El modelado demuestra los beneficios de la geomalla

Apr 05, 2024

El modelado mejorado de geomalla para su uso con el software de diseño de pavimentos de MnDOT, MnPAVE Flexible, permitirá a los diseñadores de pavimentos simular pruebas de campo de rigidez y resiliencia en pavimentos sobre bases con y sin geomalla. MnDOT está utilizando los resultados del modelado de un estudio reciente para desarrollar un insumo de diseño que cuantifique el beneficio de la geomalla en términos de vida útil del pavimento y espesor del agregado.

“Este estudio innovador será especialmente beneficioso para diseños en áreas con subrasante deficiente. Trabajamos estrechamente con el fabricante de geomallas para desarrollar códigos que simulen con precisión el comportamiento de la geomalla en un pavimento”, dijo Bruce Tanquist, ingeniero de aplicaciones informáticas de pavimentos, Oficina de Diseño de Pavimentos de MnDOT.

Muchas carreteras de Minnesota están construidas sobre subrasantes blandas. Estas subrasantes débiles reducen la vida útil del pavimento de la carretera. En el pasado, se han utilizado madera y cemento para reforzar los cimientos de pavimentos con éxito desigual. Sin embargo, durante los últimos 20 años, las geomallas han demostrado ser un método beneficioso y rentable para endurecer la estructura de pavimento existente.

La geomalla es una red rígida de polímero con aberturas que se entrelazan con el agregado en la base. El material se coloca dentro de la base de agregado nuevo o recuperado, generalmente a dos tercios de la distancia desde la parte superior de la base. Una vez colocado el agregado restante, el camino se pavimenta con asfalto u hormigón.

La geomalla aumenta la rigidez de la capa base de agregado al bloquear el agregado en su lugar para mejorar la resiliencia. Aunque el beneficio de la geomalla se ha observado en el pasado, no se cuantificó para fines de diseño de pavimentos y los diseñadores no pudieron incluir las propiedades en sus cálculos al diseñar un pavimento. En ocasiones, la geomalla se consideraba un gasto adicional sin ningún beneficio calculado.

También se encargó a un estudio de 2016 cuantificar los beneficios de la geomalla en el diseño mecanicista, pero los resultados de las pruebas de deflexión no fueron concluyentes y no respaldaron un factor de diseño confiable para el uso de geomalla en una base agregada.

Los diseñadores de pavimentos de MnDOT solicitaron un modelo para mostrar cómo el uso de geomallas en la base de la carretera impactaba la vida útil del pavimento. Los investigadores utilizaron un nuevo software para evaluar el comportamiento de la geomalla en diferentes permutaciones de diseño y cuantificar su beneficio para el rendimiento del pavimento utilizando el software de diseño de pavimento de MnDOT, MnPAVE Flexible.

El software actualizado se utilizó para ampliar la capacidad de modelado de geomallas y probar bases modeladas no reforzadas y reforzadas con geomallas. La investigación comenzó identificando parámetros de geomalla útiles en el modelado y como entradas para MnPAVE. Los investigadores trabajaron con un fabricante de geomallas para especificar y codificar las características y propiedades físicas de la geomalla triaxial (con aberturas de forma triangular) utilizada en el campo para el modelado.

Luego, los investigadores trabajaron estrechamente con un desarrollador de software para perfeccionar las capacidades de modelado, ampliando trabajos anteriores que se centraban en geomallas biaxiales (con aberturas de forma rectangular) para incluir geomallas triaxiales y modelar el comportamiento de las geomallas en parámetros variables para geomallas y agregados.

Se probaron exhaustivamente modelos de geomallas y agregados, ajustando las características de la geomalla y los agregados y simulando pruebas de penetrómetro de cono dinámico (DCP) y deflectómetro de peso liviano (LWD). Los investigadores recopilaron resultados de modelos numéricos sobre el rendimiento de la geomalla y los agregados para utilizarlos con el software de diseño MnPAVE y desarrollar factores de diseño que cuantifiquen el impacto de la geomalla en el rendimiento del pavimento.

Las pruebas de campo de investigaciones anteriores no fueron suficientemente detalladas porque no incluyeron la estructura específica del pavimento y las condiciones de la subrasante debajo de cada ubicación sometida a prueba de deflexión. Además, las pruebas de laboratorio, que evaluaron las geomallas probando su comportamiento dentro de cilindros de 6 por 12 pulgadas, no se correlacionaron bien con las dimensiones y formas de las instalaciones de geomallas en el campo.

El modelado eficaz ayuda a cuantificar los beneficios de las geomallas. El modelado desarrollado en esta investigación comenzó de manera efectiva a cerrar la brecha entre el examen de campo y de laboratorio probando fuerzas en modelos de 1 pie cuadrado con espesores de agregado de 4 a 12 pulgadas, lo cual es más apropiado para estimar el comportamiento de la geomalla y los agregados en el campo. .

“Nos pidieron que cuantificáramos el beneficio de la geomalla. Es importante mantener la capa de agregado gruesa para obtener beneficios como el drenaje, por lo que es importante saber que obtendríamos años adicionales de vida útil con una base de agregado reforzada con geomalla”, John Siekmeier, ingeniero de investigación, Oficina de Materiales e Investigación de Carreteras de MnDOT.

Las nuevas capacidades de modelado permiten probar varios parámetros, incluidas las dimensiones y configuraciones de la apertura de la geomalla, el espesor y la forma de las nervaduras de la geomalla, la rugosidad y gradación de los agregados y el contenido de humedad. Las simulaciones de prueba de configuraciones de geomallas y agregados se ejecutan durante horas o días y modelan una amplia gama de comportamientos para capturar datos confiables de las pruebas DCP y LWD de rigidez, resiliencia y resistencia de bases con y sin geomallas.

Los resultados de las pruebas mostraron que, según el contenido de humedad y la época del año, las bases reforzadas con geomallas ofrecen entre 1,5 y 2,5 veces más resiliencia bajo carga en comparación con las bases no reforzadas con geomallas.

Los investigadores están trabajando con los diseñadores de MnDOT para codificar un factor de geomalla en MnPAVE que determine la vida útil mejorada o el espesor agregado equivalente que la geomalla proporciona a las bases agregadas en los pavimentos. El factor geomalla podría incorporarse a principios de 2019.

Investigaciones adicionales podrían incluir la comparación de los resultados del modelado con los resultados de las pruebas de campo LWD y DCP de nuevos pavimentos con bases agregadas reforzadas con geomallas. Dicha implementación y pruebas en el sitio podrían continuar con nuevas instalaciones de pavimento para recopilar datos para confirmar o calibrar los factores de diseño de geomallas y el modelado de geomallas para MnPAVE.

Esta publicación pertenece al Informe 2018-30, “Especificación de rendimiento para una base agregada reforzada con geomalla”, publicado en octubre de 2018.