Justificación: en el caso de los suelos expansivos, estos son susceptibles a mejoramiento ya que presentan cambios volumétricos por variaciones en su humedad. Existen distintos tipos de soluciones, las cuales muestran distintas relaciones de costoefectividad, algunos se muestran en la tabla 1-1. Tabla 1-1. Métodos de mejoramiento de suelo y sus características. En comparación con los geosintéticos convencionales (geomallas, geotextiles, etc.), algunas de las ventajas de usar fibras se pueden enumerar de la siguiente manera: 1) Las fibras discretas son simplemente adheridas y mezcladas con el suelo, como cualquier mezcla de suelo con cemento, cal o cualquier otro aditivo. 2) Las fibras distribuidas aleatoriamente limitan planos potenciales de debilitamiento que se puedan generar en dirección paralela al refuerzo convencional orientado horizontalmente. 3) La inclusión de fibras solo cambia las propiedades físicas del suelo y no tiene impacto en el ambiente. Como se mencionó los métodos de mejoramiento del terreno tienen distintas relaciones costo-efectividad, este trabajo busca un método con una buena relación costo- efectividad. 1.3. Hipótesis y objetivos. Hipótesis. El adicionar fibras sintéticas al suelo disminuirá sus cambios de volumen y mejorará su resistencia. Las fibras funcionarán como elementos a tensión a 1 través de mecanismos de interacción en su interface que mejorarán la resistencia mecánica del suelo a compresión, corte e incluso a flexión, y de la misma manera se verán disminuidos los cambios de volumen por sustitución. Objetivos. 1. Caracterizar geotécnicamente al material natural (no tratado) así como evaluar sus propiedades mecánicas. 2. Realizar ensayos de expansión unidimensional para estimar el comportamiento del composite ante cambios de humedad y compararlo al del suelo inalterado. 3. Conocer la resistencia a la compresión y tensión indirecta del composite y comparar las mejoras en comparación al suelo en estado natural. 2.3.1. Tipos de fibras utilizadas en la literatura. Fibras naturales y fibras sintéticas. De las fibras naturales que han sido utilizadas para el refuerzo del suelo o en el desarrollo de investigaciónes se encuentran las fibras de coco, sisal, palma, yute, lino, paja y bambú (figura 2-1). Figura 2-1. Tipos de fibras naturales utilizadas para el refuerzo de materiales. Fibras de coco. La fibra de la cáscara del coco es la que se utiliza. Normalmente las fibras van de los 50 a los 350 mm de longitud y con un diámetro entre 0.1 y 0.6 mm, están compuestas de lignina, tanino, celulosa, pectina y otras sustancias solubles al 2 agua. Dado su alto contenido en lignina son menos degradables que otras fibras, llegando a ser utilizadas en varios sistemas de taludes reforzados con terminado vegetal. Tienen una gran capacidad para absorber agua y han mostrado ser eficaces para disminuir la tendencia expansiva de los suelos (Hejazi et al., 2012) tiene menor absorción de agua en comparación con la fibra de coco. Fibras de sisal. Usada como refuerzo para las hojas de tableros de yeso (como Tablaroca®), con un diámetro que varía de 0.06 a 0.4 mm, mientras el largo varía ya que depende del tamaño de la hoja de donde es obtenida. Al ser adherida al suelo, mejora la ductilidad del composite así como incrementa en menor medida su resistencia a la compresión así como su resistencia al cortante (Ghavami et al., 1999). Fibras de palma. Las fibras de palma suelen ser ligeras y resisten al deterioro por lo que son duraderas. Se han reportado mejoras significativas en los parámetros de resistencia al esfuerzo cortante (cohesión y ángulo de fricción), mediante una trabazón entre las fibras de palma y las partículas del suelo. Fibras de yute. El yute crece de manera abundante en países como China, India, Bangladesh y Tailandia. El jute es actualmente utilizado para producir geotextiles porosos para aplicaciones en filtración, drenaje y estabilización de suelos. La investigación ha demostrado que al adherir yute al suelo reduce el peso volumétrico seco máximo mientras que aumenta el contenido de humedad óptima (Aggarwal y Sharma, 2010). Fibras de lino. El lino es una de las fibras textiles más antiguas conocidas por el hombre, proviene de una flor azul, con longitudes de fibra en promedio de 85 mm. Como fibra ha sido adicionada para mejorar la ductilidad de composites suelo 3 cemento. Como algunas otras fibras, ha sido revestida con sustancias para tratar de mejorar su unión con las partículas de suelo (Segetin, 2007). Fibras de paja. La paja es cosechada alrededor de todo el mundo, puede ser usada para construir ladrillos reforzados para mejorar su comportamiento. Es sabido a través de la arqueología que en el antiguo Egipto la paja era utilizada en la fabricación de ladrillos y también se sabe fue utilizado a lo largo de la historia por distintas civilizaciones sin que tuvieron contacto unas con otras necesariamente. Fibras de bambú. Es una fibra con altos contenidos de celulosa, tiene una buena resistencia a la tensión pero un módulo de elasticidad bajo alrededor de los 33-40kN/mm2, con una absorción de agua menor a aquella de la fibra de coco. La fibra de bambú ha sido aplicada en el refuerzo del concreto, pero en suelos puede considerarse un campo fértil para la investigación. La industria de las fibras sintéticas es una industria ya desde hace años consolidada, que desarrolla fibras y aplicaciones para todos los distintos tipos de industria. En lo que respecta al refuerzo de los suelos, las fibras más utilizadas han sido las de polipropileno, poliéster, polietileno, nylon y de vidrio (figura 2-2). Figura 2-2. Tipos de fibras sintéticas utilizadas para el refuerzo de materiales. Fibras de polipropileno (PP fibers). 4 La tenacidad del suelo aumenta resultado de una mayor capacidad de deformación. 2000). Se ha reportado que mejoran la resistencia a la compresión no confinada y que reducen la contracción volumétrica así como la presión de expansión de las arcillas expansivas (Puppala y Musenda. Fibras de polietileno. Las fibras de vidrio mejoran la resistencia pico en arenas limosas. Fibras de vidrio. 5 . Se ha reportado que las inclusiones de fibra de poliéster pueden mejorar en arenas finas su resistencia pico y su resistencia residual. 2007).. Como se ha visto en las otras fibras. En lo que respecta a los suelos fibro reforzados son también con las que mayor investigación se ha desarrollado. esta mejora en el comportamiento esfuerzo deformación es ganada ya que las fibras desarrollan tensión (Sobhan y Mashnad. Fibras de nylon. dependiendo en gran medida de la longitud de la fibra así como de su contenido. teniéndose mejores resultados en tanto que aumenta su longitud y su contenido en porcentaje de peso seco del suelo. siendo una tendencia momentánea ya que hasta cierto punto se comienzan a obtener resultados menos favorables (Tang et al. Otras de las mejoras son el aumento de la resistencia a la compresión no confinada así como del valor CBR. 2002). La adición de fibras de polietileno al suelo mejora sus capacidades de resistencia mecánica. Dentro de las mejoras se encuentra el aumento de la energía de fractura del suelo. también sirven para mejorar su resistencia al fuego. incrementan el esfuerzo desviador y reducen la fragilidad en el composite teniendo un comportamiento más dúctil. Fibras de poliéster.Las fibras de polipropileno son ampliamente usadas para el refuerzo del concreto a edades tempranas para evitar el migro agrietamiento causado por el fraguado. las fibras de vidrio también mejoran la resistencia a la compresión no confinada. generalmente se enfocó en un principio en el estudio combinadas con suelos granulares o no cohesivos como arenas y limos. 8%. Encontraron incrementos sustanciales en la resistencia a la compresión no confinada del suelo con el 10% de arena y con la fibra para 6mm-2% y 12mm-1%. (2009) realizaron un estudio para evaluar la factibilidad del uso de fibras en un suelo expansivo para reducir su potencial expansivo a través de pruebas de expansión-consolidación unidimensional. La investigación de suelos fibro reforzados es algo relativamente nuevo. utilizando las mismas dosificaciones que para el análisis de las probetas a compresión no confinada. Analizaron el comportamiento expansivo suelos no reforzados y lo compararon con el de suelos reforzados con fibras polipropileno. de los datos de compactación no encontraron cambio significativo ni en el contenido óptimo de humedad ni en el peso específico seco máximo.En lo que respecta a las fibras de nylon. estudiaron el efecto de la sustitución de la arcilla por arena. se pueden citar los siguientes trabajos investigación: Kumar et al.3. El diseño 6 . Investigaciones sobre el uso de fibras. Los autores utilizaron fibras de polyester (planas y rizadas) para reforzar suelos finos.2. 