® Sistemas para Pavimentos Mejoramiento de Subrasantes: Construcción sobre suelos blandos Tensar Earth Technologies, Inc. a a a Cuando su programa de construcci—n o su presupuesto se vean trastornados por subrasantes de poca resistencia, cargas pesadas, capas gruesas de relleno, costos elevados de relleno, subrasantes contaminadas o l’neas de suministro de servicios pœblicos a poca profundidad, Spectra le ofrece una soluci—n. Spectra le permite aumentar el rendimiento de los pavimentos sin tener que recurrir a una excavaci—ntan extensa, incorporar rellenos de sustituci—n adicionales ni aumentar el espesor del sistema de pavimento. ¨ Los Sistemas para Pavimentos Spectra¨ han ® ¨ simplificando la construcci—n ¨ reduciendo el requerimiento de materiales a a Spectra System: sido dise–ados para mejorar los sistemas de pavimentos flexibles, en tres aspectos clave: CAMBIANDO LA FORMA EN QUE DISE„AMOS PAVIMENTOS FLEXIBLES ¨ aumentando la durabilidad Spectra aumenta el rendimiento tanto de la subrasante como de la capa base de ‡ridos de un sistema de pavimento flexible. El sistema puede aumentar la resistencia de la subrasante, de la subbase o de la capa base, sin cambiar el material de relleno. Al contrario, la geomalla y el relleno actœan conjuntamente, creando as’ una estructura compuesta mucho m‡s resistente. Los Sistemas para Pavimentos Spectra han sido usados para: ¨ pavimentaci—n de carreteras principales y de caminos secundarios El resultado es un pavimento mucho m‡s duradero y predecible. Los sistemas Spectra y los principios comprobados de dise–o en los que se basan obtienen estos resultados aplicando dos mŽtodos que si bien son diferentes est‡n ’ntimamente relacionados: ¨ playas de estacionamiento para instalaciones ¨ mejoramiento de la subrasante ¨ dep—sitos con maquinaria pesada en comerciales e industriales a ¨ refuerzo de la capa base ¨ pistas de aterrizaje y de carreteo ¨ centros y terminales de distribuci—n de camiones de carga instalaciones portuarias, ferroviarias, intermodales e industriales ¨ caminos para tr‡nsito pesado à Maxus Ecuador, Inc.ÑAmazonas, Ecuador Los sistemas Spectra tiene tres componentes principales: ¨ Geomallas estructurales Tensar: refuerzo geosintŽtico r’gido ¨ Servicios de Ingenier’a: una completa gama de productos de asistencia para el dise–o suministrados por Tensar Earth Technologies ¨ Asistencia en obra, para maximizar la eficiencia en tiempo y para minimizar el costo de la construcci—n del proyecto Esta Carretera de 150 kilometros es la v’a de acceso a un campo de petr—leo en el Amazonas. El sistema Spectra no solamente permit— que la carretera soportase cargas de 70 toneladas de equipo, sino que elimin— la necesidad de construir un camino empalizado, reduciendo en un 70% la deforestaci—n. Ya sea que Spectra se use para mejorar la subrasante, para reforzar la capa base o con ambos fines, el resultado ser‡ el mismo: pavimentos flexibles de mayor rendimiento y menor costo. En los œltimos quince a–os, los mŽtodos de dise–o de Spectra han sido probados en m‡s de 75 millones de metros cuadrados de instalaciones. a a Asfalto Malla Tensar Malla Tensar Base de áridos Relleno granular o subbase Subrasante aaaaa Refuerzo de Capa Base Las subrasantes de poca resistencia son un problema comœn en la construcci—n de pavimentos. La existencia de una falla en la subrasante sobre la que estŽ cimentada el pavimento llevar‡ a un deterioro r‡pido de la estructura del mismo. Las capas base pueden fallar porque el material de relleno se mueve lateralmente, alej‡ndose de las cargas del tr‡nsito. ƒsto da como resultado la formaci—n de surcos y, eventualmente, el resquebrajamiento de la superficie de asfalto. Spectra modifica el