UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA “CARACTERIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE GEOTEXTILES DE POLIPROPILENO NO TEJIDO MEDIANTE ENSAYOS DE TRACCIÓN Y ELONGACIÓN NORMALIZADOS EN UNA MAQUINA UNIVERSAL PARA POLÍMEROS” TESIS PRESENTADA POR LOS BACHILLERES: CÁRDENAS CUENTAS, JIMMY RENZO PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO MECATRÓNICO PARI HALLASI, CRISTIAN ALFREDO PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA AREQUIPA PERU -2015 - RESUMEN El uso de los geotextiles en el Perú se ha incrementado debido a que el sector minero en los 10 últimos años ha aumentado y por ende necesidades de revestimiento en pozas de evaporación, presas de relaves, pozas de lixiviación, PAD’s de lixiviación, como también en construcción de carreteras asfaltadas, hacen que estos materiales sean muy utilizados. En el laboratorio de ensayos de materiales de la UCSM se realizaron pruebas de caracterización a los geotextiles proporcionados por la empresa Geosistemas PAVCO de Mexichem. A las probetas se le realizaron ensayos de gramaje, tracción, agarre y punzonamiento; para estos se utilizaron balanzas analíticas, Maquinas de tracción y compresión, entre otros. Las probetas del material geotextil fueron cortadas bajo las normas ASTM para dicho tipo de material, así como los diferentes ensayos, los valores obtenidos en los ensayos son muy cercanas a los indicados en el certificado de calidad del proveedor. Los ensayos realizados presentaron los siguientes resultados, 270.30 g/m2 para el ensayo de gramaje, 4.88 MPa para el ensayo de tracción, 462.6 N para el ensayo de punzonamiento y 1148.89 N para el ensayo de agarre. Como complemento a la investigación se realizó una simulación con el software SAP2000 para evaluar el comportamiento del geotextil de una aplicación real, el resultado que se obtenido fue de 308 kN/m2 . i ABSTRACT The use of geotextiles in Peru has increased due to the mining sector in the past 10 years has increased and therefore needs coating evaporation ponds, tailings impoundments, leach pads, PAD's leaching, as in construction of paved roads, making these materials widely used. In laboratory tests UCSM materials characterization tests for geotextiles provided by the company Geosistemas PAVCO Mexichem performed. The test tubes were performed assays weight, traction, grip and puncture; for these analytical balances tension and compression machines were used, among others. The samples of geotextile were cut under the ASTM standards for that type of material and the various tests, the values obtained in the tests are very close to those given in the supplier's quality certificate. Of tests conducted itself obtained the following results : 270.30 g / m2 for testing weight , 4.88 MPa for the tensile test , 462.6 N for testing indentation and 1148.89 N grip for testing . Additional to that characterization SAP2000 software simulation was performed to evaluate the behavior of geotextile of a real application, simulation maximum effort of 308 kN / m2 was obtained. ii AGRADECIMIENTOS Agradecidos y contentos nos sentimos, principalmente con DIOS TODO PODEROSO, que nos permitió llegar a la cúspide más grande y deseada por nosotros, la cual es finalizar nuestra carrera profesional. A nuestros PADRES A nuestras FAMILIAS y AMIGOS De todo corazón GRACIAS A ELLOS POR SU PACIENCIA Y DEDICACION. iii DEDICATORIAS A DIOS por darnos la vida y guardarnos en todo momento, por brindarnos la sabiduría y perseverancia para mantenernos firmes a lo largo del trayecto y permitirnos alcanzar esta meta. A MIS PADRES y mi hermano por darme su apoyo incondicional, incentivarme y tenerme paciencia a lo largo de toda mi carrera. Gracias, LOS QUIERO MUCHO. A MI NOVIA estar siempre a mi lado, apoyándome con todo su amor y a veces haciéndome presión para que me esforzara y lograra terminar este trabajo. Te Amo. Renzo Cardenas Cuentas…… iv A DIOS por darme la vida y fuerzas para lograr esta meta. Te agradezco señor por estar siempre a mi lado y nunca desampararme. Gracias señor por todo. DE TODO CORAZÓN A MIS PADRES, porque gracias a su sacrificio y su apoyo incondicional he podido culminar mi carrera, a mis hermanas por el cariño y ánimos para acabar la carrera. A mi hija por ser una motivación más para salir adelante, te quiero mucho. Cristian Alfredo Pari Hallasi v ÍNDICE GENERAL RESUMEN ........................................................................................................... i ABSTRACT ......................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................ iii DEDICATORIAS ................................................................................................ iv ÍNDICE ............................................................................................................... 1 INDICE DE FIGURAS ........................................................................................ 5 INDICE DE TABLAS .......................................................................................... 8 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 10 OBJETIVO PRINCIPAL .................................................................................... 11 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................ 11 JUSTIFICACIÓN .............................................................................................. 11 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................ 