4%.5-2%. en el incremento de la resistencia a compresión no confinada. Viswanadham et al. Encontraron el mejor comportamiento mecánico con la sustitución de arena al 10%. Posteriormente con este porcentaje de arena. (2006) enfocaron su estudio en el análisis del efecto de la adhesión de fibras y arena en la resistencia del suelo a la compresión no confinada. Para esto utilizaron porcentajes de 2%. utilizando longitudes de 3-6-12 mm y dosificaciones de 0-0. 2004). primero. Evaluaron el efecto de la sustitución de las fibras en la compactación Proctor. pasaron a la sustitución de la fibra. 6%. 10% y 12% en sustitución de peso seco de la arcilla. 2.5-1-1. De las pruebas en el consolidómetro se determinó la expansión libre y el potencial de expansión del suelo. mezclas de las mismas con fibras de yute han mostrado mejoras de hasta el 50% en el valor de CBR comparado con el suelo no reforzado (Gosavi y Patil. etc.5%. Midieron la resistencia al corte en la interface de un suelo fibro reforzado con fibras de polipropileno y adicionado con cemento portland. se adhirió el contenido de cemento el cual variaron en 0. la inclusión del cemento y el tiempo de curado en las propiedades mecánicas de la interface suelo-fibra así como su respuesta a la extracción. (2010) realizaron un estudio donde llevaron a cabo una serie de pruebas de extracción únicamente a una fibra utilizando un aparato modificado. micrómetros. posteriormente. Obtuvieron los parámetros de resistencia pico en la interface IPS (del inglés Interfacial Peak Strenght) y el de resistencia residual en la interface IRS (del inglés Interfacial Residual Strenght).25% y 0. Prepararon especímenes cúbicos de 5x5x5 mm. El método de ensaye consistió en la modificación de un aparato micro penetrómetro SMP-1 al cual se le adicionaron una báscula. el peso específico seco. para los cuales primero compactaron estáticamente el material necesario para llenar la primera mitad del molde. Los cuales se definen como la carga máxima resistente de la fibra dividida por el área de contacto de la fibra embebida para el IPS. posteriormente colocaron la otra mitad del suelo necesaria para llenar el molde compactándola de la misma manera que la primera. El diagrama de la figura 2-3 explica a grandes rasgos el funcionamiento. 16.30 y 45 con las dosificaciones de 0. el molde contaba con dos mini aberturas en caras opuestas por las cuales pasaron una fibra de 150 mm. 3% y 6%.5%. El suelo de estudio fue una arcilla de baja compresibilidad (CL) a la cual prepararon en cuatro grupos con distintos contenidos de humedad los cuales fueron 14. y como la carga resistente de la fibra después de la falla dividida por el área de contacto de la fibra embebida para el IRS.5% y 20. 7 .5%. tomando en cuenta los efectos del contenido de agua. pesos.5% (de peso de suelo seco). Tang et al.del experimento fue variar la geometría de la fibra respecto a las relaciones de aspecto (la razón de la longitud y el diámetro) de 15. 18. concluyeron que el peso específico seco influía en ambos parámetros. De la observación de las curvas carga vs desplazamiento y de la obtención de los parámetros IPS e IRS. cabe resaltar que esta fibra es utilizada ampliamente como material de refuerzo secundario en el concreto. concluyeron que ambas resistencias disminuían con el incremento del agua. De la misma manera. (2010)). la máquina comienza a trabajar a una velocidad constante hacia abajo. En la parte superior del marco de carga se coloca bien centrada la muestra de suelo cubierta con una caja de vidrio para evitar pérdidas de humedad en el espécimen. ambos IPS e IRS aumentaban al incrementar el peso específico seco del especímen. la fibra comienza a cargar el peso mientras el micrómetro mide la deformación y la báscula la carga a la que está sometida la fibra hasta el momento de la falla. Chegenizadeh y Nikraz (2011) reforzaron un limo de baja compresibilidad con el caolín como mineral predominante con fibras macro estructurales de polipropileno.. la fibra es adherida con un pegamento especial al peso que descansa sobre la báscula. encontraron un aumento dramático en la resistencia ofrecida por la fibra ante la extracción. tiene gran aplicación en el 8 . por lo tanto ambos parámetros IPS e IRS también se vieron mejorados. En los especímenes adicionados con cemento al 6% y con tiempo de curado de 28 días.Figura 2-3. el marco de carga tiene un orificio por el cual se atraviesa la fibra. El procedimiento de prueba es sencillo. Esquema del aparato utilizado para medir la resistencia a la extracción de una fibra embebida en el suelo (tomada de Tang et al. esta investigación es la única donde se pudo encontrar la utilización de fibras del tipo macro estructural. Realizaron pruebas a la compresión no confinada en probetas remoldeadas de suelo con y sin refuerzo de 38 mm de diámetro y 76 mm de altura.75% y 1% las cuales fueron las mayores obtenidas. 0. Utilizaron los siguientes incrementos de sustitución en cuanto a peso seco del suelo para la dosificación de la fibra. Es por eso que Senol (2012) propone a la industria de la construcción como un potencial consumidor de estos residuos. la rigidez inicial del suelo (la tangente del módulo de las curva esfuerzo.deformación). De acuerdo a los autores.75% y 1%. 0. Las cenizas volantes son de los residuos generados con mayor volumen en la industria. al corte directo así como del valor CBR. De la observación de las gráficas de esfuerzo 9 . La quema de carbón para la generación de energía produce mundialmente millones de toneladas de cenizas volantes.5%. Se utilizaron fibras con longitudes de 10-20.colado de losas de piso en naves industriales así como en la ingeniería de taludes y túneles como refuerzo del concreto lanzado.5%. aparentemente no se vio afectada por la adición de la fibra. en cuanto a su mezclado con el suelo. Zaimoglu y Yetimoglu (2012) experimentaron con un limo de alta compresibilidad (MH) la cual reforzaron con fibras de polipropileno. Realizaron ensayos de compresión no confinada. 0. Los especímenes fibro reforzados exhibieron una pequeña pérdida de resistencia post pico. De estas pruebas obtuvieron comportamientos y resistencias semejantes para las dosificaciones de 0.30mm a 0.25%. Sin embargo. Para esto investigó la factibilidad de la estabilización de suelos mediante la adición de cenizas y fibras sintéticas. El programa de pruebas consistió en el desarrollo de pruebas de resistencia a la compresión no confinada. Sin embargo. 1% y 2%. la orientación del refuerzo juega un papel importante en el proceso de refuerzo. cabe mencionar que también hubo un incremento en la resistencia pico. encontrando mejoras en cuanto a la resistencia compresión no confinada al aumentar el contenido de fibra y al aumentar la relación de aspecto de la misma. Mezclaron las fibras con el suelo a su contenido de humedad óptimo determinado mediante el procedimiento de compactación Proctor estándar. 20% y 30% de sustitución. después de este contenido los resultados indicaron que el incremento en el valor era pequeño. los mecanismos de funcionamiento del suelo fibro-reforzado son materia de discusión y estudio. (2013) estudiaron el efecto de las fibras de palma en cuanto a compresibilidad y resistencia al esfuerzo cortante. Estabragh et al. Por el otro lado. Se puede decir que las fibras discretas distribuidas aleatoriamente actúan como una red espacial tridimensional que entrelaza los granos del suelo. el ángulo de fricción por corte directo no mostró cambios significativos al incrementar el porcentaje de sustitución. el suelo con el 0. Interacción del suelo y el refuerzo. En el concepto tradicional del suelo reforzado (inclusiones planares). En este capítulo se 10 . lo cual puede ser atribuido al hecho que las inclusiones de fibra no tienen efecto apreciable en la micro estructura del suelo. De los resultados de las pruebas de corte directo concluyeron que la intercepción de la cohesión para muestras de suelos fibro reforzados aumentaba al incrementar el contenido de fibra hasta valores del 0. Por lo tanto la cohesión del suelo se ve mejorada.75% en comparación al suelo no reforzado. ayudando a los granos a formar una matriz unitaria coherente que restringe los desplazamientos. los mecanismos de interacción entre el suelo y la inclusión han sido estudiados ampliamente. 