En el siguiente artículo, se abordan detalles técnicos relacionados con la normativa internacional que, en la actualidad, rigen a este tipo de elementos, ya sea para su especificación en obra, como también, sobre los distintos tipos de ensayos que deben realizarse para determinar propiedades como resistencias a la compresión y a la flexión, entre otras.
Autor: Concrete Canvas Ltd.
Las Mantas Geosintéticas con Compuesto Cementicio (GCCM, Geosynthetic Cementitious Composite Mats) ofrecen una solución innovadora para aplicaciones de control de erosión superficial, como revestimiento de canales y protección de taludes.
En ese sentido, los GCCM Concrete Canvas® son geosintéticos flexibles impregnados de hormigón, material que proporciona una capa de concreto delgada y duradera cuando se hidrata. Las mantas Concrete Canvas son significativamente más rápidas de instalar que las soluciones de hormigón convencionales, lo que las convierten en una alternativa atractiva en muchas aplicaciones.
¿Qué es un GCCM?
Los GCCM son materiales geosintéticos relativamente únicos, ya que, a diferencia de la mayoría de los geosintéticos, sus propiedades cambian de flexibles en el despliegue a rígidas una vez hidratadas y curadas. Estos GCCM consisten en capas geosintéticas superiores e inferiores conectadas para restringir el material cementicio. Los GCCM se suministran en formato de rollo, se instalan e hidratan in situ: el material cementicio se cura para formar una capa de hormigón delgada y rígida.
En general, los GCCM se utilizan para reemplazar a los hormigones vertidos, prefabricados y proyectados convencionales en aplicaciones de control de erosión superficial, incluidos el revestimiento de canales, la protección de taludes, el revestimiento de bermas, el revestimiento de alcantarillas y la remediación de concreto, proporcionando una solución robusta y de bajo mantenimiento para el control de la erosión superficial.
Por lo tanto, los GCCM son un producto de construcción compuesto, que combina materiales geosintéticos y cementicios con propiedades físicas significativamente diferentes. Los GCCM son los únicos geosintéticos que contienen material cementicio, por lo que los estándares de prueba geosintéticos tradicionales no incluyen métodos para comprender el rendimiento del material cementicio contenido en un GCCM, como la resistencia a la compresión.
De esta forma, es crucial ensayar las propiedades del material cementicio ya curado para que se pueda comprender el comportamiento del GCCM como compuesto endurecido. También, es necesario garantizar que el material cementicio se cure en una relación de agua/cemento representativa de la hidratación de terreno (en servicio) y no se controle en el laboratorio a una proporción artificialmente baja. Si un diseño se basa en datos de propiedades de rendimiento determinados en condiciones de laboratorio controladas artificialmente, el ingeniero corre el riesgo potencial de subdiseñar su estructura GCCM, lo que podría provocar fallas en servicio.
Normalización
La Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM, en sus siglas en inglés, que genera estándares normativos aceptados a nivel internacional) y su Comité de Geosintéticos D35 reconocen a los GCCM como un producto geosintético, definiéndolos en la norma ASTM D4439 ‘Standard Terminology for Geosynthetics’ como un “compuesto geosintético producido en fábrica que consiste en un material cementicio contenido dentro de una capa o capas de materiales geosintéticos que se endurecen cuando se hidratan”. Para abordar las deficiencias en las pruebas de GCCM utilizando estándares geosintéticos o de hormigón preexistentes, desde el año 2015 que la ASTM viene publicando varios estándares desarrollados específicamente para MCMC. Estos incluyen (por orden de publicación):
- ASTM D8030 ‘Práctica estándar para la preparación de muestras para GCCM’.
- ASTM D8058 ‘Método de ensayo estándar para determinar la resistencia a la flexión de un GCCM mediante el ensayo de flexión de tres puntos’.
- ASTM D8329 ‘Método de ensayo estándar para la determinación de la relación agua/cemento para GCCM y medición de la resistencia a la compresión del material cementoso contenido en su interior’.
- Especificación estándar ASTM D8364 ‘para materiales GCCM’.
La creación de estas normas es para garantizar que se realicen pruebas e informes repetibles de las propiedades del GCCM en elementos preparados de manera coherente con su uso en terreno.
Asimismo, en marzo de 2021, ASTM International publicó las normas ASTM D8364/D8364M-21: ‘Especificación estándar para (GCCM)’.
