Guia de selecció de geogrames: Millorar l'estabilitat del sòl

Comprendre els geogrames i el seu paper en l'estabilització del sòl

Què és un geograme i com funciona

Els geogrids són bàsicament materials sintètics amb forma de graella que ajuden a estabilitzar el sòl distribuint el pes i evitant els moviments laterals. Normalment estan fets de materials com l'HDPE o polímers de polipropilè, que els proporcionen una excel·lent combinació d'obertura per permetre que les partícules del sòl s'encaixin fermament, alhora que mantenen una gran resistència als esforços de tracció. Quan s'instal·len correctament, el procés consisteix a col·locar aquestes graelles entre capes d'àrid i sòl compactat. El que passa després és realment interessant: tot el sistema es converteix en una unitat sòlida que pot suportar pressions i esforços sense trencar-se ni deformar-se amb el temps.

L'enclavament mecànic entre el sòl i el geogrid

Les obertures de la georeixa atrapen partícules del sòl, creant un enllaç dependent de la fricció que evita el lliscament. Aquest confinament augmenta la resistència al tall fins a un 40% en sòls granulars, segons estudis sobre estructures de terra reforçada. En sòls argilosos, l'entrellat ajuda a reduir l'acumulació de pressió de l'aigua als porus, minimitzant els riscos d'assentaments a llarg termini.

Efecte de membrana en tensió en l'estabilització de talussos

En talussos, les georeixes actuen com membranes en tensió que resisteixen forces de cisallament descendents. Quan el sòl comença a lliscar, la georeixa s'estén lleugerament, activant la seva capacitat de tracció per redistribuir les tensions lateralment. Aquest mecanisme redueix el moviment del talús entre un 50 i un 70% en comparació amb terraplens no reforçats, cosa que resulta essencial en zones propenses a lliscaments de terra.

Tipus de georeixes: uniaxial, biaxial i triaxial comparats

Georeixes uniaxials per a aplicacions d'alta resistència a la tracció

Els geogrids uniaxials tenen obertures allargades que donen una resistència extra en només una direcció principal. Això els converteix en una excel·lent opció per a la construcció de parets de contenció o treballs en pendents pronunciats on tot tendeix a moure's bàsicament al llarg d'una única línia. El disseny nervat resisteix molt bé la deformació lenta quan hi ha un pes constant que prem sobre ells. Assaigs mostren que aquests materials poden suportar més de 80 kN/m de tensió segons alguns estudis de l'ASCE del 2022. Els projectes de carreteres són els que més se'n beneficien, ja que han de fer front a la pressió lateral exercida pel sòl contra els costats. Els contractistes els troben especialment útils en situacions on els mètodes tradicionals no serien suficients.

Geogrids biaxials per a suport de càrregues multi-direccional

Els geogrids biaxials proporcionen una bona resistència en totes les direccions a causa del seu disseny amb obertures uniformement espaiades. Quan els vehicles circulen per carreteres construïdes amb aquestes trames, el pes es distribueix millor a través de les capes del firal i del paviment. Els assaigs mostren que això pot reduir la formació de solcs en aproximadament un 40 per cent en comparació amb materials bàsics convencionals sense refuerç. Les estructures de nervis que corren en múltiples direccions també ajuden a mantenir units els materials de reemplena solts en llocs com àrees d'aparcament i solius d'instal·lacions on camions pesats passen constantment, creant tot tipus de punts de pressió diferents a la superfície.

Geogrids triaxials: Avenços en l'eficiència de la distribució de càrregues

Els geogrids triaxials funcionen de manera diferent als models estàndard perquè tenen obertures hexagonals que distribueixen la tensió al llarg de tres direccions al mateix temps. Els assaigs mostren que aquests geogrids poden suportar aproximadament un 22 percent més de pes en comparació amb els biaxials habituals quan tot es controla correctament. El que els fa tan útils és la seva capacitat per ajudar a prevenir l'assentament desigual en condicions de terreny deficient. Aquest benefici es veu especialment clar en llocs com vies de tren o pistes d'aviació, on la estabilitat és molt important. Una altra avantatge prové de l'eficiència de la seva forma. Els enginyers descobreixen que poden utilitzar capes d'àrids entre un 15 i un 25 percent més fines i encara aconseguir bons resultats. Això estalvia materials i diners sense comprometre la integritat estructural.