2. los autores sugieren que la adición de las fibras cambia el comportamiento frágil de los suelos a uno más dúctil. tanto para las pruebas de compresión no confinada como para las de corte directo. Sin embargo.75%. De las prueba del CBR encontraron un aumento considerable en el suelo reforzado con un porcentaje de 0. y hasta el momento no se ha llegado a un consenso general. Encontraron un aumento considerable en el ángulo de fricción que fue de 27% a 36% en términos de esfuerzos totales.4.deformación. Comentan que para suelos finos es recomendable utilizar fibras con longitudes pequeñas y proponen el uso del método del lodo líquido para homogenizar bien la mezcla. usaron fibras de 2mm a 10%.75% mejoró en un 80% el valor del CBR. formando de esta manera una fuerte base teórica que sustenta el éxito y la vasta aplicación del concepto. Ejemplos de ese tipo de refuerzo son las barras de metal. La resistencia pasiva ocurre mediante el desarrollo de esfuerzos en las secciones transversales del refuerzo normales a la dirección del movimiento 11 .mencionan algunas hipótesis propuestas por algunos autores acerca del funcionamiento de estos materiales.4. Las propiedades de resistencia a la tensión mejoradas son el resultado de la interacción entre el suelo y el refuerzo. La masa de suelo reforzado es de alguna manera análoga al concreto reforzado ya que las propiedades mecánicas de la masa se mejoran por refuerzos paralelos a la dirección principal de deformación para compensar la falta de resistencia a la tensión del suelo. Figura 2-4. Los esfuerzos se transfieren al refuerzo por fricción o por resistencia pasiva dependiendo de la geometría del refuerzo. La fricción se desarrolla en lugares donde hay desplazamientos relativos de cortante y corresponden al esfuerzo cortante entre el suelo y la superficie del refuerzo. Mecanismo de transferencia de esfuerzos por fricción. Los elementos de refuerzo donde la fricción es importante deben estar alineados con la dirección relativa de desplazamiento. El material composite tiene las siguientes características (Elias et al. 2. El refuerzo se distribuye a través de toda la masa de suelo con un grado de regularidad y no debe ser solamente local. geotextiles y geomallas (figura 2-4).. Mecanismos de interacción suelo-refuerzo tradicional.1. 2001): La transferencia de esfuerzos entre el suelo y el refuerzo sucede de manera continua a lo largo del refuerzo. 12 . etc. La resistencia pasiva es generalmente considerada ser el mecanismo de interacción primario en geomallas rígidas.2. cohesión y rigidez. La contribución de cada mecanismo de transferencia para un refuerzo en particular dependerá de la rugosidad de la superficie (fricción en la piel). Los esfuerzos de tensión también se desarrollan en refuerzos flexibles que cruzan planos de corte. y características de elongación del refuerzo. dimensión de las aberturas de la malla. espesor de los miembros transversales. los esfuerzos se transfieren del suelo al refuerzo. Estos esfuerzos son soportados por el refuerzo de dos maneras: en tensión o corte y flexión. La función principal del refuerzo es restringir las deformaciones del suelo. contenido de agua. densidad. Mecanismo de interacción suelo-fibra. La tensión es el modo de acción más común para restringir las deformaciones en el suelo. forma de la partícula. distribución del tamaño de grano. Las crestas transversales en las tiras de metal o en las geomallas triaxiales también proporcionan resistencia pasiva (figura 2-5). Al hacerlo. Figura 2-5. Mecanismo de transferencia de esfuerzos por resistencia pasiva. esfuerzo normal efectivo. 2. Los elementos de refuerzo transversales que tienen cierta rigidez. Igualmente importante para el desarrollo de la interacción son las características del suelo.4. pueden soportar esfuerzos cortantes y momentos flexionantes. malla electro soldada.relativo del refuerzo. incluyendo tamaño del grano. Todos los elementos de refuerzo longitudinales (elementos de refuerzo alineados en la dirección de la extensión del suelo) son generalmente sometidos a altos esfuerzos de tensión. sobre el dominio de esfuerzos pequeños el comportamiento del composite es solamente gobernado por la matriz de suelo. Mecanismo de extracción. Dependencia del nivel de deformación. y la extracción completa de la fibra ocurre. en otras palabras. por lo tanto el mecanismo de interacción arena-fibra es dependiente del nivel de deformación. a pesar de que la unión entre las fibras y la arena está totalmente activa. Diambra et al. (2013) estudiaron a fondo el efecto de las fibras en las arenas al realizar ensayos triaxiales de compresión y extensión ante variados esfuerzos confinantes y a distintos contenidos de fibra. lo que sugiere que. Con base en sus resultados mencionan lo que consideran los aspectos más importantes a tener en cuenta en el análisis de los mecanismos de funcionamiento de los suelos fibrorreforzados: Contenido de fibra. Efecto de unión. la unión entre las fibras y la arena se puede perder. Para condiciones de compresión triaxial. el incremento de resistencia movilizada inducida por la adición de fibras es notable y altamente dependiente del contenido de fibras. 13 . Lo que sugiere que a altas deformaciones. En las pruebas triaxiales que realizaron a extensión hubo una mejora despreciable lo que demostró que los planos preferenciales horizontales de las fibras inducidos por la técnica de compactación mediante apisonado puede ser considerada responsable por esta respuesta con cierto grado de anisotropía. Orientación de la fibra. El comportamiento a compresión de un suelo reforzado diverge del no reforzado conforme la prueba continua. La observación de los especímenes ensayados no muestra visiblemente algún signo de deformación plástica en las fibras. La rigidez inicial del suelo composite no está influenciada por la presencia de fibras. La observación de los especímenes ensayados no muestra signos de rompimiento o de deformación plástica en las fibras.El mecanismo de interacción entre el suelo y la fibra es similar en algunos aspectos al mecanismo de interacción del concepto tradicional de suelo reforzado. algún deslizamiento relativo parcial puede estar ocurriendo. ocurren desplazamientos relativos parciales entre las fibras y los granos de arena. Análisis de la interface suelo-fibra. 2. Diambra et al. Así. • La orientación de las fibras debe ser considerada. los muros de retención y especialmente los sistemas de suelo reforzado 14 . • Las fibras se consideran mono-dimensionales.05. se puede esperar que la pronunciada contribución a tensión de las fibras proporcione un confinamiento de la matriz mejorado y por lo tanto una mayor respuesta a contracción. elementos elásticos con solo resistencia a la tensión que se moviliza por las deformaciones por tensión que se desarrollan en el suelo reforzado.3. Asimismo. • La presencia de las fibras afecta la aglomeración de la matriz de arena. En el plano de deformaciones volumétricas. el comportamiento de contracción de los especímenes no reforzados se vuelve más dilatado cuando las fibras son adheridas para ambas condiciones de contracción y extensión. La interface entre los materiales de construcción y el suelo juegan un papel importante en muchos sistemas geotécnicos incluyendo las cimentaciones con pilas.4.Efecto volumétrico. De la misma manera. y este cambio en la densidad puede explicar solo parcialmente la dilatación incrementada observada en el composite. El decremento en relación de vacíos debido a la adición de fibras es típicamente menor a 0. (2012) proponen las siguientes hipótesis para estimar la contribución de las fibras al suelo: • Las fibras están distribuidas homogéneamente a través de la matriz de arena. discretas (no continuas). El estado de esfuerzo y deformación del material composite se derivan de un procedimiento de promedio volumétrico del estado de esfuerzo deformación de ambos constituyentes. • Durante la carga. • Las fibras pueden ser extraídas de la matriz de arena. un efecto adicional en el mecanismo de interacción arena-fibra debe ser considerado para explicar el incremento en la dilatación. la fricción en la interface depende en gran manera de la resistencia de las partículas de suelo. después de la compactación. 