12 ANTECEDENTES ............................................................................................ 12 ALCANCES Y LIMITACIONES ........................................................................ 13 CAPÍTULO 1 MARCO TEORICO 1.1 Los Geosintéticos ...................................................................................... 14 1.1.1 Definición de los geosintéticos .......................................................... 14 1.1.2 Aspectos Generales .......................................................................... 14 1.1.3 Elementos de los geosintéticos. ........................................................ 16 1.1.3.1Polietileno. ................................................................................ 17 1. 1.3.2 Polipropileno ........................................................................... 17 1.1.3.3 Poliéster .................................................................................. 18 1.1.3.4 Policloruro de Vinilo ................................................................. 18 1.1.3.5 Poliuretano .............................................................................. 18 1.1.4 Introducción al uso de los Geosintéticos ........................................... 19 1.1.4.1 Diseño por función ................................................................... 19 1.1.4.2 Diseño por disponibilidad y costos ........................................... 20 1.1.4.3 Diseño por método empírico o experiencia.............................. 20 1 1.1.4.4 Diseño por especificaciones .................................................... 20 1.1.5 Funciones primordiales de los geosintéticos. .................................... 21 1.1.5.1 Separación. .............................................................................. 21 1.1.5.2 Refuerzo. ................................................................................. 22 1.1.5.3 Filtración. ................................................................................. 23 1.1.5.4 Drenaje planar. ........................................................................ 24 1.1.5.5 Barrera Impermeable. .............................................................. 25 1.1.5.6 Control de Erosión .................................................................. 25 1.1.6 Clasificación de los geosintéticos. .................................................... 27 1.1.6.1 Geotextiles ............................................................................... 27 1.1.6.2 Geomallas. .............................................................................. 29 1.1.6.3 Georedes ................................................................................ 32 1.1.6.4 Geomembranas ...................................................................... 34 1.1.6.5 Geocompuestos ...................................................................... 35 1.1.6.5.1 Geocompuestos Drenantes. ....................................... 35 1.1.6.5.2 Geocompuestos Impermeabilizantes ......................... 35 1.1.6.5.3 Geocompuestos Reforzantes ..................................... 36 1.1.6.6 Geoceldas ............................................................................... 37 1.1.6.7 Naturaleza polimérica de los geosinteticos y sus propiedades generales. ............................................................. 38 1.2 GEOTEXTILES ......................................................................................... 39 1.2.1 Características de los Geotextiles ..................................................... 40 1.2.2 Composición de los Geotextiles ........................................................ 41 1.2.2.1 Tipos de Fibras ....................................................................... 42 1.2.2.1.1 Monofilamentos .......................................................... 42 1.2.2.1.2 Multifilamentos .......................................................... 42 1.2.3 Clasificación de los Geotextiles ........................................................ 43 1.2.3.1 Clasificación según su método de elaboración ........................ 43 1.2.3.2 Clasificación de los geotextiles según su composición ............ 48 1.2.4 Procesos de fabricación .................................................................... 48 1.2.4.1 Tipo de filamentos ................................................................... 49 1.2.4.2 Tipo de proceso productivo...................................................... 50 2 1.2.4.2.1 Geotextiles Tejidos ..................................................... 50 1.2.4.2.2 Geotextiles No Tejidos .............................................. 51 1.2.5 Funciones de los Geotextiles ............................................................ 53 1.2.5.1 Función de separación ............................................................ 54 1.2.5.2 Función refuerzo ...................................................................... 54 1.2.5.3 Función de drenaje .................................................................. 55 1.2.5.4 Función filtro ............................................................................ 55 1.2.5.5 Función protección .................................................................. 56 1.2.5.6 Función de impermeabilización ............................................... 56 1.2.6 Propiedades de los Geotextiles ........................................................ 56 1.2.6.1 Requerimientos de las propiedades mecánicas ...................... 