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Importancia de las geomallas en la construcción de carreteras

La geomalla es el geosintético de refuerzo. Su aplicación en carreteras tiene impactos positivos en lo económico, reduciendo volúmenes de movimiento de tierras; en lo técnico, incrementando la vida útil de los pavimentos; en lo ambiental, reduciendo el impacto de la emisión de carbono en las actividades de construcción realizadas con esta tecnología.


Existe suficiente evidencia en investigación de campo y laboratorio para asegurar que los beneficios apuntados son reales y medibles. Existen metodologías de diseño aceptadas por instituciones de alta credibilidad como la AASHTO y la FHWA que sustentan su uso. En la actualidad se carece de un método racional de diseño pero existen investigaciones en curso que apuntan a definir coeficientes de rigidez del compuesto geosintético-agregado como la propiedad asociada al comportamiento benéfico de la inclusión de la geomalla de refuerzo y pretenden simplificar los ensayos necesarios para su determinación.


En muchos países como el Perú, su uso está restringido por la falta de normativa que impide su aplicación masiva y no permite el ahorro en términos de dinero, tiempo e impacto ambiental.

Ing. MBA Augusto Alza Vilela, Perú

La geomalla es el geosintético de refuerzo por excelencia. La diferencia con un geotextil que también puede reforzar el suelo, radica en el mecanismo de transferencia de carga: mientras el geotextil lo hace mediante fricción, la geomalla genera una trabazón con el suelo que confiere a esta combinación las características propias de una capa mecánicamente estabilizada y un comportamiento superior cuando se somete a las cargas actuantes en un pavimento.


Las geomallas de refuerzo son utilizadas en las carreteras en dos aplicaciones principales: la estabilización de la subrasante y el refuerzo de la base granular.

Estabilización de la subrasante
En esta aplicación, la geomalla se diseña como una vía sin pavimentar, para un volumen de tránsito de construcción y de subrasante débil.  Lo que se obtiene es un espesor reducido del agregado utilizado como mejoramiento, mediante las funciones de refuerzo y separación. El principio que gobierna el diseño es la distribución de carga y, de esta manera, contribuye a que la presión sobre la subrasante disminuya, incrementando los módulos de reacción compuestos del sistema subrasante-sub base.


Los beneficios de la geomalla en esta aplicación han sido demostrados en varios  ensayos de laboratorio y con experimentos a escala natural. En algunos pilotos experimentales se investigó  el  funcionamiento de diferentes tipos de geomallas y los resultados mostraron que las geomallas más rígidas se comportaron mejor. Estos experimentos  sirvieron de base para el desarrollo de los métodos de diseño empírico con refuerzo de geomalla.
Históricamente, las geomallas ingresaron al mercado al inicio de los años 80 y por este tiempo el geotextil ya era usado en la interface base-subrasante como separador, filtro y con algún grado de refuerzo. Los primeros procedimientos empíricos para refuerzo de geotextiles se basaron en la teoría de equilibrio límite de la capacidad portante. La solución dada por Tingle y Webster (2003) fue adoptada por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos de Norteamérica, para carreteras no pavimentadas reforzadas con geotextiles y geomallas (USCOE, 2003).


Basados en la investigación previa existente, Giroud y Han (2004) desarrollaron un método, con base teórica y calibración experimental, para el refuerzo con geomalla en caminos sin pavimentar. La solución está basada en la teoría del equilibrio límite de la capacidad portante con una modificación para considerar el beneficio del efecto de la membrana en tensión. La formulación teórica de Giroud-Han toma en cuenta la distribución de las tensiones, la resistencia del material de la capa de base, la trabazón geomalla-agregados, y la rigidez planar de la geomalla, además de las condiciones consideradas en los métodos previos (volumen de tráfico, carga sobre ruedas, presión de neumáticos, ahuellamiento y la influencia del refuerzo geosintético en el modo de falla de carreteras no pavimentadas); se asume que el suelo de la subrasante está saturado y muestra un comportamiento no drenado sometido a un tráfico de cargas.


La experiencia indica que esta capa mejorada así calculada puede ser utilizada como la nueva subrasante de la vía pavimentada proyectada y mediante un ensayo de placa de carga, es posible obtener por correlaciones el CBR de diseño. Una prueba de este tipo fue realizada en Bogotá-Colombia, a propósito de las sobre-excavaciones que se proyectaron para uno de los tramos del Sistema de Transporte Masivo denominado “Transmilenio”, sobre terrenos de fundación que tenían un CBR del orden de 0.5%. Utilizando geomallas biaxiales y geotextiles de separación se diseñaron espesores de mejoramiento sensiblemente menores a los inicialmente considerados y también se construyó una sección no reforzada para que sirviera de control y comparación. Sobre estos mejoramientos se midieron módulos de reacción del compuesto subrasante-mejoramiento mediante ensayos de placa de carga. Los resultados fueron bastante indicativos de la acción de las geomallas rígidas que multiplicaron hasta por 6 la capacidad de soporte respecto a la sección de control no reforzada (de 2 a 12% de CBR) e incrementaron los módulos de reacción hasta en 200% aproximadamente (GEOSINTEC, 2004).