Comparació de materials: geogrids HDPE vs. polipropilè

Durabilitat i longevitat dels geogrids HDPE en carreteres

Els geogrids de polietilè d'alta densitat s'han convertit en una opció habitual per a carreteres i autopistes transitades perquè no es dobleguen fàcilment i resisteixen bé les substàncies químiques que acabarien degradant altres materials amb el temps. Les proves in situ indiquen que aquests geogrids conserven aproximadament el 90 per cent de la seva resistència original encara que hagin estat en sòls molt àcids durant un quart de segle, fet que explica per què els enginyers els prefereixen per a carreteres on es llança sal durant l'hivern o a prop de fàbriques que tenen vessaments al terreny. La manera com aquests geogrids mantenen la seva forma també fa una gran diferència. Constructors han registrat aproximadament un 40% menys de solcs a les capes de paviment on s'utilitza HDPE, i molts projectes de carreteres duren entre vuit i dotze anys més abans de necessitar reparacions importants en comparació amb els mètodes tradicionals.

Geogrids de polipropilè: Flexibilitat i resistència química

Els geogrids de polipropilè ofereixen una gran flexibilitat que els permet adaptar-se bé a subbases irregulars complexes sense perdre la seva resistència, que normalment oscil·la entre uns 20 i 60 kN per metre. En relació amb els hidrocarburs, aquestes trames superen significativament els materials HDPE. Després d'haver estat submergits en combustible durant 500 hores en proves, no es va observar absolutament cap inflament. Una altra avantatge rau en la seva menor densitat comparada amb l'HDPE: uns 0,9 grams per centímetre cúbic versus els 0,95 g/cm³ de l'HDPE. Això fa que el polipropilè sigui molt més fàcil de manipular quan l'espai és limitat, especialment important en projectes que impliquen parets de terra mecànicament estabilitzades on la maniobrabilitat pot ser un veritable repte.

Factors de degradació ambiental i resistència als raigs UV

És necessària la protecció contra els raigs UV per a tots dos materials, encara que l'HDPE conserva al voltant del 85 al 90 per cent de la seva resistència després de passar 10.000 hores sota la llum ultraviolada, mentre que el polipropilè baixa fins a un 75-80 %. En zones costaneres, l'HDPE resisteix millor els danys causats per aigua salada al llarg del temps. El polipropilè simplement no dura tant en aquests ambients humits, degradant-se aproximadament un 30 % més ràpid que l'HDPE. Per protegir qualsevol d'aquests materials contra l'erosió, la majoria d'experts recomanen enterrar les geogrames com a mínim sis polzades sota la superfície del terreny. Aquest senzill pas ajuda molt a mantenir-los protegits dels elements agressius, tot i que els resultats exactes poden variar segons les condicions locals i la qualitat de la instal·lació.

Comparació clau de rendiment (valors típics):

Aquesta comparació permet als enginyers alinear les propietats del material amb condicions específiques del projecte.

Ajustar les Propietats del Georeix a Tipus de Sòl i Requisits del Projecte

Tipus de Sòl i Rendiment del Georeix: Sòls Arenosos vs. Argilosos

El rendiment dels geogrames depèn realment de com interactuen amb diferents tipus de sòl. Quan mirem específicament els sòls sorrencs, la seva composició granular crea un blocatge excel·lent entre les partícules del sòl i les obertures del material del geogrames. Aquest encaix mecànic pot augmentar la resistència al tall fins a un 40 per cent segons les normes ASTM de 2021. A més, aquests materials sorrencs tendeixen a drenar prou bé l'aigua, cosa que ajuda a mantenir l'estabilitat en reduir el risc d'acumulació perillosa de pressió sota carreteres o talussos. Els sòls argilosos, però, presenten una història diferent. Necessiten atenció especial perquè les obertures habituals dels geogrames permeten que les partícules fines escapin amb el temps. La majoria d'enginyers recomanen utilitzar obertures de malla més petites, d'uns 3,8 cm com a màxim, per evitar aquest problema de migració. I tampoc cal oblidar les capes de drenatge, ja que l'argila saturada esdevé molt tova i inestable. Les proves recents fetes el 2022 van mostrar que, quan s'utilitzen geogrames tridimensionals triaxials en comptes dels estàndard, la deformació en sòls argilosos va disminuir gairebé un 28% durant cicles de càrrega repetits comparat amb zones sense reforç.

