Resumen desde la antigüedad se han utilizado fibras naturales para la mejora de las propiedades de los materiales que intervienen en la construcción.




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títuloResumen desde la antigüedad se han utilizado fibras naturales para la mejora de las propiedades de los materiales que intervienen en la construcción.
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Suelo Marginal (Facies Cuestas del Terciario de la Cuenca del Duero).

Sus características de identificación se resumen en las siguientes:

Muestra/descripción

Pasa

Límites de Atterberg

Químicos

CLASIFICACIÓN

# 0,08

LL

LP

IP

%CO3Ca

%SO3

% MO

USCS

AASHTO

I.Grupo

PG-3

Margas arcillosas

99

80,5

27,8

52,7

49,7

0,07

0,36

CH

A-7-6

20

Marginal

El resto de propiedades geotécnicas se describen en el Cuadro de resultado de ensayos, comparándose con las obtenidas a partir de las distintas mezclas con fibras.

En el siguiente Cuadro de resultados de ensayos se incluye una síntesis de los valores obtenidos:

Fibra

Próctor Normal

Índice CBR

H.

Libre

P. Hinch.

Compresión simple (kp/cm2)

según Wóp

Dmáx g/cm3

H. óp. %

Al 95%

Al 100%

%

kPa

-4%

-2%

Wóp

+2%

+4%

SUELO CUESTAS

1,44

28,6

2,35

3,95

4,10

65

3,05

2,45

1,95

1,50

1,00

0.2% TRR PO 6

1,43

27,4

2,1

4,08

4,67

75

2,95

2,70

2,20

1,45

0,80

0.2% TRR PO 12

1,44

26,0

2,08

2,86

4,53

30

2,80

2,80

2,35

1,75

1,25

0.2% TRR PO 18

1,43

28,8

2,24

3,5

3,73

50

3,35

2,80

2,20

1,70

1,25

0.2% AA 40

1,44

26,7

2,4

3,67

5,36

85

3,95

3,50

2,70

2,05

1,60

0.2% AC 100

1,43

26,9

3,1

3,24

4,62

70

4,25

4,10

3,30

2,55

1,90

0.2% AC 200

1,45

28,3

2,33

5

3,97

95

5,20

4,10

3,85

2,15

1,60



Fibra

Corte Directo UU

Corte Directo CU

Triaxial UU

Triaxial CU

c



cr

r

c



cr

r

cu

u

c





´

SUELO CUESTAS

0,75

17,4

0,40

17,1

0,44

18,3

0,33

15,1

1,25

11,6

0,10

21,2

0,12

28,7

0.2% TRR PO 6

0,73

24,1

0,47

22,2

0,31

23,8

0,27

17,2

1,41

18,8

0,16

22,4

0,05

31,4

0.2% TRR PO 12

0,56

33,5

0,12

37,0

0,24

24,8

0,28

21,0

1,19

24,1

0,04

21,8

0,12

28,2

0.2% TRR PO 18

0,72

25,9

0,57

19,2

0,43

20,3

0,30

18,4

2,04

0,0

0,26

22,0

0,08

30,4

0.2% AA 40

0,93

29,0

0,13

34,0

0,23

18,0

0,36

18,0

1,82

16,9

0,07

22,5

0,18

28,1

0.2% AC 100

0,81

29,0

0,32

30,9

0,20

25,2

0,27

17,9

1,02

25,5

0,20

24,3

0,13

34,9

0.2% AC 200

0,93

24,3

0,37

27,3

0,42

24,9

0,56

19,0

2,05

6,9

0,35

24,1

0,20

37,9

S
e efectuaron ensayos edométricos de todas las muestras, y los parámetros resultantes se incluyen en el gráfico siguiente (Fig.1)

Fig. 1

siendo:

Cc Coeficiente de compresibilidad

Ce Coeficiente de expansividad

e0 Indice de poros inicial

e10 Indice de poros final (10 kp/cm2)
Conclusiones:

  • Los valores de Proctor Normal no presentan variaciones significativas en relación al tratamiento con fibras. Las variaciones detectadas en la densidad son mínimas, mientras que las obtenidas por las humedades entran dentro del mismo rango para este tipo de suelo.

  • Los valores de hinchamiento libre y presión de hinchamiento se sitúan igualmente dentro del mismo rango (3,97-5,36% y 30-95kPa) si consideramos la variabilidad propia del muestreo y del ensayo.