15 . También se puede mencionar que se puede desarrollar succión mátrica debido a la capilaridad entre el agua. Entre más estén empacadas y trabadas las fibras con el suelo. Imagen SEM de Tang et al. lo que daría un incremento al esfuerzo efectivo en la interface suelo fibra (figura 2-7). Figura 2-6.Tang et al. algunas partículas se quedan adheridas a la misma como se aprecia en la figura 2-6b. Después de que la fibra es sometida a la prueba de extracción. se tendrá una mayor resistencia en la interface al cortante. (2010): a) Después de compactación. así como la penetración de las mismas sobre la fibra pueden incrementar la resistencia a la extracción de las fibras. las partículas de suelo y la superficie de la fibra. (2010) utilizaron el microscopio electrónico de barrido o SEM (Scanning Electron Microscope) a probetas de suelo fibro reforzado (figura 2-6). Por lo tanto. b) Después de prueba de extracción. La resistencia a la rotación de las partículas. Como se observa en la figura 2-6a. cuando ocurre el corte. la fibra es envuelta y trabada por partículas de suelo. Esto indica que la estructura de la interface es perturbada e incluso rota durante el proceso de corte. hay dos pruebas mecánicas principales que han sido desarrolladas para evaluar las propiedades de la interface: la prueba de corte directo y la prueba de la extracción (del inglés pull out). Sin embargo. De manera análoga. Lopes y Ladeira (1996) indicaron que cualquier incremento en el esfuerzo confinante. Diagrama esquemático de la interface suelo fibra.Figura 2-7.5. Comparada con la Resistencia al corte o a compresión. Generalmente. básicamente la resistencia a tensión del suelo siempre es asumida como cero en la práctica de la ingeniería geotécnica dado su valor bajo. 2010). 16 . facilitando la extracción de la misma y por consiguiente. También influyen la longitud embebida y el esfuerzo vertical efectivo en el comportamiento a la extracción. 2. es difícil medir precisamente la resistencia a tensión del suelo debido a la falta de técnicas de laboratorio satisfactorias. cuando se trata de analizar la estabilidad interna y las interacciones de interface. el peso específico seco o la taza de desplazamiento incrementaban la resistencia a la extracción de una geomalla.. reduciendo la resistencia mecánica del compuesto. la prueba de la extracción parece ser la más apropiada (Tang et al. El aumento en el contenido de agua significaría un decremento en la succión mátrica así como podría jugar un papel importante como una capa lubricante en la interface que facilite la rotación de la las partículas con la fibra. De hecho. Posibles aplicaciones del concepto. GENERALIDADES Las fibras pueden ser de origen natural o de origen artificial. La mayor aplicabilidad del compuesto puede ser en terraplenes.. así como otras características diferenciadas tanto físicas como químicas.-.-. tales como barreras impermeables en los rellenos sanitarios y en corazones impermeables en bordos y presas.-. sub bases y en problemas de estabilidad de taludes.-----------------PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS FIBRAS I-1. de la misma manera.-. En cuanto a fibras sintéticas.--. todos los años salen nuevas fibras.-. I-2.-. o nuevas familias de polímeros o nuevos tratamientos o modificaciones. sub rasantes. los suelos finos que son excavados para deshecho pueden ser reutilizados como material de relleno en algunas estructuras.. Estas fibras son: Poliacrilonitrilo PAN (estándar y alta tenacidad) Poliamidas (Varios tipos de poliamida) Poliéster PES (estándar y alta tenacidad) Polietileno PE (Varios tipos) Polipropileno PP (atáctico.CARACTERÍSTICAS DE LAS FIBRAS a. además. isotáctico: estándar o alta tenacidad) Todas ellas. Propiedades mecánicas y características físicas 17 . .-. dado que la investigación no cesa. por lo que la lista que se encuentra en este artículo se debe considerar como orientativa a día de hoy y naturalmente variará en el futuro.Los suelos finos son aplicados en distintas estructuras térreas. pueden tener tratamientos antibacterias y antimoho. Cabe mencionar también que. cuanto menos alargamiento mejor. Tenacidad (N/tex). con lo cual la superficie específica será superior en este segundo caso y por tanto mayor el rozamiento con otros materiales. Para una misma tenacidad. Diámetro (µm). mayor será la superficie de fibra para un mismo peso dado.000 m lineales de fibra o filamento. Es la fuerza de rotura en relación con la sección en un ensayo de compresión. 18 . Cuanto menor sea. Debido a las características de cada polímero y a la forma de obtención de las fibras y los dispositivos empleados. a mayor módulo de elasticidad (N/tex). Módulo de cizallamiento. la superficie puede ser lisa o rugosa. o lo que es lo mismo. mejor es la fibra para refuerzo. También en función del polímero y de su forma de obtención. Densidad o peso específico de la fibra (g/cm3). Alargamiento (%). Resistencia a la compresión. Forma. las fibras pueden tener diferentes formas: Cilíndricas Arriñonadas Otras formas Superficie (mm2/m). Es el módulo de elasticidad medido en un ensayo de torsión. Deben tener una tenacidad suficiente y siempre mayor que el esfuerzo que deben soportar. Peso en gramos de 10. Título (dtex). Cuanto menor sea el diámetro mayor será la superficie específica para un mismo peso. hoy en día ya se están fabricando para diferentes ramos de la ingeniería. Rizado (ondas/cm y amplitud de las ondas). se debe remitir la selección es el coste final de la fibra en la proporción adecuada para cumplir con unas especificaciones o expectativas dadas. Resistencia a la compresión. Resistencia a los ácidos Resistencia a los álcalis Resistencia a los disolventes Resistencia a los rayos UV y a la intemperie Resistencia a los microorganismos Tasa de humedad Biodegradabilidad I-3. Las fibras sin rizado no “enlazan” entre ellas. la superficie puede ser lisa o rugosa. si bien en un principio fueron concebidas para ser empleadas en la industria textil. Las fibras con rizado pueden quedar retenidas unas con otras. b. con lo cual la superficie específica será superior en este segundo caso y por tanto mayor el rozamiento con otros materiales. Módulo de cizallamiento. Propiedades químicas y medioambientales. Rizado (ondas/cm y amplitud de las ondas). Las fibras con rizado pueden quedar retenidas unas con otras. También en función del polímero y de su forma de obtención.ELECCIÓN DE LAS FIBRAS ADECUADAS PARA CADA APLICACIÓN Se encuentran en el mercado una variedad enorme de fibras de diferentes características que. Es la fuerza de rotura en relación con la sección en un ensayo de compresión. Las fibras sin rizado no “enlazan” entre ellas. al final.. Superficie (mm2/m). 19 . Es el módulo de elasticidad medido en un ensayo de torsión. El factor o característica dominante a la que. tiene que tener una buena superficie específica y una tenacidad suficiente. Generalmente. se usarán fibras naturales animales o vegetales o sintéticas con diferentes componentes químicos que hagan descomponer a la fibra a lo largo de un cierto tiempo. facilidad en encontrar cantidades suficientes en el mercado y precios o costes asequibles. de hormigones. productos oxidantes. se eligirá una fibra de pequeño diámetro y a ser posible de sección no circular y rugosa para ofrecer una mayor superficie por unidad de peso. Todas estas premisas o pre-elecciones de fibras deben estar contrastadas por su coste y su facilidad de obtención en el mercado. o dicho de otro modo.Si lo que se quiere es que la superficie específica de la fibra sea elevada. tener un módulo adecuado. especialmente en lo que se refiere a su tenacidad. fabricación de Geotextiles. ácidos o álcalis. ya sea por sí solas o en contacto con ciertas sustancias o con ciertos medios. 20 . pues su misión ofrecer resistencia al deslizamiento. asfaltos.. las fibras reprocesadas o regeneradas (que son las fibras que se vuelven a procesar después de haber sufrido uno o más procesos de fabricación) se encuentran en el mercado a precios inferiores a los de las fibras vírgenes. cemento o asfalto. haberlas pigmentado y no haber logrado el color deseado) no son aptas para lo que fueron fabricadas. por su proceso de obtención (por ejemplo. pero siguen siendo vírgenes para otras funciones: refuerzo de tierras. En el caso de seleccionar una fibra para que sujete o arme tierras. además de la compatibilidad o resistencia a los diferentes agentes que pueden atacarla o perjudicarla. Como se ha dicho. etc. se deberá revisar su comportamiento frente a estas sustancias. etc. pero suelen tener mermadas alguna de sus características. Si estas fibras deben estar en contacto con microorganismos. existen unas fibras que. Si lo que se pretende es que sea biodegradable. las fibras sintéticas de mayor producción en el mercado.14 0.50 13-40 Circular +++ ++ +++ +++ Polietileno PE 0. I-4. las más utilizadas y también las de menor coste (posiblemente por ser las que se producen a mayor escala) son PAN.38 0. es decir. se muestra a continuación la siguiente Tabla con las características representativas de estas fibras para estos usos: Fibra p. a mayor rozamiento mayor será la tenacidad necesaria para que las fibras no se rompan ni que el material se disgregue.4 20-25 Circular ++++ ++++ + ++++ ++++ +++ *Nota: Las mismas fibras en alta tenacidad (HT ó AT) aumentan su tenacidad un 70-80 %.5 18-30 Circular ++++ ++++ ++ ++++ Polipropileno PP 0.44 15-42 Circular + +++ + ++ Poliéster PES 1. se deben elegir las fibras en función de sus características técnicas y también en función de su facilidad de servicio y su coste. 