57 1.2.6.2 Requerimientos de propiedades hidráulicas ............................ 58 1.2.6.3Requerimientos para las Propiedades de Resistencia de los Geotextiles. .......................................................................... 59 1.2.6.4 Requerimientos para el geotextil en Drenaje Superficial ......... 60 1.2.6.5Requerimientos para las propiedades del geotextil en Separación ................................................................................ 61 1.2.6.6 Requerimientos para las propiedades del geotextil en condición de Subrasante. .......................................................... 62 1.2.6.7 Requerimientos para las propiedades en Estabilización ......... 63 1.2.6.8 Requerimientos para el geotextil en Control Permanente de Erosión. ................................................................................ 64 1.2.6.9 Requerimientos para geotextil en Defensas de Arcillas Temporales ............................................................................... 65 1.2.6.10 Requerimientos para Propiedades del Geotextil en Pavimentación. .......................................................................... 66 1.2.6.11 Normas usadas en el Perú ................................................... 66 CAPÍTULO 2 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 2.1 Materiales y equipos de ensayo ................................................................. 68 3 2.1.1 Materiales ......................................................................................... 68 2.1.2 Equipos ............................................................................................. 68 2.2 Caracterización Mecánica de los Geotextiles. ........................................... 77 2.2.1 Método de prueba estándar de medición de la masa por unidad de superficie de Geotextiles según norma ASTM D5261-92. .............. 77 2.2.2 Método de prueba estándar para propiedades de tracción de los Geotextiles según norma ASTM D 638-03. ......................................... 80 2.2.3 Método de prueba estándar para resistencia a la perforación de Geotextiles según norma ASTM D 4833-00. ....................................... 83 2.2.4 Método de prueba estándar por método de agarre para Geotextiles no tejidos bajo carga concentrada según norma ASTM D 4632-08 ............................................................................................ 86 CAPÍTULO 3 SIMULACIÓN DE APLICACIÓN DE GEOTEXTIL NO TEJIDO 3.1Planteamiento de aplicación ........................................................................ 92 3.2 Modelamiento ............................................................................................. 94 3.3 Resultados de la simulación ....................................................................... 95 3.3.1 Escenario 1 ....................................................................................... 96 3.3.2 Escenario 2 ....................................................................................... 98 CAPÍTULO 4 ANÁLISIS MECANICO Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 4.1 Análisis de la masa por unidad de superficie ........................................... 100 4.2 Análisis Mecánico por el Ensayo de Tracción ......................................... 104 4.3 Análisis Mecánico por el Ensayo de Punzonamiento ............................... 109 4.4 Análisis Mecánico por el Ensayo de Agarre ............................................. 113 4.5 Simulación del geotextil no tejido ............................................................. 117 4.5.1 Escenario 1 ........................................................................................... 117 4.5.2 Escenario 2 ........................................................................................... 117 4 CONCLUSIONES ........................................................................................... 118 RECOMENDACIONES .................................................................................. 119 REFERENCIAS BILIOGRÁFICAS ................................................................. 120 ANEXOS INDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Crecimiento del mercado de los geosintéticos en el mundo. ...... 16 Figura 1.2 Función de separación. ............................................................... 22 Figura 1.3: Función de refuerzo. ................................................................... 23 Figura 1.4 Función de Filtración ................................................................... 24 Figura 1.5 Función de drenaje planar ........................................................... 24 Figura 1.6 Función de barrera ...................................................................... 25 Figura 1.7 Control de Erosión....................................................................... 26 Figura 1.8 Clasificación de los geosintéticos ................................................ 27 Figura 1.9 Geotextil no tejido usado en separación de caminos. ................. 28 Figura 1.10 Rollos de Geotextil ..................................................................... 28 Figura 1.11 Geomalla Mono-orientada ........................................................... 29 Figura 1.12 Geomalla Bi-orientada. ................................................................ 30 Figura 1.13 Geomallas Multiaxiales ............................................................... 