“Instrumentación de ensayos de tracción, valoración y ... - LEMaC

Tesis de Becarios de Investigación“Instrumentación de ensayosde tracción, valoración ycomparación de las propiedadesevaluadas mediante esta técnicaen geosintéticoscomercializados en el país”BECARIO: Guido RossoTUTOR: Ing. Enrique FenselAREA: Medio Ambiente y Obras CivilesAño: 2008

Hay distintos casos en lo que son utilizados los geosintéticos según su función en las obras,en cuanto a la tracción se distinguen casos como su colocación en terraplenes donde lacapacidad portante de un terraplén está influenciada determinantemente por el sistematricapa terraplén/geotextil/subsuelo.Figura 1: Colocación De geotextil en base de terraplén.Los geotextiles tejidos en su mayoría son fabricados en polipropileno, que son polímerosque sufren bastante el problema de la fluencia. Presentan resistencia a tracción entre20KN/m y 80KN/m y debido a la naturaleza de su estructura, poseen un alargamientomedio que varia entre 15% y el 30%.Para trabajar como refuerzo, las dos principales características a ser observadas, paracualquier geosintético, son la resistencia a tracción y el alargamiento, pues generalmenteesos valores presentados por los fabricantes son los de ruptura del material.La pequeña resistencia a la tracción y el alargamiento medio de los geotextiles tejidos,comparados con las geogrillas, son soluciones para obras que presentan pequeñassolicitaciones, como pequeños rellenos sobre suelos de baja capacidad soporte, refuerzo debase de carreteras no pavimentadas y pavimentadas, estacionamientos, patios, etc., cuandola subrasante presenta un CBR > 5%.Los geotextiles en general poseen características técnicas específicas, que varían conformeal polímero y al método de fabricación. Por ejemplo el polipropileno: Mayor fluencia acarga constante, reducida cuando está confinado.Ensayos tipos a tracción que se realizan sobre un geosintético:1. Ensayo de tracción en tirasAlgunas de las normas para este ensayo son: IRAM 78012, ISO/EN 10319, ASTM D4595y BS6906-1.Este ensayo mide la resistencia a la tracción simple de muestras de un anchopredeterminado. Es similar a los ensayos de tracción simple a los que está acostumbrado elingeniero civil para otros materiales. A pesar de que en las aplicaciones en la obra civil elgeosintético en ningún caso operará en un régimen de tensión cercano a la resistenciaúltima de tracción, esta última característica combinada con la elongación final y el módulo2

de deformación indicarán la capacidad de absorber energía hasta la rotura o tenacidad delgeosintético.Característica DIN 53857/2 NFG 07001 ASTM 1682 ASTM D 4595 SN/640550 NFG 38014Largo libre (mm) 200 200 75 100 200 100Ancho de la probeta (mm) 50/100 50 25/50 200 100 500Velocidad de Ensayo (mm/min) 200 100 305 10 100 con 19 sujetadores 100Tabla1: Normas utilizadas para el ensayo de tracción en tiras.Según las distintas normas la carga de rotura aumenta con el ancho de la probeta debido alaumento del anclaje lateral de los filamentos. Por esto, en general, los resultados obtenidosbajo normas diferentes no son directamente comparables.No obstante se ha determinado que las siguientes normas (Tabla 1) permiten cuantificar enforma equivalente tanto la resistencia última a la tracción, la elongación a rotura y elmódulo inicial (resistencia a la tracción al 5% de elongación), ellas son: ISO/EN 10319,ASTM D4595 y BS6906-1.Es relevante destacar la significación práctica de las propiedades mecánicas de móduloinicial y elongación a la rotura. La primera representa la capacidad del geosintético parasoportar cargas importantes sin deformaciones significativas, las cuales no son deseablespues implican distorsiones permanentes en el sistema construido. Una alta elongación a larotura será un efecto deseable en tanto el geosintético no opere a niveles de deformacióncercanos a aquella. Si en la aplicación se logra esto último, el geosintético podrá absorberenergía adicional ante cargas dinámicas. Esto es, como se ha dicho, lo que habitualmente sellama tenacidad residual a la rotura. El área integrada bajo la curva tensión-deformaciónentre la elongación de servicio y la de rotura, representa la cantidad remanente de energíaque el geosintético podrá absorber ante una carga dinámica. Este tipo de cargas suele sermucho más crítica durante la etapa de construcción, en que el agregado dispuesto sobre elGeosintético no ha alcanzado su mayor valor soporte o capacidad para disipar tensiones ypor ello ésta no podrá atenuarse lo suficiente antes de ser absorbida por el geosintético.Con el fin de dar a conocer una comparación del comportamiento de diversos tipos de telasbajo este ensayo se incluye la (Figura 1) de resultados de geosintéticos con masascrecientes y la (Figura 2) que representa los resultados (área de dispersión de ensayos) paradiferentes tipos de geosintéticos.T ra c c ió n [k N /m ]2 41 8E N S A Y O D ET R A C C IO N E N T IR A S1 260 3 0 6 0 9 0D e fo r m a c ió n [% ]Figura 1: Comportamiento a la tracción dediferentes tipos de telas.3