21 . Por todo ello.Rot Forma Resistencia a N/tex % Secc.Cuando se dice que una tenacidad o módulo de elasticidad es adecuada.12 0.6 PA66 1. PE.4-0. si es que no se han degradado mucho al procesarlas una o más veces.. lo que se quiere decir es que las fibras deben ser más tenaces que los materiales que deben armar.4-0. suelen tener la tenacidad suficiente para la mayoría de aplicaciones. Sus precios no varían mucho de unas a otras.37-0.4 17-45 Riñón +++ ++ Poliamida 6 PA6 1.17 0.6. PA 6. PES. Hoy por hoy. PP. No es necesario que sean mucho más tenaces. ya que sólo se aprovecha la tenacidad compatible con el rozamiento.91 0. PA 6.95 0.FIBRAS PARA EL REFUERZO DE TIERRAS Como se ha visto en el apartado anterior.2-0. Ácidos Álcalis SIM g/cm Microorg.e. incluso las fibras reprocesadas. La gran mayoría de fibras sintéticas tiene suficiente tenacidad para cumplir con los requisitos necesarios para su uso en refuerzo. 3 Tenac* A. ++ UV +++ + ++ Poliacrilonitrilo PAN 1. son fáciles de encontrar en el mercado en grandes cantidades y se pueden conseguir también reprocesadas.57 18-30 Circular ++ Poliamida 6. PE y PES no tienen tantas posibilidades. las fibras PE y PP no se fabrican a menos de 3 dtex mientras que las demás se fabrican normalmente hasta 1. lo cual requiere ciertos cuidados cuando hay que colocarlas con viento. o de ambas.000 29 145. en teoría.000 21 200.6 dtex Φ Superfi Φ Superfi Φ Superfi µm m2/Kg µm m2/Kg µm m2/Kg Poliacrilonitrilo PAN 12 300.5 dtex.000 20 176. de unas o de otras. fabricarse a diámetros muy pequeños. En cuanto a la longitud de las fibras se puede admitir que fibras cortas y largas sirven para refuerzo y que las muy cortas sólo para refuerzo. 22 .000 30 146. las fibras como el polipropileno son mucho más “volátiles” que las demás.000 27 131.000 Poliamida 6. En principio. desde el punto de vista de “manejabilidad” o práctica de uso. dependerá de las funciones que queramos que realicen. en la práctica resulta que.000 20 177.000 17 170.Desde el punto de vista de la fabricación. pero para hallar una relación entre diámetro y superficie específica.000 Como puede observarse.000 25 116. por ejemplo. se muestra la siguiente tabla: Fibra 1.000 Poliéster PES 11 260. pues.000 Polietileno PE 14 300.65 dtex SIM 3. todas ellas deben ser válidas para el refuerzo de suelos.000 Poliamida 6 PA6 13 290.00 27 131.3 dtex 6. Otra cosa a contemplar puede ser la posible compatibilidad / incompatibilidad de las fibras con el medio a reforzar por el hecho de que algunas (PAN) son susceptibles de hacer ciertas uniones físico-químicas mientras que otras como el PP. realmente. aunque todas ellas pueden.000 Polipropileno PP 15 290. También.000 22 199. la diferencia está más en el diámetro o finura que en la clase de polímero. El uso.000 19 200.000 26 150.6 PA66 13 270. la superficie específica es muy similar de una fibra a otra y. mientras que las largas pueden ejercer también funciones de retención o filtro. Por orden creciente de precios las fibras usadas. Así.CONCLUSIONES Y COMENTARIOS (PARTE I) 23 . ni al contrario. Una fibra mala conductora se electriza más fácilmente.También se puede “fabricar in situ” una especie de Geotextil: bastará esparcir por la superficie del suelo una capa de fibras que pueden ser cortas si sólo tenemos que reforzar el terreno o cortas y largas o sólo largas si además queremos que hagan funciones de filtro (o hasta drenaje y protección). las fibras que mejor se reparten son las de PAN. no se puede armar un árido fino de 2 mm con una fibra de 100 mm puesto que lo más fácil es que se apelmace y que se hagan “pelotas” de fibra. Las fibras se apelmazan y forman grumos o pelotas. 80mm. A ello ayuda el que la fibra sea mejor o peor conductora de electricidad. 60mm. así como sus correspondientes fibras reprocesadas. Al tratar este tema hemos entrado también en la capacidad de dispersión y repartido de la fibra en el suelo. son: PP PES PAN PE PA Para elegir la longitud de las fibras para “armado”.. Para repartir en la tierra. I-5. 110mm. seguidas de las de PES y las de PP. si bien. Deben tener un tratamiento superficial para que se dispersen bien. A continuación podemos poner la siguiente capa o tongada de tierra. Las longitudes “estándar” que se encuentran en el mercado son 25mm. deberemos tener en cuenta la granulometría del suelo. una fibra de 4 mm de longitud no puede “armar” áridos de más de 50 mm de diámetro. pueden conseguirse longitudes menores y mayores para casos especiales. por ejemplo. siendo una alternativa a la solución de retaluzar con menos pendiente. 6. De forma general parece que las aplicaciones se centran en inestabilidades superficiales. 9. minimizando la infiltración del agua. La geometría de la 24 . Las fibras cortas refuerzan. 1. al conseguirse una mejora de la resistencia al corte. El rizado de las fibras ayuda a que éstas se “líen” unas con otras y se acentúe su acción de filtro. sección no redonda. El procedimiento de reparación exige una excavación del material inestabilizado por debajo de la superficie de rotura. longitudes. 2. Los efectos de refuerzo para tierras los producen más las fibras de mayor superficie específica (más finas. Existen diferentes fibras que pueden ser utilizadas en el refuerzo de suelos. (A mayor superficie específica. 4. pero no hacen una función marcada de filtro o retención. por lo que pueden determinarse estos valores a priori y relacionarlos con los ensayos de tierras “cargadas” con fibra.. tenacidades. mejorándose. además. se considera que. Las fibras largas pueden hacer también la función de filtro (efecto de retención de finos). 7. Existe una relación directa entre la superficie específica de cada fibra y su capacidad de refuerzo. 8. incluidas como bibliografía. las de poliéster y las de polipropileno. el comportamiento frente a la erosión de los taludes tratados. No todas las fibras producen los mismos efectos de refuerzo.A partir de los datos de los apartados anteriores y del análisis de las publicaciones revisadas. que pueden alcanzar algunos metros. 3. Las características intrínsecas de cada fibra son las que pueden determinar su mejor o peor comportamiento. pero son más difíciles de mezclar y conseguir una mezcla uniforme. mayor refuerzo) 5. entre otras. etc. pueden hacerse las siguientes apreciaciones con relación a las fibras. Existen aparatos de laboratorio y normas para ensayos de medida de finuras. Las más comunes para usar en estos momentos son las acrílicas poliacrilonitrilo. superficie rugosa). --.-. Las dosificaciones se realizan en función del peso seco del material.-.-. siendo preferible el uso de compactadores de pata de cabra. el material se extiende y compacta con medios convencionales. No obstante. y de difícil justificación.--. Una vez realizada la mezcla del suelo con las fibras. densidades del orden del 95 % del Proctor Normal. El control de la dosificación se puede hacer en función de las bolsas de fibras necesarias por capa para una correcta dosificación.4 %.-.-.-. en determinados casos. una vez mezclado con las fibras. pareciendo que en el caso de la cohesión la mejora se puede asociar con un aumento de la cohesión aparente por efecto de las fibras.-.-. pudiendo estar en el orden del 0. con espesores de tongada limitados por la longitud de los dientes. cuya cuantificación en ensayos puede llegar a ser importante.2-0.-.-.--.--.-. En este sentido. cabe indicar que las mejoras de resistencia que se consiguen son altas. El mezclado de las fibras con el suelo se realiza con máquinas del tipo “mezcladoras a rotación o gradas rotatorias (rotary mixer..-. en cuanto a los ángulos de rozamiento los valores que se obtienen. De forma general. parecen excesivamente altos (hasta 54º). La longitud de las fibras a utilizar está asociada con la granulometría del material a tratar.