Norma internacional ASTM D8364: Definiciones y conceptos
La norma ASTM D8364 es la única reconocida internacionalmente para especificar los GCCM y enumera las aplicaciones típicas de control de erosión y supresión de malezas de este elemento, de acuerdo con tres tipos de clasificación: Tipo I, Tipo II y Tipo III.
Características de los GCCM de tipo I:
- Tienen requisitos mínimos de abrasión y desgaste
- Son para aplicaciones de bajo esfuerzo cortante y velocidad de flujo
- No están sujetos a cargas de impacto
- Debe instalarse sobre una subrasante densa
Las aplicaciones típicas del GCCM Tipo I incluyen:
- Protección de taludes en bajas inclinaciones
- Supresión de malezas
- Protección de berma
- Reparación de estructuras hidráulicas de hormigón
Características de los GCCM de tipo II:
- Tienen mayores requisitos de abrasión y desgaste
- Para esfuerzos de cizallamiento >50 kg/m2 y velocidades de flujo >6 m/s
- Sujeto a cargas de impacto
- Instalado sobre subrasantes de densidad media
Las aplicaciones típicas de Tipo II incluyen:
- Revestimiento del canal
- Protección de taludes
- Reparación de estructuras hidráulicas de hormigón
Características de los GCCM de tipo III:
- Se utilizan cuando se requiere una resistencia a la flexión adicional
- Para subrasantes sueltas
- Se espera que sean más duraderos que los tipos de grado más bajos en la misma aplicación
Las aplicaciones típicas de Tipo III incluyen:
- Revestimiento del canal
- Protección de hormigones
- Protección de taludes
En este sentido, la norma internacional ASTM D8364 se transforma en una herramienta esencial para todos quienes quieran instalar los GCCM en sus proyectos, ya que, al categorizarlas por tipos, permite que la especificación del elemento por parte del diseñador sea más sencilla, ya que se garantizan requisitos mínimos de rendimiento, lo que ayuda a prevenir fallas en el proyecto.
Asimismo, incorpora una importante cuota de seguridad ya que los tipos de clasificación que define la norma ASTM D8364 protegen a los diseñadores de datos de prueba del elemento que no pueden representar el rendimiento del GCCM en terreno, lo que ayuda a garantizar que la manta sea adecuada para la aplicación prevista.
La adquisición de mantas GCCM que cumplen con la norma internacional ASTM D8364 protege a los contratistas de ser engañados por fabricantes que proporcionan datos de rendimiento utilizando estándares inapropiados que no son para este tipo de elementos y que pueden no representar el rendimiento que se puede lograr en terreno.
Métodos de prueba específicos del GCCM: ASTM D8030, ASTM D8329 y ASTM D8050
Preparación de muestras bajo norma ASTM D8030
La norma internacional ASTM D8030 ‘Standard Practice for Sample Preparation for GCCM’ (“preparación estándar para muestra de GCCM”), detalla el procedimiento para la hidratación y curado del material GCCM para posteriores pruebas de propiedades físicas.
Los GCCM se hidratan en terreno por pulverización o inmersión, pero la inmersión casi siempre ocurre debido a la acumulación de agua en las superficies del elemento. La inmersión producirá la mayor relación agua/cemento posible en el GCCM, lo que resultará en una menor resistencia a la compresión en servicio y (según la normativa BR331 – Diseño de mezclas normales de hormigón: segunda edición) la durabilidad más pobre del material cementoso.
El rendimiento de los materiales de construcción debe evaluarse en función de la peor condición, ya que una falla generalmente ocurrirá en el punto más débil de la estructura.
Resistencia a la compresión: ASTM D8329
Las pruebas convencionales de resistencia a la compresión del hormigón (por ejemplo, bajo norma ASTM C109) se realizan preparando una probeta cúbica (típicamente de 50 o 100 mm), la que se testea hasta su falla. Dado que los GCCM no pueden preparase en este tipo de probetas de ensayo, el material cementicio debe retirarse del GCCM y fraguarse en una probeta cúbica en la proporción adecuada de agua/cemento antes del ensayo de carga.
Las mantas GCCM se hidratan en terreno por pulverización o inmersión; mientras que el agua de hidratación a menudo se aplica por pulverización, la inmersión casi siempre ocurre en el campo debido a la acumulación de agua en la superficie del elemento. Al probar la resistencia a la compresión del GCCM, es esencial que la relación agua/cemento a utilizar en el ensayo de la probeta cúbica sea representativa de la relación alcanzada durante la hidratación del GCCM in situ en la peor de las situaciones.