20001500POLIESTER (tejido)POLIPROPILENO (tejido)POLIAMIDA (tejido)NO TEJIDO10005000 20 40 60Deformación [%]Figura 2: Área de dispersión de ensayoSe observa en la primera que en el comportamiento general, los módulos de deformaciónson al principio menor que para los tramos medios de la curva y que la rotura se produce enforma brusca sin ductilidad.De la observación de la segunda gráfica se concluye que el geotextil no tejido no revisteimportancia desde el punto de vista de su resistencia para ser utilizada como refuerzo.Para este fin, los geosintéticos más convenientes son los producidos con poliéster, ya quelos de polietileno también poseen poca resistencia.A N C H O D E C U E R P O5 0 m mA N C H O D E C U E R P O P L E G A D O1 0 0 m m2 0 0 m m5 0 m mFigura 3: Dimensiones de las probetas.4

2. Ensayo de tracción (Grab Test)Algunas de las normas para este ensayo son: DIN 53858; ASTM D1682-4632; IRAM78018. Las mismas difieren, entre otras, por las características dimensionales de la máquinay de las probetas, en los valores de velocidad de ensayo, lo que se expone en la tabla 2Norma de ensayo Velocidad de ensayoDIN 53858100mm/minASTM D 1682 - 4632 300mm/minIRAM 78018300mm/minTabla 2: Normas con su velocidad de ensayoEste ensayo también llamado de resistencia a la tracción en carga concentrada, se diferenciadel ensayo de tracción en tiras, en que el ancho de las probetas es mayor que la impronta delas mordazas de la máquina que tracciona la muestra. (Figura 4)2 52 53 87 5 ± 31 5 01 0 0 ± 32 51 05 0Figura 4Mediante este artificio, una parte del espécimen provee anclaje a los filamentos sin serespecíficamente sometida a esfuerzo.5

Este ensayo es la mayor simulación de las condiciones reales cuando sobre un Geosintéticose presiona un elemento punzante (piedra) en forma descendente, o se ejerce un esfuerzolateral sobre el elemento (aun presionado).Una solicitación como la descripta se presenta en operación cuando: un vehículo frena,acelera o dobla sobre la superficie del camino (las tensiones se transmiten paralelamente ala superficie); cuando se compacta el agregado en una trinchera de drenaje (se presiona lapiedra contra los laterales y se vibra en forma descendente).Esta propiedad será de importancia crítica en todas las aplicaciones en que, durante la etapade construcción, transite equipo pesado sobre agregado de grueso calibre.3. Ensayo de Tracción en probetas anchas.Las normas que siguen el principio de este método aunque con algunas variantes en elprocedimiento son ISO 10319:1993, AENOR UNE-EN ISO 10319:1996 e IRAM78012:2001.La distinción básica entre este método y los métodos para medir las propiedades de tracciónen los geosintéticos es el ancho de la probeta.En este método, el ancho es mayor que el largo de la probeta, ya que algunos geosintéticostienen tendencia a encogerse (curvarse) bajo carga en el largo de la probeta. El mayorancho reduce el efecto e encogimiento de tales materiales y proporciona una relación máspróxima al comportamiento esperado del mismo sobre el terreno, así como unprocedimiento para la comparación de geosintéticos entre sí.Según la normativa Argentina el resumen del procedimiento es el siguiente: se mantieneuna probeta de ensayo, entre todo su ancho, en las mordazas de una máquina de tracciónque se desplaza a una determinada velocidad, mientras aplica una fuerza longitudinal a laprobeta hasta que la misma rompe. El valor de la carga máxima medida en el dial de lamáquina de tracción constituirá la resistencia a tracción del producto.Este ensayo utiliza probetas de 200mm de ancho y 100mm de largo.Este método es aplicable a la mayoría de los geotextiles, incluyendo los tejidos de calada,los no tejidos, los geocompuestos, los tejidos de punto y los fieltros. El método es aplicabletambién a las geogrillas, pero en este caso puede ser necesario modificar las dimensiones delas probetas.4. Ensayo de tracción de las uniones y de las costuras por el método de la bandaancha.La norma IRAM 78013 establece el método para la determinación de las propiedades detracción de las uniones y de las costuras de los geotextiles y productos relacionados,mediante una banda de gran ancho.El método cuantifica la resistencia de la unión o de la costura y la eficiencia de las mismas,entendiéndose esta última como la relación, expresada en porcentaje, entre la resistencia dela unión o de la costura y la resistencia del geotextil evaluada en esa dirección.La norma propone el cálculo de la eficiencia haciendo la comparación con los valores deresistencia a la tracción del material sin unión obtenidas con el método expresado en lanorma IRAM 78012: ensayo de tracción con probetas anchas.6