-.-. Los ensayos realizados son en general triaxiales.-.-. roto-till pulverizer)”. 25 .-.-.--. aunque los artículos no recogen criterios con relación a este parámetro.-. 11. aunque en algún caso también se habla de ensayos de corte directo. .--.--.excavación (mediante bermas horizontales y retaluzado) debe facilitar la posterior colocación del material.-. que puede ser el mismo o bien de préstamo según los casos. 14. parece que los materiales más usados en las fibras para refuerzo de suelo son el polipropileno y el poliéster.-.-. 12.--.-. parece recomendable alcanzar. 15.-. La mejora que se obtiene se asocia a un aumento de la resistencia al corte.-.-.-.-. salvo criterios específicos de la obra. 13.-.-. 10.-.-.-.-. que deben especificarse en proyecto. forma y rugosidad de partículas. 2006. 1 se muestran fibras de polipropileno usadas en el estudio realizado por Tang et al. 2009). 2006. rugosidad. Entre las principales se pueden citar (Gray y Ohashi. 2003. En la Fig. 1: Fibras de polipropileno (Tang et al. longitud... Consoli et al.VARIABLES INVOLUCRADAS Numerosas variables intervienen en el comportamiento del suelo reforzado. Relación de vacíos del suelo reforzado. 2008): Características de la fibra: tipo de fibra. Jadhao y Nagarnaik. 2006. Ibraim y Fourmont. 2008). Fig. Michalowski y Cermak.. Orientación de las fibras. Cantidad de fibras. TIPOS DE FIBRAS Las fibras más frecuentemente utilizadas son las de polipropileno (Consoli et al.. Zhang et al. 2007. contenido de humedad. 2003) y alcohol de polivinilo (Park. Ibraim y Fourmont. Método de compactación del suelo reforzado. Jadhao y Nagarnaik. tamaño. 2003. 2007). 1983. entre otros. Tang et al. 1998. Características del suelo: distribución granulométrica. También se utilizan fibras de monofilamento de poliamida (Michalowski y Cermak. 26 . forma. relación de aspecto (longitud – diámetro).. (2007). Fibras Naturales El refuerzo de suelos mediante fibras naturales constituye una técnica de mejoramiento de suelos ecológicamente amigable y de muy bajo costo. 2008).. 2). 2002). A modo de ejemplo se pueden citar los trabajos de Prabakar y Sridharb (2002) donde se emplearon fibras de sisal. Akbulut et al. 2006. lo que sumado a la biodegradación. (2008) que utilizaron fibras de palmera (ver Fig. y Khattak y Alrashidi (2006) donde se emplearon fibras de celulosa procesada. polietileno de alta densidad (Sobhan y Mashnad. limitan su uso a estructuras provisorias y de bajo riesgo frente a una eventual falla por degradación.25% y el 3% respecto al peso de suelo seco. 2: Fibras de palmera (Marandi et al.. Con respecto a la cantidad de tirillas de PET en el suelo.Existen además numerosos materiales sintéticos provenientes de la reutilización de desechos. 2002) y fibras de gomas de neumático (Hataf y Rahimi. las publicaciones existentes utilizan un porcentaje que varía entre el 0.. tales como fibras de polietileno tereftalato PET (Consoli et al. Sivakumar Babu y Vasudevan (2008) quienes emplearon fibras de coco. 27 . Fig. Sin embargo. Marandi et al. este tipo de fibras se caracterizan por una baja resistencia química y a la corrosión. 2007). Un estudio experimental desarrollado por los autores en una arena aluvial reforzada con fibras de polipropileno. 1998. (2010) utilizaron fibras naturales provenientes de la cáscara de frutas de palma recubiertas con termoplástico ABS. Así. 2003). demostró que el incremento en la resistencia al corte se reduce. 2006). Respecto al efecto que la inclusión de fibras ejerce en el módulo de deformación de suelos granulares. Se concluyó que las fibras naturales recubiertas contribuyen a incrementar la resistencia al corte del suelo reforzado de manera más significativa que las fibras sin recubrir. Estos autores estudiaron el efecto que fibras sintéticas de polipropileno y polietileno tienen en el comportamiento de un suelo arcilloso. Diambra et al. observaron una caída en el módulo secante.5% en peso se produce una caída en la rigidez inicial. aumentan con el contenido de fibras en el suelo. el aumento principal se da en el ángulo de fricción interno. existe poco acuerdo entre las investigaciones actuales. Consoli et al. 1986. (Clariá y Vettorelo. sino que las mismas comienzan a actuar a partir de grandes deformaciones. (2007). Ibraim y Fourmont. Suelos cohesivos Son escasos los estudios realizados sobre suelos arcillosos reforzados con fibras. (1998). Consoli et al. 2010). Se observó un 28 . esto ocurre a expensas de una mayor deformación (Michalowski y Cermak. Sin embargo. este aumento está limitado al llegar a un determinado contenido de fibras (Gray y Al-Refeai. Asimismo. para tensiones. Entre ellos vale mencionar la investigación desarrollada por Akbulut et al. otros estudios sugieren que al aumentar el porcentaje de fibras por encima del 0. Sin embargo. tanto la resistencia al corte.Ahmad et al.. COMPORTAMIENTO TENSO-DEFORMACIONAL Suelos granulares Los estudios existentes en la literatura del tema coinciden que en suelos arenosos. (2010) realizaron ensayos de extensión y compresión triaxial sobre una arena limosa reforzada con fibras de polipropileno. (2006) sobre suelos arcillosos reforzados con fibras de poliéster mostraron que la resistencia a la compresión inconfinada (compresión simple) aumenta con el contenido de fibras. y Tang et al. con la longitud de fibras de fibra seleccionada. aparecen resultados contradictorios en la literatura del tema al igual que con suelos granulares. a uno más flexible. (2010) concluyeron que la inclusión de cemento aumenta notoriamente la resistencia en la interfaz suelo – fibra. Suelos reforzados con cemento y fibras Consoli et al. Consoli et al. De esta manera. Gregory (2006) observó que. Respecto al efecto del módulo de deformación. siendo más notorio este incremento en el suelo reforzado con fibras de polipropileno. aumentando su rugosidad y cementando la zona inmediata a la misma. Estudios realizados por Kumar et al.claro aumento en los parámetros de resistencia al corte (c y Ø). En un trabajo más reciente. Al incorporar cemento a un suelo reforzado con fibras. Por su parte. Estos autores concluyeron que la adición de fibras cambia el comportamiento frágil del suelo – cemento. mientras que la adición de grandes cantidades de cemento se traduce en incrementos en la resistencia al corte residual. los productos de la hidratación del mismo se adhieren a la superficie de la fibra. las fibras son 29 . (2009b). se logran incrementos significativos en la resistencia al corte ápice del suelo reforzado con fibras. al igual que con suelos granulares. y para una cantidad de fibras constante. Por otro lado. el incremento en la resistencia al corte del suelo reforzado tiende a un límite asintótico al aumentar el contenido de fibras. quienes observaron que el módulo elástico del suelo reforzado aumenta con el contenido de fibras hasta cierto límite. Pueden citarse los trabajos de Li y Ding (2002). Tang et al. experimentaron con suelos reforzados tanto con fibras como mediante la adición de cemento Portland. observaron que mediante la adición de pequeñas cantidades de cemento. (2007) quienes reportaron que la adición de fibras produce una caída en la rigidez inicial de suelos reforzados con fibra. (1998). Esta tensión es una función del módulo elástico de la fibra. y por lo tanto el aumento de la resistencia es mayor que en el caso del suelo reforzado sólo con fibras. En el modelo se determina la tensión de corte inducida en la fibra debido a la deformación a través del plano de falla. siendo Ʈ la resistencia friccional en la interface suelo . Ø el ángulo de fricción del suelo.capaces de desarrollar tensiones de tracción mayores sin deslizar.fibra. La contribución a la resistencia al corte (ΔS) se calcula a partir de plantear equilibrio de fuerzas. y A es el área del plano de falla. el diámetro de la fibra y el espesor de la zona de corte. su resistencia a la tracción (Fig. Se asume que aumenta. el coeficiente de fricción entre fibra y suelo. llegando a la siguiente expresión para fibras con orientación perpendicular al plano de falla: 30 . (1) permite calcular la tensión T actuante en una fibra. E f el módulo de elasticidad de la fibra. df el diámetro de la fibra. 