  • Se observa que las variaciones de los parámetros edométricos son igualmente poco significativas respecto del suelo original con cualquier tipo de fibra.

  • En cuanto a la resistencia al corte (Fig.2), las variaciones parecen depender fundamentalmente de la longitud de las fibras. Por ello, para una mayor claridad, los gráficos se han sintetizado utilizando los valores medios de los resultados de las mezclas con fibras cortas (< 18mm) y con fibras largas (> 40 mm).

  • En cuanto a los cortes directos y triaxiales, en general se observa que la cohesión no refleja variaciones significativas, mientras que el ángulo de rozamiento interno experimenta aumentos significativos en la mezcla (Ver Fig. 2 ). Dicho aumento en los triaxiales efectuados en los tratamientos con fibras de mayor longitud (100 y 200 mm) llega a ser de 6 a 10º (Fig.3).




Fig. 2

Fig. 3

  • También han sido significativas las mejoras obtenidas con el tratamiento en los ensayos de resistencia a compresión simple. Este ensayo se ha efectuado sobre una serie de probetas remoldeadas con distintas condiciones de humedad respecto de la óptima referida a la compactación Proctor Normal. Las curvas de variación de dicha resistencia en función de la humedad se reflejan en la Fig. 4.

F
ig. 4


  • Los tratamientos con fibras cortas (6-12-18 mm) muestran un reducido aumento de la resistencia del orden del 0-20%, mientras que con las fibras más largas (> 40mm) los aumentos son en general superiores al 50% en el entorno de las humedades Wóp ± 4 %. Por otro lado la forma de rotura experimenta una variación al prolongarse notablemente el estado plástico. (Fig. 5).

Fig. 5

En línea continua (verde) se han representado las curvas de rotura del suelo sin mezcla, en discontinua corta (azul) el suelo mezclado con fibras cortas (TRR PO-6) y en discontinua larga (rojo) el suelo mezclado con fibras largas (AC-200)

Suelo Tolerable (Facies Tierra de Campos del Terciario de la Cuenca del Duero).

Sus características de identificación se resumen en las siguientes:

Muestra/descripción

Pasa

Límites de Atterberg

Químicos

CLASIFICACIÓN

# 0,08

LL

LP

IP

%CO3Ca

%SO3

% MO

USCS

AASHTO

I.Grupo

PG-3

Arcillas limoarenosas

56

33,3

18,7

14,6

11,7

0.00

0,11

CL

A-6

6

Tolerable

El resto de propiedades geotécnicas se describen en el Cuadro de resultado de ensayos, comparándose con las obtenidas a partir de las distintas mezclas con fibras.

En el siguiente Cuadro de resultados de ensayos se incluye una síntesis de los valores obtenidos:

Fibra

Próctor Normal

Compresión simple (kp/cm2) según Wóp

Dmáx g/cm3

H. óp. %

-4%

-2%

Wóp

+2%

+4%

SUELO T. CAMPOS

1,78

14,7

3,60

3,30

2,65

1,50

0,75

0.2% TRR PO 6

1,77

15,3

3,70

3,30

2,30

1,40

0,55

0.2% TRR PO 12

1,79

14,5

3,71

3,50

3,10

1,45

0,50

0.2% TRR PO 18

1,77

14,0

3,60

3,50

3,10

2,00

1,25

0.2% AA 25-40

1,78

14,3

3,60

3,30

2,75

2,00

2,00

0.2% AC 100

1,77

14,5

3,70

3,30

2,80

2,30

1,45

0.2% AC 200

1,75

16,3

3,50

2,95

2,20

2,00

2,00



Fibra

Corte Directo UU

Corte Directo CU

Triaxial UU

Triaxial CU

c



cr

r

c



cr

r

cu

u

c





´

SUELO T. CAMPOS

1,14

19,7

0,31

29,0

0,62

21,1

0,00

28,9

0,9

30,5

0,17

21,0

0,02

32,9

0.2% TRR PO 6

0,91

25,7

0,27

28,9

0,29

24,0

0,00

29,2

1,1

27,5

0,56

23,4

0,14

34,9

0.2% TRR PO 12

0,84

29,4

0,21

31,7

0,41

23,1

0,15

27,3

1,1

29,9

0,82

18,3

0,18

34,6

0.2% TRR PO 18

0,6

29,7

0,31

31,4

0,08

28,6

0,00

29,7

1,0

31,9

0,5

19,3

0,08

36,5

0.2% AA 25-40

0,69

28,1

0,33

28,4

0,55

24,1

0,02

31,9

1,1

34,1

0,46

25,8

0,20

36,4

0.2% AC 100

0,77

24,7

0,26

31,1

0,00

30,8

0,00

31,0

2,3

23,0

0,69

22,7

0,34

38,0

0.2% AC 200

0,5

31,0

0,40

28,9

0,27

26,2

0,06

30,8

1,9

19,6

0,94

23,4

0,64

34,2

Conclusiones:

  • Los valores de proctor Normal no presentan variaciones significativas en relación al tratamiento con fibras. Las variaciones detectadas en la densidad son mínimas, mientras que las obtenidas por las humedades entran dentro del mismo rango para este tipo de suelo.

  • En cuanto a los cortes directos, en general se observa que la cohesión refleja ligeras disminuciones, con aumentos del ángulo de rozamiento interno que, en general, crece con la mayor longitud de las fibras empleada en la mezcla (Ver Fig. 6 ).

  • En los triaxiales efectuados en los tratamientos con fibras de mayor longitud se aprecia un aumento de la cohesión y muy ligero del ángulo de rozamiento interno. (Fig. 7).



FFig. 6

Fig. 7

  • Las mejoras obtenidas con el tratamiento, en los ensayos de resistencia a compresión simple son, sin embargo menos significativas que en el suelo de las Facies Cuestas. Este ensayo se ha efectuado sobre una serie de probetas remoldeadas con distintas condiciones de humedad respecto de la óptima referida a la compactación Proctor Normal. Las curvas de variación de dicha resistencia en función de la humedad se reflejan en la Fig. 8.

  • Los tratamientos con fibras no muestran diferencias significativas, salvo con las fibras más largas (> 40mm) en la zona del lado húmedo respecto de la humedad óptima, donde los aumentos son en general superiores al 50%. Por otro lado, la forma de rotura experimenta una variación al prolongarse notablemente el estado plástico, al igual que ocurre en el otro tipo de suelo estudiado (Facies Cuestas).



Fig. 8

II.3.- CONCLUSIONES Y COMENTARIOS GENERALES (PARTE II)

A la vista de los resultados obtenidos y teniendo en cuenta la limitación de datos obtenidos, se pueden hacer las siguientes conclusiones:

- La operación de desmenuzado y mezclado realizada manualmente es muy laboriosa, por lo que se requerirá en obra unos medios muy específicos para conseguir una buena homogeneización de la mezcla. Esta homogeneización resulta más difícil con las fibras de mayor longitud (Foto7).

- Los suelos arenosos de cierta calidad no experimentan una mejora de sus propiedades geomecánicas con el tratamiento de fibras, por el contrario, a veces se reducen, siendo compleja la interpretación detallada de los resultados obtenidos en laboratorio.

Por el contrario, sobre el suelo marginal estudiado (Facies Cuestas), se observa que:

- Los ensayos de Proctor Normal reflejan una homogeneidad en los resultados, lógica por la baja dosificación de fibras.

- Los ensayos de CBR en condiciones de Proctor Normal, tampoco muestran una variación de su índice en función de la adición de fibras, mostrando una tendencia uniforme en el conjunto de las muestras.

- Los ensayos de hinchamiento libre no presentan igualmente variaciones significativas.

- Lo mismo ocurre con la presión de hinchamiento y los valores de parámetros edométricos.

- Los ensayos de Corte Directo y Triaxiales no parecen detectar un aumento de la cohesión, pero sí un significativo aumento del ángulo de rozamiento que con las fibras más largas podría estimarse en un aumento del orden de 6-10º.

- Los ensayos de Compresión simple experimentan mejoras ligeras de la resistencia (0-20%) con el tratamiento a base de fibras cortas, pudiendo sobrepasar el 50% de incremento con las fibras más largas, en los ensayos realizados sobre probetas remoldeadas en el entorno de la humedad óptima Proctor Normal (Foto 8).

Sobre el suelo tolerable estudiado (Facies Tierra de Campos), se observa que:

- Los ensayos de Proctor Normal reflejan una homogeneidad en los resultados, lógica por la baja dosificación de fibras.

- Los ensayos de Corte Directo y Triaxiales dan resultados más heterogéneos, no siendo claro el aumento de la resistencia al corte.

