Estudio de zahorras y geotextiles para firmes permeables

Abstract

RESUMEN: El presente trabajo fin de Máster busca estudiar los materiales que conforman las capas de base y sub-base de los pavimentos drenantes usados en el proyecto de investigación “Rehabilitación Hidrológica de Infraestructuras Viales Urbanas (RHIVU)” desarrollado por el Grupo de Investigación de Tecnología de la Construcción (GITECO) de la Universidad de Cantabria y financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad a través del Subprograma de proyectos de investigación fundamental no orientada con referencia de proyecto BIA2012-32463. El proyecto se ha financiado con cargo a los Presupuestos Generales del Estado (PGE) y al Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). El objetivo fundamental del proyecto es doble, ya que se estudian dos tipos de materiales distintos. Por un lado, realizar la caracterización mecánica de las zahorras permeables que se utilizan en firmes drenantes para su empleo en el diseño de firmes usando la norma española (6.1 IC). Por otro, diseñar una metodología de ensayo que permita cuantificar el deterioro hidráulico de los geotextiles por su puesta en obra. El comportamiento de los materiales granulares sin tratar está influenciado por multitud de variables, de entre las que se destacan el esfuerzo aplicado, el contenido de agua, la densidad y el tamaño y forma de las partículas. Para la utilización de un nuevo material granular en el diseño de firmes es necesario conocer dos parámetros básicos: el módulo resiliente y la ley de fatiga. En el caso de las zahorras drenantes (ZAD) no está claro que puedan utilizarse los parámetros para zahorras artificiales convencionales. Tras una revisión del estado del arte, fundamentalmente para zahorras artificiales tradicionales, se ha comprobado que la forma usual de obtención de dichos parámetros es la realización de ensayos triaxiales dinámicos. Las normas y recomendaciones de uso de geotextiles consultadas son poco concluyentes e incluso contradictorias sobre el empleo de geotextiles en el interior de los firmes permeables. Algunos autores mantienen que la misma puesta en obra de un geotextil modifica sus cualidades, si bien la mayoría de los autores que han estudiado este fenómeno se han centrado en su comportamiento mecánico. Por otro lado, sólo existe ensayo normativo para el deterioro mecánico, por lo que se ha creído interesante el diseño de un ensayo de deterioro hidráulico. Como paso preliminar a la realización de los ensayos triaxiales dinámicos se ha validado la metodología de preparación de probetas para ensayo triaxial diseñada por el Grupo de Geotecnia de la Universidad de Cantabria para el material estudiado, mediante la realización de ensayos triaxiales estáticos. Para cuantificar el deterioro hidráulico de los geotextiles por su puesta en obra se ha diseñado un nuevo ensayo compuesto fundamentalmente de dos fases: deterioro mecánico del geotextil y lavado de geotextil. Mediante la utilización de este ensayo se obtiene la pérdida de permeabilidad de un geotextil por su puesta en obra, lo que se conoce como “condición de nuevo”. Para validar la metodología diseñada se ha llevado a cabo una campaña de ensayos sobre dos geotextiles diferentes. Además de los ensayos triaxiales estáticos, se han analizado los datos obtenidos en la fase de deterioro mecánico del geotextil para obtener tendencias sobre el comportamiento del material granular utilizado en dicha fase, que se corresponde con las zahorras estudiadas mediante los ensayos triaxiales estáticos. La realización satisfactoria de los ensayos triaxiales estáticos ha servido para validar el método de preparación de probetas triaxiales del material estudiado, lo que permite la futura realización de los ensayos triaxiales dinámicos necesarios para la caracterización buscada. Por otro lado, se ha diseñado y validado un nuevo ensayo para la obtención de la “condición de nuevo” desde el punto de vista hidráulico por la puesta en obra de un geotextil. Tras la campaña de ensayos realizada sobre sobre dos geotextiles diferentes, se concluye que la disminución de permeabilidad en ambos es significativa, por lo que el factor de reducción propuesto tiene sentido. Es necesario realizar una campaña de ensayos más extensa y realizar un análisis granulométrico de los finos retenidos para estudiar la influencia de la relación tamaño de finos-abertura de poro del geotextil en la pérdida de permeabilidad del geotextil.

ABSTRACT: The aim of this M.S. Thesis entitled “Study of aggregates and geotextiles for permeable pavements” is to study the materials that usually make up the base and subbase layers of the pervious pavements used in the research project “Rehabilitación Hidrológica de Infraestructuras Viales Urbanas (RHIVU)” carried out in the Construction Technologies Research Group (GITECO) of the University of Cantabria and funded by the Ministry of Economy and Competitiveness in the framework of the sub-programme of non-oriented fundamental research projects with reference number BIA2012-32463. The project is funded under the General Budget of Spain (PGE) and the European Regional Development Fund (ERDF). The project studies two different materials, due to that it has two main objectives. On the one hand, one of the objectives is to carry out a mechanical characterization of the pervious unbound granular materials used in pervious pavements for its usage in road pavement design under the Spanish standard (6.1 IC). On the other hand, devise a test methodology to quantify the hydraulic damage of geotextiles due to their installation. The behavior of unbound granular materials is determined by a variety of variables, among them the most important are applied stress, water content, density, particle size, and shape of the particles. To use a new material in road design it is necessary to know its resilient modulus and fatigue law. It is not clear whether the models and parameters devised for traditional unbound granular materials are suitable for its usage in pervious ones. After a revision of the literature, fundamentally related to traditional materials, it seems to be an agreement in cyclic triaxial being the more used test to obtain the needed parameters. The codes and usage recommendations of geotextiles consulted are not conclusive and even conflicting about the usage of geotextiles inside permeable pavements. Some authors suggest that the mere installation of a geotextile modifies its properties, but most studies are focused in mechanical damage. Furthermore, there is only a standardized procedure for mechanical damage, and hence a new procedure to obtain hydraulic damage has been considered interesting. As a preliminary stage of the cyclic triaxial test campaign, a method to prepare triaxial probes devised by the Geotechnical Group of the University of Cantabria has been tested to work with the studied material. In order to test the procedure several static triaxial tests have been performed. A new test to quantify the hydraulic damage in geotextiles due to the installation has been devised. The method can be divided in two main parts: mechanical damage of the geotextile and washing of the geotextile. The loss of permeability of a geotextile due to its installation, also known as “new condition”, is obtained using this procedure. A test campaign has been carried out over two different geotextiles to validate the test procedure. In addition to the static triaxial tests, the data obtained in the mechanical damage of the geotextiles have been analyzed to obtain behavior tendencies of the used material, which, in this case, is the same unbound granular material studied using triaxial testing. All static triaxial tests have been successfully completed, showing that the probe preparation method has worked correctly, and hence it can be used in cyclic triaxial testing. A new test to obtain the “new condition” due to installation from a hydraulic point of view has been devised and validated. After a test campaign carried out over two different geotextiles, it can be said that the loss of permeability in both of them is noticeable, and hence the use of the proposed reducing factor is advisable. It is necessary to undertake a more extensive test campaign and to perform particle size analysis of the material retained in the geotextiles to study the influence of the relationship between particle size and opening size of the geotextile on the loss of permability.