Millorar el rendiment del subratllat amb refuerç d'geogrella

Les geogrelles fan meravelles en subratllats febles en distribuir les molestes tensions verticals a una àrea més amplia. Per exemple, les geogrelles biaxials col·locades a uns 30 cm de profunditat en terrenys limosos poden augmentar la ràtio de portança de Califòrnia gairebé tres vegades, fet que permet als enginyers reduir l'espessor de les capes de paviment en un 18 per cent sense sacrificar la càrrega suportada, segons els estàndards AASHTO del 2019. També és important fer bé la instal·lació. Les especificacions exigeixen solapaments de 15 cm entre seccions i assolir aproximadament un 95 per cent de compactació. Quan es passen per alt aquests detalls, les carreteres solen assentar-se de manera desigual, cosa que contribueix a gairebé un quart de totes les avaries de carreteres, tal com es va assenyalar en els resultats del Consell de Recerca en Transport de l'any passat.

Estudi de cas: Estabilització amb geogrella en un projecte de carretera amb subratllat feble

Un projecte d'autopista costanera amb una subbase CBR <3 va utilitzar georeixes uniaxials de HDPE (resistència a la tracció: 12 kN/m) instal·lades a intervals de 8 polzades. El seguiment posterior a la construcció va mostrar:

• 32% de reducció en l'envorrament després de 18 mesos
• estalvi de 18.000 $/milla en costos d'àrids respecte a l'estabilització tradicional amb calç
• 92% de resistència a la tracció conservada malgrat l'exposició a salinitat
  Aquests resultats recolzen els descobriments del Informe d'Estabilització de Subbases Dèbils de 2023 , que destaca la compatibilitat entre el material i el sòl com a factor clau d'èxit.

Aplicacions clau i criteris de selecció dels geogrames en infraestructures

Millora de la capacitat portant en paviments flexibles

Quan s'instal·len en sistemes de paviment flexible, els geogrames funcionen fixant-se dins les capes d'agregat, reduint així l'esforç vertical sobre materials de subbase febles en un 40% aproximadament, segons investigacions realitzades en Estudis d'Enginyeria Ferroviàara el 2022. El resultat? Menys problemes de deformació i fisuració que solen afectar habitualment les superfícies de carretera. A més, els paviments tenen una vida útil significativament més llarga, sovint afegint entre 15 i 20 anys addicionals abans de necessitar reparacions importants, i permeten als enginyers utilitzar capes més fines d'agregat. En projectes d'autopista específicament, estudis mostren que la incorporació d'aquests geogrames pot estalviar aproximadament 32 $ per metre quadrat mantenut durant un període de deu anys en comparació amb trams sense aquest refuerç. Aquest tipus d'estalvi augmenta ràpidament en projectes d'infraestructura de gran escala.

Estabilització amb georeixes en murs de contenció segmentats

Els murs de contenció segmentats poden arribar fins a 6 metres d'alçada quan es reforcen amb georeixes, que ofereixen suport lateral i redueixen entre un 18 i un 25 per cent aproximadament la quantitat de materials. Ho vam veure directament durant una feina d'estabilització de talussos l'any passat, on ajustar l'espaiat entre les capes de georeixes i canviar el seu disseny d'obertura va portar a una reducció d'aproximadament un quart de la pressió lateral del terreny. La majoria d'enginyers solen triar georeixes biaxials perquè funcionen bé en múltiples direccions alhora, cosa que els fa molt versàtils per a diferents condicions del sòl. Això és especialment important quan es treballa amb tarugues d'argila, ja que aquests sòls solen ser més problemàtics sense una reforç adequat.