4). y z el espesor de la zona de corte. La tensión de tracción movilizada por todas las fibras está dada por: Donde Af es la sección de las fibras que atraviesan el plano de falla. La ec. Los autores propusieron un modelo mecánico basado en los resultados de una serie de ensayos de corte directo realizados en arenas reforzadas con fibras ubicadas con orientaciones preestablecidas. Modelos predictivos Uno de los primeros modelos predictivos sobre suelos reforzados con fibras fue el propuesto por Gray y Ohashi (1983). Figura 4: Fibra cruzando la zona de corte (Gray y Ohashi. 1983). 4b). a) fibra perpendicular al plano de falla. La contribución al corte debido a las fibras ΔS es luego sumada a la resistencia al corte del suelo sin reforzar.Donde θ es el ángulo de distorsión de corte (ver Fig. Esta ampliación al modelo se logró introduciendo conceptos estadísticos en el análisis. 4a). el 31 . Este ángulo se obtiene a partir del ángulo de orientación inicial de las fibras (i). Esta ecuación puede generalizarse para fibras orientadas en otro ángulo respecto al plano de falla: Siendo ψ el ángulo de las fibras deformadas respecto al plano de falla (ver Fig. El modelo considera que las fibras se encuentran completamente empotradas en el suelo fuera de la zona de corte y que no se producirá deslizamiento de las mismas. y del desplazamiento por corte (x). b) fibra oblicua respecto al plano de falla. Sin embargo. El modelo propuesto por Gray y Ohashi (1983) fue ampliado por Maher y Gray (1990) quienes lograron considerar a las fibras distribuidas con orientaciones aleatorias a través del plano de falla. Zornberg (2002) considera que las fibras actúan bajo tracción a lo largo de la superficie de falla. Se definen dos coeficientes de interacción como la relación entre las componentes de adhesión y de fricción en la interface y en el suelo: Donde c y Ø son la cohesión y el ángulo de fricción interna del suelo sin reforzar respectivamente. Combinando las ec. entre otros. la fuerza friccional en una fibra queda definida según la siguiente expresión: APLICACIONES Son numerosas las potenciales aplicaciones de suelos reforzados con fibras: estabilización de taludes.modelo propuesto por Maher y Gray (1990) sigue requiriendo como parámetro de entrada el espesor de la zona de corte. (6) y (7). refuerzos de bases de pavimentos y mejoramiento de suelos potencialmente licuables. tan δ es la componente friccional. construcción de terraplenes. el comportamiento del suelo reforzado puede describirse sin la necesidad de realizar ensayos mecánicos en el mismo. y que son posibles dos mecanismos de falla de las mismas: rotura y arrancamiento. (5).ave es la tensión normal promedio actuando en las fibras. y σn. Por su parte. Zornberg (2002) propone un modelo de suelos reforzados con fibras que requiere como parámetros de entrada las propiedades del suelo y las fibras de manera separada. Se calcula la fuerza friccional de una fibra mediante la siguiente ecuación: Donde a es la componente de adhesión. 32 . De esta forma. Gregory (2006) estudia el comportamiento de suelos reforzados con fibras en dos proyectos llevados a cabo en los Estados Unidos. se reforzó la parte superior de los taludes con fibras tal como se ilustra en la Fig. En su tesis doctoral. Texas. • Los materiales que pueden ser usados para las fibras son de muy bajo costo. fue la construcción de la autopista “President George Bush Turnpike” en Dallas. Texas. 6.El mejoramiento de suelos mediante la adición de fibras tiene las siguientes ventajas (Li. como la adición de cemento o cal. A diferencia de los geosintéticos. sin riesgo de dañar el refuerzo. El proyecto consistió en la construcción de un tramo de autopista de 6 carriles a través de una extensa área de suelos residuales. haciendo a este tipo de refuerzo altamente competitivo. la incorporación de fibras no se encuentra afectada por las condiciones climáticas. A los fines de prevenir fallas superficiales en el terraplén. Para ambos proyectos se 33 . Para el año 2003. Uno de ellos. El terraplén había sido construido en la década del 80 por el Cuerpo de Ingenieros de la Armada de Estados Unidos. El segundo proyecto consistió en la reparación de 2000 m lineales de un terraplén a lo largo del lago Joe Pool en la ciudad de Grand Prairie. • A diferencia de otros métodos de refuerzo y/o estabilización. con taludes 4:1. minimizando de esta manera la necesidad de excavaciones. El terraplén de la autopista fue construido con el suelo del lugar. 2005): • El refuerzo de fibras puede realizarse mediante el uso de equipos convencionales de construcción. las fibras no requieren de una zona extendida de anclaje para poder desarrollar toda su resistencia. La compactación del suelo reforzado con fibras puede efectuarse con los métodos tradicionales de compactación. Los suelos reforzados con fibras han probado ser eficientes en la reparación de fallas en taludes existentes como así también para la construcción de nuevos taludes (Gregory. Se adoptó para la reparación del mismo el uso de suelos reforzados con fibras. 2006). las fallas en los taludes del terraplén eran importantes y comenzaron a dañar parte del pavimento. y estaba conformado por arcillas expansivas. 1993. • La inclusión de fibras en el suelo produce una disminución de la densidad debido a que las fibras son más livianas y a que proveen mayor resistencia a los métodos de compactación usuales. Santoni. 2005). el refuerzo con fibras podría usarse a los fines de estabilizar una gran variedad de suelos de base o subbase. et al. Diversos investigadores han reportado que el número de ciclos para alcanzar la falla en pruebas de campo sobre pavimentos aumenta al adicionar fibras en la capa de base del mismo (Grogan and Johnson. 2001).deformación no alcanzan un límite asintótico de resistencia como en los modelos hiperbólicos clásicos. Por otro lado. Por lo tanto el refuerzo de fibras contribuye a la resistencia al corte del suelo a partir de un cierto nivel de deformación. y fluencia para altas presiones de confinamiento. • La adición de fibras tanto en suelos granulares como cohesivos aumenta la resistencia al corte a grandes niveles de deformación. • Los modelos predictivos existentes plantean dos mecanismos de falla de las fibras que atraviesan el plano de rotura: deslizamiento para bajas presiones de confinamiento. Por lo tanto. en la construcción de pavimentos. desde arenas hasta arcillas altamente plásticas (Li. 34 . • Las fibras son sometidas a tensiones de tracción debido al movimiento relativo de los granos de suelo.. Ibraim et al. Esto se traduce en una envolvente de falla bilineal del suelo reforzado. (2010) reportó que la inclusión de fibras en arenas sueltas reduce el potencial de licuación. esta técnica de mejoramiento podría resultar útil para estratos de fundación susceptibles a sufrir licuación. Por último. • En suelos granulares con baja compacidad reforzados con fibras. diversos investigadores han reportado que las curvas de tensión . sino que la resistencia crece indefinidamente aún para niveles de deformación superiores al 20 %.utilizaron fibras de polipropileno con un tratamiento de carbono para limitar el daño por los rayos UV de la luz solar. 4 a 0.8% de la masa seca referenciando en su artículo a Muntohar et al.-.-. (2010). (2014).1 Estudios dinámicos realizados en suelos arenosos mejorados con fibra Los investigadores Sadeghi y Beigi (2014) hacen referencia a algunos estudios realizados principalmente en suelos arenosos.--. no existen metodologías para la dosificación de contenido de fibra basado en un criterio racional para el comportamiento dinámico de suelos reforzados con la misma. del cual parafraseo lo siguiente: el reforzamiento de suelos usando un material resistente a la tensión es un método atractivo para mejorar la resistencia compresiva y de tensión en suelos.-. Lakshmikanth et al. (2012). (1989). (1990).-..-.-.-. limo y ceniza de cascara de arroz tiene rangos de 0. (2013).-. Sin embargo se requiere de estudios de campo más profundos y mayor experiencia basada en el uso de la técnica para cuantificar con mayor confianza el efecto de las fibras en el comportamiento del suelo reforzado..-. Maher and Woods. (2010)...-. (2012).-. A pesar de las numerosas aplicaciones de esta fibra.-.-.-. (2006).-. Krishnaswamy and Isaac. (1994). Estudios experimentales indican que el comportamiento del agrietamiento en la desecación del suelo fue significativamente influenciado por la inclusión de fibras referenciando en su artículo a Nahlawi and Kodikara.-.-. Resultados de pruebas de cargas indican que las fibras pueden ser consideradas como un buen sistema de refuerzo especialmente en un contenido de fibra de 0.--. Tang et al.-. (2013). Maheshwari et al. .