comportamiento bajo carga de la capa base. Una capa base reforzada resiste el desplazamiento lateral de las capas de relleno, mejorando el rendimiento estructural de la capa base. Tradicionalmente, las subrasantes de poca resistencia u oscilantes han sido retiradas y reemplazadas por rellenos de sustituci—n o estabilizadas qu’micamente. Ambas opciones son caras y consumen mucho tiempo, especialmente si se comparan con la soluci—n Spectra. a aa Spectra System: Mejoramiento de Subrasantes INGENIERêA PARA CUBRIR TODOS SUS REQUERIMIENTOS EN PAVIMENTOS Spectra mejora el rendimiento de la subrasante existente, distribuyendo las cargas sobre una superficie mayor, reduciendo la oscilaci—n y el punzonamiento y maximizando a la vez la capacidad de carga de la subrasante. Con la tecnolog’a Spectra podemos dise–ar pavimentos para un rendimiento y un costo —ptimos. Podemos incluso ajustar el dise–o final a sus necesidades espec’ficas, ofreciendo una capa base m‡s delgada con una expectativa de rendimiento mayor que las dise–adas con espesor convencional. Los Sistemas Spectra han pasado la prueba m‡s dif’cil: ha sido probados en el terreno, en aplicaciones reales. Usados por ministerios de transporte, municipalidades y por constructoras comerciales e industriales de gran envergadura, Spectra continœa demostrando su valor econ—mico y estructural. a 5 Factor de Mejoramiento de Tráfico = cantidad de pasadas hasta que se produzca la falla 4.7 4 (surco de 2,5cm (1”) de profundidad) sobre la sección testigo no reforzada 3 5cm (2”) de Concreto para asfalto 35,6cm (14”) de base de áridos CBR de Subrasante = 3 2 ÒCon el tr‡fico de camiones, œnicamente la geomalla se comport— mejor que el ’tem testigoÓ 2.7 1.6 1 0.9 0.9 1.0 1.1 Grid M Grid T Control Grid F Grid C TET BX1100 TET BX1200 ¹ Fuente: Estaci—n Experimental de V’as de Agua de USAE (Cuerpo de Ingenieros del EjŽrcito de los EE.UU.), febrero de 1991 & 1992. Spectra cambia las din‡micas de interacci—n de la carga con la subrasante. Al distribuir la carga, el sistema reduce la presi—n sobre la subrasante y aumenta su rendimiento. Los ‡ridos no reforzados se desplazan lateralmente bajo las cargas de tr‡fico causando la formaci—n de surcos y, eventualmente, fallas en el pavimento. Las capas base dise–adas por Spectra resisten este movimiento lateral y ofrecen una durabilidad mayor. aa a No Reforzado Reforzado Presión vertical sin Geomalla Presión vertical reducida con Geomalla No Reforzado Reforzado a aa aaaa Cuando un suelo no tiene suficiente resistencia como para soportar ruedas de maquinaria de construcci—n o cargas de camiones, el material de relleno se coloca sobre el suelo de manera de distribuir la carga sobre un ‡rea m‡s extensa. Cuanto m‡s grueso y resistente sea el relleno, m‡s extensa ser‡ la distribuci—n de la carga. Con el refuerzo proporcionado por las geomallas Tensar se obtiene esta misma extensi—n de distribuci—n de la carga con cantidades mucho menores de relleno. a Spectra System: APOYO MEDIANTE DISE„O Las geomallas Tensar cuentan con la estabilidad dimensional necesaria para reforzar los materiales ‡ridos de relleno sobre subrasantes naturales gracias a un estricto confinamiento de las part’culas que limita su movimiento. Al aplicar cargas a las capas de relleno, la influencia de refuerzo de las geomallas Tensar se extiende a lo largo y hacia arriba a travŽs del relleno, distribuyendo eficientemente la carga impuesta sobre un ‡rea de extensi—n suficiente para prevenir el punzonamiento de la subrasante natural. ¹ Calle 80ÑBogota, Colombia Los dise–os para construcciones sobre suelos blandos con geomallas Tensar implican la determinaci—n de: ¨ Condiciones de carga m‡xima; ¨ Fortaleza de la subrasante; ¨ Tipo y fortaleza de los materiales de relleno disponibles; y ¨ Espesor requerido de los materiales de relleno con el refuerzo de las geomallas Tensar. En la Nota TŽcnica Tensar BR5 Design Guidelines for Subgrade Improvement (BR5: Gu’a de dise–o para el mejoramiento de subrasantes bajo cargas din‡micas) se dan instrucciones detalladas para la determinaci—n de los par‡metros mencionados. Pavimento reforzado con geomallas Tensar Ahorro de materiales de relleno aaa a Relleno granular reforzado Geomalla Tensar Subrasante Área de distribución de carga requerida Subrasante Relleno granular Construcci—n convencional ¨ Subrasante Área requerida de distribución de carga Subrasante Maquinaria pesada de construcción Estabilización de la subrasante CBR<1 1 < CBR < 3 3 < CBR < 5 Condiciones de carga BX1200* BX4200* BX1100* BX4100* BX1100 BX4100 Con camiones de carretera BX1200* BX4200* BX1200* BX4200* BX1100 BX4100 Con vehículos todo terreno * Para suelos designados como CL, ML, GM, GC, SP-SM, SC, SM, (conforme a la USCS) y para emplazamientos con una capa freática alta, un geotextil y malla Tensar o compuesto pueden ser de utilidad especialmente si los siguientes criterios de filtración no se ven satisfechos por la subrasante del suelo, el material de la subbase ni por el de la capa base (filtro): D15 (filtro)/D85 (suelo) < 5 aaaa Las geomallas Tensar han sido dise–adas para cumplir con las m‡s estrictas exigencias cuando se trata de construir sobre subrasantes de poca resistencia. Estas geomallas cuentan con la mezcla precisa de caracter’sticas que les permiten distribuir cargas y mejorar las subrasantes. a a aaa Cuando los suelos blandos ponen un alto a la obra, las geomallas Tensar la vuelven a poner en marcha. Las geomallas Tensar refuerzan el relleno y distribuyen las cargas sobre un ‡rea mucho mayor para permitir un mejor acceso al emplazamiento, incluso para maquinaria pesada. Durante la construcci—n las geomallas Tensar le ayudar‡n a mantener el ‡cceso al emplazamiento incluso durante largos d’as de lluvia. En todo tipo de condiciones reducen el punzonamiento y la formaci—n de baches o surcos. ¨ Estructura de malla abierta para interactuar con materiales de relleno y formar as’ un material compuesto con una capacidad de carga mucho mayor Spectra System: ¨ Gran fortaleza de uniones para garantizar la transferencia de las cargas a lo largo y lo ancho de la malla REFUERZO ESTRUCTURAL CON GEOMALLAS BIAXIALES TENSAR Cuando sea necesario sobreexcavar o rellenar, las geomallas Tensar pueden reducir o incluso eliminar la necesidad de sobreexcavar de retirar suelos contaminados o de poca resistencia y de tener que incorporar rellenos de sustituci—n selectos y costosos. Esto resulta directamente en un tiempo mucho menor de finalizaci—n de obra, menor tr‡fico en el emplazamiento y costos reducidos. ¨ Rigidez torsional para simplificar la instalaci—n y ofrecer resistencia a la deformaci—n una vez instalada ¨ M—dulo de alta resistencia a la tracci—n para resistir a las cargas din‡micas ¨ Durabilidad para sobrevivir a los esfuerzos de la instalaci—n y resistir la degradaci—n una vez instalada Cuando se contemple la estabilizaci—n del suelo con cal o cemento, las geomallas Tensar pueden ofrecer una alternativa m‡s simple. Con las geomallas Tensar se podr‡ obtener la resistencia de suelos requerida sin tener que perder el tiempo, incurrir los costos ni correr los riesgos ambientales de los mŽtodos de estabilizaci—n qu’mica. Y sin afectar adem‡s la capacidad de drenaje de la subrasante. Todas estas caracter’sticas forman una ÒcadenaÓ de propiedades que confiere a las geomallas Tensar su capacidad para mejorar el rendimiento de subrasantes de poca resistencia. Cada