- Los ensayos de Compresión simple no muestran diferencias significativas, salvo con las fibras más largas (> 40mm) en la zona del lado húmedo respecto de la humedad óptima, donde los aumentos son en general superiores al 50%, en los ensayos realizados sobre probetas remoldeadas en el entorno de la humedad óptima Proctor Normal.

CONCLUSIONES GENERALES DEL ESTUDIO

Es difícil obtener una correspondencia clara entre los artículos analizados, en buena parte comerciales, y los resultados de los ensayos de laboratorio. No obstante, de todo el trabajo realizado por el Comité de Geotecnia Vial de la Asociación Técnica de Carreteras (ATC), de la AIPCR, se pueden extraer las siguientes conclusiones:

  • La mezcla de suelos con fibras sintéticas constituye un método posible de mejora del terreno, al igual que otros procedimientos alternativos conocidos (tratamientos con cal, cemento, etc.).

  • En los artículos revisados se observa que uno de los usos principales de las fibras, en el caso de las fibras largas, es su empleo como elemento antierosivo (por su capacidad de retención de finos), propiedad que no se ha analizado en los ensayos de laboratorio realizados, al haberse centrado éstos en los ensayos geotécnicos tradicionales.

  • Las proporciones recomendadas oscilan en torno al 0,2% en peso de fibra respecto del total de suelo.

  • La variación (mejora) de las propiedades geotécnicas no se puede establecer a priori. Aparte de las diferencias encontradas en las referencias bibliográficas, se aprecia que dicha variación depende de las características de cada tipo de suelo.

  • En determinados suelos (p. ej. más arenosos), las características de la mezcla pueden incluso empeorar determinadas propiedades.

  • Los suelos más arcillosos, por el contrario, parecen obtener mejoras considerables, resultando mayores cuanto peor es el suelo. Dichas mejoras se basan en un aumento significativo de la resistencia al corte, fundamentalmente a través del incremento del ángulo de rozamiento interno, que llega a ser superior al 20%.

  • Las mejoras importantes parecen relacionarse directamente con la longitud de las fibras. A mayor longitud, mejores propiedades.

  • Las dificultades de mezclado observadas en laboratorio deben tenerse en cuenta, comprobándose el reparto homogéneo en obra.

  • Es recomendable la realización de tramos experimentales in situ con un control a base de ensayos a mayor escala que los de laboratorio.

BIBLIOGRAFÍA
Geofibers, Job Report . “ESTABILIZACIÓN DE TALUDES JUNTO AL TRINITY RIVER”.

Geofibers, Job Report. “LAVER COURT SLOPE RECONSTRUCTION”

Geofibers, Job Report. “RIVERVIEW DRIVE SLOPE RECONSTRUCTION”.

Geofibers, Job Report. Referencia: “Rehabilitation of the South Prong Dam”, Rutledge, John G. and Ron G King. Freese and Nichols, Inc.,1994. REHABILITATION OF THE SOUTH PRONG DAM.

Geofibers, Job Report. REFUERZO CON FIBRAS DE UN TALUD EN LA CARRETERA I-10 (LUISIANA-EEUU).

Geofibers; TECHNOTE. PROCEDIMIENTOS DE COLOCACIÓN DE FIBRAS PARA REPARAR INESTABILIDADES SUPERFICIALES

Gregory, G.H. and Chill P.S. (1998). Sixth International Conference on Geosynthetics. STABILIZATION OF EARTH SLOPES WITH FIBER REINFORCEMENT..

R. BAHAR, H.STITI, & B. MELBOUCI, University of Tizi-Ouzou, Algeria. Referencia: Geosynthetics-7th ICG- Delmas, Gourc&Girard (eds) ©2002 Swets & Zeitlinger, Lisse ISBN 90 5809 523 1. EXPERIMENTAL STUDY OF COHESIVE SOILS REINFORCED WITH SYNTHETIC FIBRES.





FOTOGRAFÍAS


F
oto 1 Aspecto al microscopio electrónico de los haces de fibras mezclados con arcillas

Foto 2 Detalle al microscopio electrónico de los haces de fibras mezclados con arcillas



Foto 3 Fibras empleadas en la mezcla con el suelo

Foto 4 Muestreo del suelo Marginal



Foto 5 Preparación de las muestras en el CRCC Foto 6 Cuarteo del suelo





Foto 7 Aspecto del suelo mezclado con fibras largas

Foto 8 Rotura a compresión de suelo sin mezclar (izda) y con fibras largas (dcha)

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