Reforç de llits ferroviaris: reducció de la degradació del balast

Sota càrregues dinàmiques de via, les capes de ferrocarril reforçades amb georeixos experimenten un 35–50% menys de sedimentació del balast que els mètodes convencionals. L'efecte de membrana de tensió distribueix les càrregues de l'eix sobre àrees més amples, reduint en un 60% la degradació localitzada als corredors d'alt trànsit (Anàlisi de Ferrocarril de Càrrega 2024). Els georeixos triaxials són cada cop més preferits per la seva distribució de càrrega en sis direccions en geometries complexes de via.

Distribució de la càrrega, facilitat d'instal·lació i consideracions de cost a llarg termini

En triar materials, cal tenir en compte aspectes com la mida de l'obertura, que ha de coincidir amb el tipus de sòl amb què es treballa. També importa l'eficiència de les unions, especialment quan es treballa en zones amb molt pes, on s'ha d'aconseguir una eficiència superior al 90%. I no oblidem la resistència a la tracció al 2% de deformació, que ha d'assolir com a mínim 25 kN/m si s'instal·la a autopistes. Els factors ambientals també tenen un paper important. Per exemple, l'HDPE té moltes dificultats davant l'exposició a raigs UV llevat que estigui protegit, cosa que esdevé crucial quan els materials romanen a l'aire lliure. La química del material també ha de ser compatible amb els nivells de pH existents al sòl circumdant. Els costos d'instal·lació solen oscil·lar entre quatre i vuit dòlars per metre quadrat. Però aquí ve la clau: aquests sistemes realment estalvien diners a llarg termini. Estudis mostren que redueixen els problemes de fallades en la capa de forma entre un 30 i un 40% durant la seva vida útil, fet que els fa valer la inversió inicial malgrat els costos més elevats al principi.

Principals compensacions :

• Costos inicials més elevats de geixarxa ($1,20–$2,50/m²) versus estalvis a llarg termini gràcies a un 50% menys de reparacions
• Compensacions entre resistència uniaxial i biaxial en aplicacions d'embankament versus paviment
• Requisits de permeabilitat (≥0,5 cm/s) en ambients amb nivell freàtic alt

Els equips del projecte han d'avaluar aquests factors respecte les dades específiques del lloc sobre el sòl i els requisits de càrrega de trànsit detallats en les normes ASTM D6637.

Preguntes freqüents sobre l'ús i beneficis de les geixarxes

Quins són els materials principals utilitzats per fabricar geixarxes?

Els materials principals utilitzats per fabricar geixarxes són polietilè d'alta densitat (HDPE) i polímers de polipropilè. Aquests materials ofereixen una combinació de resistència i flexibilitat, cosa que els fa adequats per a diverses tasques d'estabilització del sòl.

Com milloren les geixarxes l'estabilització de pendents?

Els geogrids milloren l'estabilització de talussos en actuar com a membranes de tracció que resisteixen les forces de cisallament descendents. S'estiren lleugerament per redistribuir les tensions lateralment, reduint el moviment del talús fins a un 70% en comparació amb terraplens no reforçats.

Quins factors s'han de tenir en compte a l'hora de seleccionar un geogrid per a projectes d'infraestructures?

A l'hora de seleccionar un geogrid per a projectes d'infraestructures, cal considerar factors com el tipus de sòl, els requisits de capacitat portant, la mida de l'obertura, l'eficiència de les unions, la resistència a la tracció, les condicions ambientals, els costos d'instal·lació i el potencial d'estalviaments a llarg termini.

Poden les aplicacions de geogrids estalviar costos en la construcció de carreteres?

Sí, les aplicacions de geogrids poden estalviar costos en la construcció de carreteres. Milloren la distribució de càrregues i estabilitzen subbases febles, allargant la vida útil de les pavimentacions i reduint la necessitat de reparacions. Els estudis mostren que els geogrids poden estalviar aproximadament 32 $ per metre quadrat en projectes d'autopista al llarg d'una dècada.