una de las propiedades es necesaria y la falta de una sola de las caracter’sticas eliminar’a la habilidad de ofrecer un rendimiento acorde con las especificaciones. Adem‡s, a diferencia de los geotextiles, las geomallas Tensar han sido espec’ficamente dise–adas para reforzar los suelos y distribuir las cargas. Han sido creadas exclusivamente para reforzar el suelo mejor que cualquier otra cosa que se encuentre bajo la tierra. a Cuando se necesiten secciones de relleno profundo, las geomallas Tensar pueden llegar a reducir el espesor de las capas de relleno en hasta un 50 %, obteniendo al mismo tiempo la distribuci—n de cargas requerida. Esto resulta en una menor necesidad de rellenos selectos y en una m‡s r‡pida finalizaci—n de la obra. Cuando se trata de construir rutas pavimentadas o no pavimentadas, estacionamientos, aeropuertos, pistas de rodaje, v’as fŽrreas o incluso cimientos, las geomallas biaxiales Tensar abaratan la obra, permiten ahorrar materiales y reducen los tiempos de construcci—n. Sobre cualquier suelo de poca resistencia, las geomallas Tensar distribuyen las cargas, maximizan la capacidad de carga de cualquier subrasante y constituyen una alternativa a los costosos mŽtodos convencionales. Dep—sitos comerciales e industriales aaa a Superficie de concreto, asfalto o material granular Relleno granular Geomalla Tensar Carreteras y autopistas Subrasante Relleno granular Geomalla Tensar Subrasante aaa A = Tama–o de la playa de estacionamiento Cu = Resistencia al corte de la subrasante existente no drenada a a El dise–o de estructuras de base reforzadas con las geomallas Tensar es simple, como se podr‡ apreciar en el ejemplo t’pico a continuaci—n. Por supuesto que todos los par‡metros de dise–o deben ser confirmados llevando a cabo las investigaciones correspondientes en el emplazamiento y el dise–o mismo deber‡ someterse a la aprobaci—n de un ingeniero profesional habilitado. EJEMPLO: Dise–ar una subrasante reforzada con geomalla Tensar para reducir los requisitos de excavaci—n y relleno en la construcci—n de una playa de estacionamiento para un centro comercial sobre un emplazamiento con las condiciones que se describen a continuaci—n. Esta nueva playa de estacionamiento de 7,28 hect‡reas (18 acres) deber‡ construirse sobre un emplazamiento que consiste b‡sicamente de terrenos aluviales de poca resistencia con profundidades que van desde 1,67 metros (5,5 pies) a 3,96 metros (13 pies). Ver figura 1. La penetraci—n est‡ndar (golpes por pie) para estos suelos es por lo general de 2 golpes a una profundidad de 60 cm a 1,20 m (2 a 4 pies). Spectra System: EL DISE„O CON GEOMALLAS TENSAR zu = Espesor de relleno sin reforzar zr = Espesor de relleno reforzado R = Radio de contacto para rueda/ruedas P = Carga prevista por rueda (ruedas simples o dobles) p = Presi—n de inflado del neum‡tico N = Resistencia a la penetraci—n est‡ndar Nc = Factor de capacidad de carga 1. Confirmar la carga prevista m‡xima. Camiones de transporte cargados ser‡n la carga m‡s pesada sobre la subrasante, es decir: La rasante final debe tener la misma elevaci—n que la subrasante existente. Por lo tanto, ser‡ necesario sobreexcavar. En vista de las condiciones de baja resistencia del suelo, los ingenieros geotŽcnicos han recomendado que se excaven 90 cent’metros (3 pies) de tierra de aluvi—n del suelo y se reemplace con relleno estructural compactado con una capacidad de carga m’nima de 5,86kg/cm2 (12.000 PSF) y que se compacten adem‡s los 30 cm (1 pie) superiores al 100% de la densidad Proctor est‡ndar. Camiones de transporte cargados constituyen las condiciones de carga m‡s pesadas a las que ser‡ sometida la subrasante. P = 4082,4 kg (9.000 lbs) p = 80 psi Area = 7,28 hectáreas (18 Acres) qu = Capacidad de carga admisibleÑsin reforzar qr = Capacidad de carga admisible con refuerzo de Geomalla Tensar BX1100 P = 4082,4 kg (8 toneladas (18.000 lbs) por eje nos da P = 4 toneladas (9.000 lbs) por rueda) p = 80 psi (presi—n del neum‡tico o de contacto) 2. Determinar la capacidad de carga admisible del suelo blando. El informe sobre suelos elaborado para el proyecto da valores de penetraci—n est‡ndar (N) de 2 golpes por pie para la subrasante existente. La resistencia al corte del suelo puede estimarse a partir del valor mencionado de penetraci—n est‡ndar utilizando la relaci—n de resistencia del suelo que se presenta en la figura 2. Para N = 2, Cu = 1,7 psi La capacidad de carga admisible de la subrasante existente se determina mediante la relaci—n de capacidad de carga de Terzaghi para suelo cohesivo no drenado con Nc = 3,1 para suelos blandos del modo siguiente: qu = NcCu = 3,1 x 1,7 = 5,3 psi a a P Espesor requerido de excavación y relleno à Figura 1ÑEjemplo de dise–o de playa Subrasante existente con N = 2 de estacionamiento sin refuerzo Figura 2: Relaciones de fortaleza de suelos (para suelos cohesivos) Cu Fuerza de corte (psi) N (golpes/pie) Penetrómetro de cono Índice CBR Consistencia observada <1,7 <2 <24 <0,4 1,7 – 3,5 2–4 24 – 48 0,4 – 0,8 Muy blando (se escurre entre los dedos al apretarlo) Blando (se puede moldear con una ligera presión de los dedos) 3,5 – 6,9 4–8 48 – 96 0,8 – 1,6 Medio (se puede moldear con una fuerte presión de los dedos) 6,9 – 13,9 8 – 15 96 – 192 1,6 – 3,2 Rígido (fácil de marcar con los pulgares pero muy difícil de penetrar) 13,9 - 27,7 15 – 30 192 – 384 3,2 – 6,4 Muy rígido (fácil de marcar con la uña del pulgar) >27,7 >30 >384 >6,4 Duro (se marca con dificultad con la uña del pulgar) Según la Portland Cement Association, bibliografía de E. I. DuPont y “Essentials of Soil Mechanics and Foundation”, David F. McCarthy, 1977. aa 3. Calcular el espesor requerido de relleno sin reforzar. El espesor requerido (zu) de relleno estructural compactado sobre la subrasante existente se calcula utilizando la relaci—n de distribuci—n de esfuerzo de Boussinesq del modo siguiente: R zu = 1 -1 q .67 1- u p ( ( Spectra System: Donde: qr = NcCu = 6,2 x 1,7 = 1,5 psi 5. Calcular los requisitos de espesor de relleno reforzado. Calcular el espesor requerido (zr) de relleno estructural compactado con una capa de geomalla Tensar BX1100 (SS1), utilizando 1 qr 1p ( ( = R = radio del ‡rea de contacto del neum‡tico asumiendo una huella circular. 6 1 10,5 180 ( .67 -1 = 19 pulgadas ( .67 -1 a a CçLCULOS PARA MEJORAMIENTO DE SUBRASANTES R zr = R= = P p∏ = 6 pulgadas 9000 80 x 3,14 nuevamente la ecuaci—n de Boussinesq del modo siguiente: Por lo tanto: 6 zu = 1 5,3 180 ( = 28 pulgadas ( .67 -1 En la figura 3 se presenta una soluci—n gr‡fica para la carga de rueda y presi—n de neum‡tico que se presenta en este ejemplo. 6. Selecci—n de relleno. 4. Determinar la capacidad de carga reforzada. Una œnica capa de Tensar BX1100 colocada sobre el suelo blando prevendr‡ el punzonamiento local de la subrasante y endurecer‡ el relleno para obtener una mayor densidad compactada y de resistencia a la carga. Como resultado, la resistencia prevista a la carga (admisible) de la subrasante se incrementa hasta su m‡xima capacidad de carga o la supera. Por lo tanto, el factor de capacidad de carga admisible (Nu) de 6,2 es apropiado para efectuar c‡lculos de capacidades de carga en casos en que se utilicen refuerzos de geomalla Tensar y se necesite una compactaci—n —ptima sin deflecci—n de la superficie. Para aplicaciones de mejoramiento de subrasantes, las geomallas Tensar han sido utilizadas con una gran variedad de tipos de tierra de relleno que van desde capas base de ‡ridos a arcillas. La selecci—n del relleno deber‡ estar basada, adem‡s de las consideraciones relativas al costo, en la capacidad del material para alcanzar y mantener la —ptima densidad de compactaci—n. Espesor total requerido (pdas.) a Figura 3Ñ Requisitos de espesor ¨ Para que sea aceptable, la tierra de relleno compactada deber‡ tener una capacidad de carga de por lo menos 12.000 a 15.000 psf (CBR > 10). 