Un caso emblemático en Sudamérica lo constituye la carretera construida en la selva para MAXUS (Compañía Petrolera en el Ecuador); ésta fue diseñada y construida con una geomalla como mejoramiento de la subrasante y sobre ella se colocó una capa de arena. Esta capa de arena fue protegida por un geotextil no tejido para evitar la erosión en los bordes que podía producirle la lluvia. Luego se colocó otra capa de geomalla bajo el concepto de refuerzo de base y sobre ella una base granular. El manual “Gravel Roads” editado por el Departamento de Transporte del Estado de Dakota del Sur, auspiciado por la Federal Highway Administration señala al respecto que en el caso de subrasantes pobres y blandas la alternativas de colocar un geosintético que separe y refuerce es eficaz y, bajo determinadas condiciones, más económico. Es interesante observar que este caso ha originado en el Ecuador la dación de una ley ambiental para impedir, en zonas de selva, el uso de troncos de madera (vías tipo corduroy) y reemplazarlos por geosintéticos.


En el Perú se ha llevado a cabo el mejoramiento de subrasante en sectores críticos de las carreteras Iquitos-Nauta, Jauja-Tarma, Cajamarca-Hualgayoc, entre otras, y el mejoramiento de subrasante en patios de almacenes ubicados en el puerto del Callao, donde además de los suelos malos y la napa freática alta, se tiene cargas de gran magnitud producidas por los vehículos usados en el manipuleo de contenedores. La rapidez en el proceso constructivo y la posibilidad de compactar materiales sobre subrasantes muy pobres, hace esta solución técnica y económicamente más atractiva que la de sobre excavación y reemplazo. A pesar de ello, la falta de normativa en las entidades estatales, impide el uso de esta tecnología y se gastan ingentes recursos en movimientos de tierra innecesarios que atentan contra los presupuestos de inversión pública, encareciendo los costos directos e indirectos asociados, restando posibilidades de construir más kilómetros de carreteras.

Refuerzo de base
El aporte de las geomallas como elemento de refuerzo de la base granular de una estructura de pavimento generalmente se cuantifica en términos del incremento de la vida útil medido en número de repeticiones de carga y/o en términos de la reducción del espesor de la capa de base para un pavimento sujeto a un tráfico dado. El refuerzo de base se genera mediante un juego de mecanismos complejo que incluye el confinamiento que ejerce la geomalla en el material granular de base, mediante sus aberturas. Es importante recalcar que este refuerzo de base está asociado a un comportamiento a largo plazo del pavimento (otro de los mecanismos asociados puede ser el de la reducción de la fatiga cíclica), y, por tanto, la incidencia de la presencia de la geomalla se medirá en la vida útil del pavimento.


La AASHTO ha trabajado dos guías con respecto al uso de geosintéticos para el refuerzo de bases granulares en estructuras de pavimentos flexibles: AASHTO PP 46 publicado en el año 2001, y AASHTO R-50 (2009), que es una versión actualizada. Hasta este momento, no existe un método racional validado para determinar los beneficios del uso de las geomallas; sin embargo, existen diversas investigaciones con modelos a escala real que sirven de punto de partida para elaborar diseños que arrojan resultados muy cercanos a la realidad. En estas publicaciones se adoptan conceptos útiles para determinar los espesores finales de la estructura, tales como el TBR (Traffic benefit ratio) que es el multiplicador del tráfico que alcanza una sección reforzada sobre una no reforzada; y el BCR (Base course reduction) que se define como la reducción, en porcentaje, del espesor necesario de la capa de base reforzada para la misma vida útil.


Esta aplicación ha sido usada en diferentes carreteras de países como EE.UU. y Colombia en Sudamérica; en el Perú, se realizó el diseño y construcción del tramo final de la carretera Iquitos-Nauta, en la selva amazónica, usando la geomalla biaxial como refuerzo de base granular a lo largo de un tramo de 13 kilómetros, reduciendo el costo del pavimento en aproximadamente un millón de dólares por el alto costo del agregado.

Geomalla multiaxial
Tras varios años de investigación, a partir del 2008, se ha empezado a promover el uso de una geomalla de nueva generación cuya abertura es triangular, con un peralte mayor en sus costillas, lo cual la hace más rígida y le permite proveer estructuras más estables gracias al superior confinamiento que ofrece. Estas características únicas proveen a la vez, estructuras de mayor vida útil o con mayores reducciones de espesores. Esta nueva configuración impone el nuevo reto de, no sólo, incrementar las investigaciones para conocer los mecanismos de aporte de la geomalla, sino además de hacerlas más simples.


En la actualidad se están desarrollando estudios en universidades de los Estados Unidos que apuntan a definir como parámetro de diseño un coeficiente que refleje la “Rigidez de la Interacción entre Suelo-Geosintético”, es decir, ya no una propiedad del geosintético aislado sino una propiedad del compuesto, a través de un ensayo bastante conocido como el de arrancamiento (pull-out) en el que las aberturas de la geomalla que generan la trabazón mecánica (interlocking), son causantes de su remarcable comportamiento (Zornberg, 2014).


Además, las tendencias actuales apuntan a la definición de una capa mecánicamente estabilizada (MSL) cuyo aporte es caracterizado por un número estructural que varía en función de ciertas condiciones particulares del proyecto y que es incorporado al diseño según la metodología de la AASHTO 93.

Impacto en el medio ambiente
Como comentario final, no por eso menos importante, se debe mencionar la reducción en el impacto ambiental que conlleva el uso de esta tecnología justificada conceptualmente en los siguientes aspectos: reducción en el uso de agregado natural, de los volúmenes de excavación, del número de camiones y de la energía de compactación. Es interesante revisar cómo ya se puede calcular, en términos porcentuales, la disminución en la cantidad de emisiones de carbono cuando se construye optimizando los diseños con geomallas triaxiales. 

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