Las mantas GCCM curadas suelen constar de tres componentes: los materiales poliméricos/geosintéticos, los materiales cementicios secos (polvo) y el agua de hidratación. La norma internacional ASTM D8329 brinda un procedimiento paso a paso para utilizar material de muestra del GCCM y así, registrar la masa por unidad de área de cada componente de la manta para que se pueda calcular la relación agua/cemento de hidratación a materiales cementicios.
Esta relación se usa para la fabricación de probetas cúbicas del material cementicio, las que se utilizarán para pruebas de resistencia a la compresión. El material cementicio utilizado para formar los cubos debe extraerse del GCCM. Los cubos no deben estar hechos de mezclas de polvo suministradas por el fabricante, que pueden tener un contenido de cemento diferente al producto GCCM real.
La norma ASTM D8329 es, por lo tanto, el único estándar que debe utilizarse para las resistencias a la compresión GCCM porque mide la relación agua/cemento para dar una resistencia que representa el rendimiento en terreno.
Siempre se debe verificar la relación agua/cemento que se utilizó en la prueba y también, revisar que esto se haya determinado de acuerdo con ASTM D8329. De lo contrario, los resultados pueden ser artificialmente altos y no representativos de las CGCM instaladas.
Resistencia a la flexión: ASTM D8058
Al combinar los beneficios de los materiales geosintéticos y del hormigón, las mantas GCCM se comportan como materiales compuestos. Los geosintéticos convencionales son fuertes en tensión y débiles en compresión, mientras que el hormigón es fuerte en compresión, pero débil en tensión.
La prueba de resistencia a la flexión de los GCCM curados proporciona la mejor indicación general del rendimiento en servicio de una manta GCCM al comprimir una superficie y extender simultáneamente la otra. Se considera la prueba de índice estándar para esta clase de material.
El estándar reconocido internacionalmente para las pruebas de resistencia a la flexión de los GCCM es el “Método de prueba estándar ASTM D8058 para determinar la resistencia a la flexión de un GCCM mediante la prueba de flexión de tres puntos”.
De acuerdo con ASTM D8058, especificar una resistencia a la flexión inicial del GCCM mínima garantizará que el rendimiento del material cementoso dentro de un GCCM cumpla con sus requisitos.
Es esencial no aceptar sólo los resultados de la resistencia final a la flexión o los datos de prueba realizados según diferentes estándares de prueba de resistencia a la flexión, ya que estas normas a menudo no especifican cómo se hidrata una muestra de prueba, lo que permite que las muestras se preparen de una manera que pueda dar resultados artificialmente altos que no sean representativos del rendimiento real en terreno. Las muestras de prueba siempre deben estar preparadas según ASTM D8030.
Conclusiones
La importancia de contar con una norma ASTM específica para los GCCM sirve para garantizar que se realicen pruebas e informes repetibles de las propiedades de las mantas en elementos preparados de manera coherente con su uso en terreno. Esto ayuda a prevenir fallas en el proyecto al facilitar a los diseñadores la especificación del producto correcto al tiempo que garantiza que se cumplan los requisitos mínimos de rendimiento.
Además, al especificar los tipos de clasificación GCCM en la norma internacional ASTM D8364, se protege a los especificadores, contratistas y clientes de los fabricantes que pueden inducir a error al proporcionar estándares inapropiados que no son GCCM que pueden no representar el rendimiento que se puede lograr en terreno.
Los GCCM han revolucionado las aplicaciones de control de erosión superficial, y con la publicación de ASTM D8364, los usuarios ahora pueden especificar el producto GCCM correcto, lo que facilita garantizar que sus proyectos cumplan con los requisitos mínimos de rendimiento, sean seguros y logren el rendimiento deseado en terreno.
Además de lo anterior se debe tener especial cuidado en exigir ensayos de laboratorios independientes y no proporcionados directamente por el fabricante.
Las propiedades de Concrete Canvas® GCCM se han probado de forma independiente, y nuestras GCCM CCT1™, CCT2™ y CCT3™ demuestran el cumplimiento de la clasificación GCCM para Tipo I, Tipo II y Tipo III, respectivamente, al igual que CCX™ para GCCM Tipo II.