• Son muchas las potenciales aplicaciones del suelo reforzado con fibras.2 Estudios dinámicos realizados en suelos finos mejorados con fibra 35 . 2.. Ibraim et al.-.---------------------2.-.-. Estudios de resistencia a la licuefacción en suelos remoldados han demostrado que las inclusiones de fibra incrementan el número de ciclos requeridos que causan la licuefacción durante cargas no drenadas referenciando en su artículo a Noorany and Uzdavines. Divya et al.5% respecto al peso seco del suelo referenciando en su artículo a Abuel-Maaty.. Pruebas sin confinamiento y de valor relativo de soporte indican que la cantidad optima de fibra mezclada en suelo. Estos autores estudiaron el efecto de las fibras sintéticas de polipropileno y polietileno tienen en el comportamiento de un suelo arcilloso. Investigaciones realizadas por Kumar et al (2006). referenciado en el artículo anteriormente mencionado. Son pocos los estudios realizados sobre suelos arcillosos reforzados con fibras. indican que a mayor cantidad de fibra aplicada a un suelo limoso existe un mayor comportamiento dúctil en el suelo y un incremento exponencial en la capacidad de carga. 3 APLICACIONES Son numerosas las potenciales aplicaciones de suelos reforzados con fibras: estabilización de taludes. al igual que en suelos granulares. Respecto al efecto que produce el refuerzo con fibras en el módulo de deformación aparecen resultados contradictorios en la literatura del tema. Sin embargo entre ellos cabe remarcar los estudios estáticos desarrollados por Akbulut et al (2007). referenciado en el artículo anteriormente mencionado. Botero. Se observó un aumento en los parámetros de resistencia al corte. con la longitud de las fibras.En el artículo publicado por Vettorelo y Claria (2014) parafraseo lo siguiente. observo un incremento asintótico en la resistencia al corte del suelo al aumentar el contenido de fibra. entre otros. referenciado en el artículo anteriormente mencionado. refuerzos de bases de pavimentos y mejoramiento de suelos potencialmente licuables. Un estudio realizado en el Instituto de Ingeniería de la UNAM del uso de Polietileno Tereftalato (PET) como material de refuerzo de estructuras terreas conformadas por suelo fino hecho por Sherwall (2014) en dirección con el Dr. Gregory (2006). en suelos arcillosos reforzados con fibra de poliéster muestran que la resistencia a la compresión no confinada aumenta con el contenido de fibras y para un contenido de fibras constante. construcción de terraplenes. (2005) referenciado en el artículo publicado por Vettorelo y Claria (2014): 36 . El mejoramiento de suelos mediante la adición de fibras tiene las siguientes ventajas Li. las fibras no requieren de una zona extendida de anclaje para poder desarrollar toda su resistencia. así como comprobar la cantidad de fibra óptima que se ajuste a los procesos 37 . la incorporación de fibras no se encuentra afectada por las condiciones climáticas. No existe acuerdo en la bibliografía sobre el efecto que la inclusión de fibras tiene en la rigidez del suelo reforzado. haciendo a este tipo de refuerzo altamente competitivo. sin embargo se requieren más estudios para saber su comportamiento dinámico y estático. Gregory. sin riesgo de dañar el refuerzo.• El refuerzo de fibras puede realizarse mediante el uso de equipos convencionales de construcción. minimizando de esta manera la necesidad de excavaciones. Esta disparidad de conclusiones es consecuencia de los diferentes enfoques con que se abordan las investigaciones sobre suelos reforzados con fibras. La compactación del suelo reforzado con fibras puede efectuarse con los métodos tradicionales de compactación. A diferencia de los geo sintéticos. (2006) referenciado en el artículo publicado por Vettorelo y Claria (2014). • Los materiales que pueden ser usados para las fibras son de muy bajo costo. Los suelos reforzados con fibras han probado ser eficientes en la reparación de fallas en taludes existentes como así también para la construcción de nuevos taludes. • A diferencia de otros métodos de refuerzo y/o estabilización. Son muchas las potenciales aplicaciones del suelo reforzado con fibras. como la adición de cemento o cal. Sin embargo se requiere de estudios de campo más profundos y mayor experiencia basada en el uso de la técnica para cuantificar con mayor confianza el efecto de las fibras en el comportamiento del suelo reforzado CONCLUSIONES • El mejoramiento del suelo con fibras de PET es una alternativa sustentable y con resultados experimentales positivos. sin embargo. +El refuerzo está distribuido a lo largo de toda la masa de suelo con un grado de regularidad. Evaluaron el efecto de las fibras en la compactación Proctor. de los datos de compactación no encontraron cambio significativo ni en el contenido óptimo de humedad ni en el peso específico seco máximo. • No existe mucha información relacionada con el comportamiento que tienen las fibras de polietileno en un suelo blando expansivo. +Los esfuerzos son transferidos entre el suelo y el refuerzo mediante fricción y/o resistencia pasiva dependiendo del tipo de geometría del refuerzo. lo que hace viables los estudios del comportamiento de la interacción del suelo y la fibra de PET.constructivos y que incremente los parámetros de resistencia estáticos y dinámicos del suelo. genera una matriz de suelo reforzado homogénea que en teoría evita la generación de posibles planos de falla. la cual toma lugar continuamente a lo largo del refuerzo. Se ha detallado el concepto tradicional del refuerzo del suelo. pasaron a la introducción de la 38 . 2001): +Existe una transferencia de esfuerzos entre el suelo y el refuerzo. especialmente en su comportamiento dinámico. El material composite tiene las siguientes características (Elias et al. En la literatura existente se encuentran numerosos trabajos que estudian el fibro refuerzo del suelo. la adición de las fibras de manera aleatoria. • Existen múltiples aplicaciones y beneficios en la utilización de este material.. sin embargo se concentran en su mayoría en suelos gruesos granulares. Posteriormente con este porcentaje de arena. ya que en la manera que se presenten los esfuerzos se encontrarán fibras a lo largo del suelo que ayuden a portarlos a manera de elementos tensionantes mediante un mecanismo de interacción entre el suelo y la fibra. utilizando las mismas dosificaciones que para el análisis de las probetas a compresión no confinada. 5 mm de longitud a una dosificación de 2% de peso seco del suelo estudiado. 4 CONCLUSIONES El concepto de suelo fibro reforzado presenta una buena opción de mejoramiento de suelos. +En una prueba de Valor Relativo de Soporte el esfuerzo en el pistón incrementa de manera similar para el suelo sin refuerzo y el composite. De los resultados obtenidos se puede concluir lo siguiente: +El tamaño de fibra desempeña un papel importante en la resistencia a la compresión no confinada del composite. El presente trabajo forma parte de una investigación que se encuentra todavía en proceso. el proceso de mezclado y la obtención de una mezcla homogénea se vuelve más difícil. Encontraron incrementos sustanciales en la resistencia a la compresión no confinada del suelo con el 10% de arena y con la fibra con la combinación de 6mm a 2% y 12mm a 1%. 0. 1.42 kg/cm2. la cual presenta ventajas mecánicas en comparación al suelo en estado remoldeado sin refuerzo. utilizando longitudes de 3. debe aclararse que entre mayor es la dosificación de la fibra. siendo el esfuerzo resistente promedio igual a 5. sin embargo. sin embargo conforme la penetración continúa.fibra. +La combinación considerada como óptima. las fibras en el composite comienzan a trabajar presentando un comportamiento mecánico más favorable al del suelo sin refuerzo. Existe una dosificación que podría ser considerada como óptima.5% y 2%. 1%. Existe una relación de aumento de resistencia conforme aumenta la dosificación de la fibra. +Se puede considerar como combinación óptima la fibra con 9. obteniéndose un mejor desempeño en general con tamaños menores de fibra. obtuvo un aumento de resistencia del 84% en comparación al suelo sin refuerzo.5%. 6 y 12 mm y dosificaciones de 0%. se presentaron resultados de pruebas de compresión no confinada 39 . debe mencionarse que la importancia del método de fibroreforzamiento reside también en el aumento en la resistencia a tensión debida a las fibras. 40 . se debe hacer hincapié en investigar el comportamiento del composite ante esfuerzos de tensión.y de valor relativo de soporte encontrando mejoras considerables. En futuras investigaciones. sin embargo.