7. Determinar los ahorros en excavaci—n y relleno. VŽase la ilustraci—n del dise–o completo que se muestra en la figura 4. çrea: 18 acres = 87.120 yardas cuadradas (y2) Ahorros: Socavaci—n de 9Ó x 87.120 y2 = 21.780 y3 Relleno de 9Ó x 87.120 y2 = 21.780 y3 Mediante el uso de geomallas Tensar SS1 para el mejoramiento de la subrasante fue posible evitar trabajos de excavaci—n de aproximadamente 16.821 m3 (22.000 yardas cœbicas) y una cantidad equivalente de relleno. 40 Carga de rueda doble – 4082,4 kg (9.000 lbs.) Presión de los neumáticos – 80 psi 30 Sin reforzar 20 Figura 4ÑComparaci—n de dise–o reforzado y no reforzado 10 Reforzado Reforzado con geomalla Tensar 0 2 4 6 8 Fuerza de corte (psi) 10 Excavación y relleno de 48,2cm (19”) No reforzado aa Excavación y relleno de 71,1cm (28”) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 75 100 Índice CBR Geomalla Tensar 0 25 50 Índice de penetrómetro de cono (psi) Puerto de Los Angeles, California Problemas de dise–o: ¨ Secciones de pavimento para una terminal de m‡s de 93 hect‡reas (230 acres) que tuvieron que adecuarse a las condiciones geotŽcnicas, a la maquinaria para manejo de contenedores y a cuestiones medioambientales. Soluci—n: Spectra System: ¨ Incorporando el sistema Spectra se logr— un pavimento que permiti— un alto nivel de flexibilidad operacional. Resultados: ¨ Se mejor— la integridad estructural THE ENGINEERED ADVANTAGE ª de la subrasante y se aument— la vida œtil del pavimento. I-270, MD Problemas de dise–o ¨ La I-270 requer’a de carriles adicionales debido a la cantidad de tr‡nsito. ¨ El œnico terreno disponible no ten’a por s’ solo la suficiente capacidad de carga. ¨ El socavado de 0,60 a 1, 20 m (2 a 4 pies) reemplazado con relleno selecto se consideraba demasiado costoso. Soluci—n: ¨ Limitar el socavado entre 0 a 0,30 m (0 Ð 1 pie) e instalar una capa de malla BX previo a la colocaci—n de la capa base. Resultados: ¨ Programa de construcci—n se redujo en 90 d’as. ¨ Ahorros estimados en US$ 1,5 millones. Si desea evaluar una aplicaci—n espec’fica para un proyecto, Tensar le ofrece los siguientes servicios cuando usted los necesite: ¨ Estimaciones preliminares de costos ¨ Especificaciones ¨ Rese–as de proyectos terminados Para acceder a estos servicios, comun’quese con nuestro departamento de Ingenieros de Tecnolog’a a travŽs de la l’nea gratuita 1-404-250-1290. Para obtener informaci—n general o tŽcnica sobre SPECTRA o sobre nuestros otros sistemas, comun’quese al 404-250-1290. Visite nuestra p‡gina web: www.tensarcorp.com. Tensar Earth Technologies, Inc. 5775-B Glenridge Drive, Suite 450 Atlanta, Georgia 30328-5363 Tel. 404-250-1290 www.tensarcorp.com © 1999, Tensar Earth Technologies, Inc. Tensar and Spectra are registered trademarks. The Engineered Advantage is a trademark. Certain foreign trademark rights also exist. The information contained herein has been carefully compiled by Tensar Earth Technologies, Inc. and to the best of its knowledge accurately represents Tensar product use in the applications which are illustrated. Final determination of the suitability of any information or material for the use contemplated and its manner of use is the sole responsibility of the user. Printed in the U.S.A. BRO -SS-SP-8/99