabilitación [2] se enfoca a la
colocación de sobrecapas asfálticas, cuyo espesor
se determina en función del tránsito previsto para
el nuevo período de diseño utilizando un número
equivalente de repeticiones de carga el cual se
expresa como:
FEGDTNnDTNr = (2)
DTNr= tránsito para diseño en la condición
reforzada con geomalla
DTNn= tránsito para diseño en la condición no
reforzada
FEG=factor de eficiencia de la geomalla
El diseño debe considerar el aporte estructural del
pavimento existente y la necesidad de acciones
complementarias en zonas de daños puntuales
concentrados [3].
5. Aproximación al Diseño de la Sobrecapa Asfáltica Reforzada
5.1. Diseño por Métodos Racionales
Tal como se ha planteado, el refuerzo con
geomalla aumenta la vida de fatiga de las capas
asfálticas y su capacidad de resistir esfuerzos en
tensión, características que se valoran al involucrar
el valor del tránsito equivalente DTNr encontrado
en la ecuación (2), en las expresiones que
normalmente se utilizan para el cálculo de el
esfuerzo máximo admisible por tensión en el plano
inferior de la capa asfáltica εt. A manera de
ejemplo, a continuación se presenta este concepto
utilizando la siguiente expresión que corresponde a
uno de los modelos planteado por Shell:
1626.031082.2 −−= DTNrxadmisibletε (3)
De esta manera, el espesor de la capa reforzada
con geomalla quedará determinado cuando el
valor de εt actuante, sea menor que el εt admisible.
5.2. Diseño de la Sobrecapa Reforzada por Método Probabilístico – Estadístico, Aashto 93
En este caso, el efecto de refuerzo se refleja
directamente en el valor del número estructural SN
que requiere la estructura para ser rehabilitada. El
valor del tránsito equivalente DTNr reemplaza el
valor de Wt18 en la ecuación de AASHTO para el
cálculo del SN tal como se indica en la ecuación
(4)
Calle 15 No. 72 - 72 PBX: (571) 4249999 Bogotá - Colombia www.geomatrix.com.co
Conceptos básicos para el refuerzo de carpetas asfálticas Pág. 5
07.8log32.2)1/(10944.0
)]5.32.4/()2.4log[(20.0)1log(36.9log 19.5 −+++−−
+−+= Rt M
SNpSNDTNr
(4) Donde:
DTNr = tránsito para diseño en la condición
reforzada con geomalla
SN = número estructural del pavimento
pt = nivel de servicio final
MR = módulo resiliente de la subrasante
El diseño de la capa reforzada corresponderá a
aquel espesor con el cual se logre el SN
encontrado en la ecuación (4), teniendo en cuenta
el aporte del SN remanente de la estructura
existente.
En cualquiera de los dos casos, se podrá adelantar
un chequeo estructural revisando los valores de
esfuerzos y deformaciones sobre la subrasante
considerando la nueva estructura que incluye la
capa asfáltica reforzada con geomalla.
El proyecto de rehabilitación debe considerar el
aporte estructural del pavimento existente y la
necesidad de acciones complementarias en zonas
de daños puntuales concentrados [3]
5.3. Diseño de Pavimentos Nuevos
Para el caso de pavimentos nuevos, el diseño de
la estructura deberá hacerse primero por métodos
convencionales, obteniéndose espesores de capas
granulares y concreto asfáltico que satisfagan los
criterios de esfuerzos y deformaciones tanto en la
subrasante como a nivel de la capa asfáltica o, el
número estructural SN requerido y luego
considerar específicamente el diseño de la capa
asfáltica reforzada desde el punto de vista de
fatiga. Para este efecto se toma como base la
subestructura diseñada, se considera su aporte y
se sigue el planteamiento indicado en los
numerales 5.1 y 5.2 dependiendo del caso.
6. Soporte Técnico
El equipo técnico de Geosintéticos GEOMATRIX
S.A. está en capacidad de asesorar y trabajar en
conjunto con ingenieros consultores,
constructores, y promotores de proyectos para
lograr soluciones óptimas desde el punto de vista
de confiabilidad, durabilidad, desempeño y estricto
criterio de costo-beneficio
Para mayor información sobre nuestros materiales
geosintéticos, y esta u otras soluciones de
ingeniería, por favor visite el sitio web
www.geomatrix.com.co ; comuníquese a través de
correo electrónico a [email protected]
o al PBX (+57-1) 4249999 en Bogotá.
7. Referencias
[1] Montestruque G., Martins R., Bloqueo del
agrietamiento por reflejo con el uso de geomalla.
XIV Simposio Colombiano Sobre Ingeniería de
Pavimentos. Universidad del Cauca. 2003
[2] Koerner R.M., Designing With Geosynthetics.
Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J. 07632. 1993
[3] Asphalt Overlays for Highway and Street
Rehabilitation. Asphalt Institute. Manual Series No
17
[4] Montestruque G. E.- Experimental Evaluation of
a Polyester Geogrid as an Anti-Reflective Cracking
Interlayer on Overlays. Second European
Calle 15 No. 72 - 72 PBX: (571) 4249999 Bogotá - Colombia www.geomatrix.com.co
Conceptos básicos para el refuerzo de carpetas asfálticas Pág. 6
Geosynthetics Conference and Exhibition
(EUROGEO), Bologna, Italy, 2000