El procedimiento consiste en sujetar en todo su ancho una probeta de geotextil, de 200 mmde ancho, que contiene una unión o una costura, entre las mordazas de una máquina deensayo de tracción que funciona a una velocidad de alargamiento especificado. Se sometela misma a una fuerza longitudinal (perpendicular al eje de ensamblado), hasta la rotura dela liga, expresando la resistencia en kilo newton por metro.La norma especifica también las variantes de método mediante las cuales el mismo esaplicable tanto en geotextiles tejidos y no tejidos como en geomallas, geogrillas ymateriales similares.Desarrollo de la tesis durante el periodo 2008Durante el periodo 2008 con la adquisición de la máquina universal (EMIC) se desarrollóun estudio sobre su puesta en funcionamiento y poder afianzar el manejo de la misma, dadolas diferentes funciones y aplicaciones que presenta.Se realizaron distintos ensayos a tracción y se presenta el ensayo de tracción realizadosobre probetas anchas para distintas marcas de geotextiles no tejidos.Objeto y campo de aplicaciónEnsayo de tracción con probetas anchas(IRAM 78012)Esta norma describe un método de ensayo tipo para la determinación de las propiedades detracción de los geotextiles y productos relacionados, utilizando una probeta ancha. Elmétodo es aplicable a lamayoría de losgeotextiles, incluyendo,los no tejidos, losgeocompuestos, lostejidos de punto y losfieltros. El método esaplicable también a lasgeogrillas, pero en estecaso puede ser necesario modificar lasdimensiones de lasprobetas.Este método de ensayode tracción comprendela medición de lascaracterísticas de cargadeformación e incluyeprocedimientos para elcálculo del módulo secante como expresión de la rigidez, la carga máxima por unidad de7

ancho y la deformación a la carga máxima.Probetas de ensayosSe corta un mínimo de cinco probetas de ensayo, tanto en la dirección de producción comoen la dirección transversal a la misma.Se prepara cada probeta de ensayo a un ancho nominal final de 200mm y de largosuficiente para asegurar 100mm entre las mordazas. Para vigilar cualquier desplazamiento,se trazan dos líneas que recorren todo el ancho de las superficies de las mordazas de laprobeta de ensayo, perpendicularmente a la dimensión del largo y separadas 100mm.Procedimiento de ensayo1) Encender PC2) Encender máquina de tracción3) En el escritorio hacer doble clic en el acceso directo “TESC”4) Para fijar límites de recorridoa) 2º Funciónb) Retornarc) Presionar tecla de subir (hasta límite)d) 2º Funcióne) Retornar (límite superior establecido)f) 2º Funcióng) Retornarh) Presionar tecla de bajar (hasta límite)i) 2º Funciónj) Retornar (límite inferior establecido)5) Realización de ensayosa) Preparar probeta de ensayo como se indica en el inciso “probetas de ensayos”b) Colocar probetac) “Tesc”:seleccionar método de ensayo (tracción con probetas anchas)d) Archivo-nuevo-(cargar o modificar datos)e) Exhibir- indicador digital (a cero)f) Ensayo- editar entradas (cargar datos solicitados)g) Ensayo- comandar ensayo- (comienzo del ensayo)6) Guardar ensayo8

Fotos de ensayosFigura 5 Figura 6Figura 7Figura 8Figura 99

• Resultados de ensayos1 – Geotextil 120gr. Ensayado en la dirección perpendicular al rollo.10

2 – Geotextil 120gr. Ensayado en la dirección paralelo al rollo.11

3 – Geotextil 150gr. Ensayado en la dirección perpendicular al rollo.12

4 – Geotextil 150gr. Ensayado en la dirección paralelo al rollo.13

5 – Geotextil 300gr. Ensayado en la dirección perpendicular al rollo.14

6 – Geotextil 300gr. Ensayado en la dirección paralelo al rollo.15

ConclusionesA pesar que en este trabajo se presentan algunos de los ensayos realizados a modo deejemplo para graficar las prestaciones de la Máquina Universal de Ensayos, se observa enlos resultados obtenidos, para el ejemplo dado, que las telas geotextiles ensayadas tienenmayor resistencia en la dirección de producción que en la dirección transversal a ésta. Se halogrado el primer objetivo propuesto que era el de poder realizar los ensayos de tracción eneste tipo de materiales, habiéndose alcanzado un conocimiento tal de poder manejar lasdistintas variables que presenta el software asociado a la citada máquina.16

Bibliografía• “Geosintéticos. Desde la fabricación a su aplicación en obra”. LEMaC Centro deinvestigaciones Viales – CIT INTI Centro de Investigación y Desarrollo Textil. Año2003.• Esquema de Norma IRAM 78012 “Ensayo de Tracción en probetas anchas”• Programa Tesc, Guía do Usuario• Linguagem TestScript, Versao 3.517