30 Figura 1.14 Colocación de la geomalla antes de la instalación del relleno de mejoramiento. Las geomallas en el mejoramiento de accesos mineros – Pierina (Obra: Mejoramiento vías de acerreo PIERINA) [10] ................................................................. 31 Figura 1.15 Colocación de las 10 pulg. de relleno de mejoramiento y aseguramiento de los traslapes (60cm) de la geomalla BX1200 [10]. ............................................................................... 32 Figura 1.16 Georedes .................................................................................... 33 Figura 1.17 Geomembrana HDPE ................................................................. 34 Figura 1.18 Geocompuestos Drenantes. a) Geocompuesto con geomalla. b) Geocompuesto con geotextil. ................................. 35 Figura 1.19 Geocompuestos Impermeabilizantes .......................................... 36 Figura 1.20 Geocompuestos Reforzantes ...................................................... 37 5 Figura 1.21 a) Geoceldas b) Geocelda Permeable ........................................ 38 Figura 1.22 Resistencia Química de los geotextiles ....................................... 40 Figura 1.23 Resistencia a temperatura .......................................................... 41 Figura 1.24 Geotextiles tejidos ....................................................................... 45 Figura 1.25 Geotextiles No tejidos ................................................................. 46 Figura 1.26 Tipos de fibras utilizadas en la construcción de geotextiles ........ 50 Figura 1.27 Funciones de los geotextiles ....................................................... 53 Figura 2.1: Geotextil No Tejido 270 g/m2 ...................................................... 68 Figura 2.2: Equipo para ensayo de Tracción y Agarre .................................. 69 Figura 2.3: Equipo para ensayo de Punzonado. ........................................... 70 Figura 2.4: Mordaza para ensayo de Tracción. ............................................. 70 Figura 2.5: Mordaza para ensayo de Agarre. ................................................ 71 Figura 2.6: Punzón. ....................................................................................... 71 Figura 2.7: Abrazadera de 2 ½” y tubo de apoyo. ......................................... 72 Figura 2.8: Prensa manual. ........................................................................... 72 Figura 2.9: Troquel. ....................................................................................... 73 Figura 2.10: Balanza digital. ............................................................................ 73 Figura 2.11: Micrómetro digital. ....................................................................... 73 Figura 2.12: Regla, marcador y cutter. ............................................................ 74 Figura 2.13: Hardware – PC ............................................................................ 75 Figura 2.14: Software – Ensayo de tracción y agarre. ..................................... 75 Figura 2.15: Software – Ensayo de punzonado. ............................................. 76 Figura 2.16: Microscopio estereográfico. ........................................................ 76 Figura 2.17: Micrómetro .................................................................................. 77 Figura 2.18: Probeta para medición de masa. ................................................ 78 Figura 2.19: Espesor de probetas. .................................................................. 79 Figura 2.20: Medición de masa. ...................................................................... 80 Figura 2.21: Dimensiones de probeta para ensayos de tracción .................... 81 Figura 2.22: Corte de material con troquel y prensa manual ........................... 81 Figura 2.23: Probetas marcadas para realizar ensayo de tracción ................. 82 Figura 2.24: Probeta instalada en mordazas para realizar el ensayo.............. 83 6 Figura 2.25: Probetas de 100x100mm para ensayo de resistencia a la perforación .................................................................................. 83 Figura 2.26: Proceso de sujeción de probeta en placa de apoyo. ................... 84 Figura 2.27: Posición centrada de la placa de apoyo ...................................... 85 Figura 2.28: Posición de punzón ..................................................................... 85 Figura 2.29: Ensayo de Punzonamiento ......................................................... 86 Figura 2.30: Diseño de mordaza para ensayo de agarre. ............................... 87 Figura 2.31: Trazado del sentido de las probetas. .......................................... 88 Figura 2.32: Trazado de probetas. .................................................................. 88 Figura 2.33: Línea central y horizontal en probetas de ensayo ....................... 89 Figura 2.34: Distancia entre mordazas al inicio del ensayo. ........................... 90 Figura 2.35: Montaje de probetas.................................................................... 90 Figura 2.36: Ensayo de Agarre........................................................................ 91 Figura 3.1 Vista en planta – Cruce de drenaje Tubería CPT con agujeros ............ 92 Figura 3.2 Sección A – Uso de geotextil para separación del terreno ................... 93 Figura 3.3 Diagrama de la aplicación ................................................................ 94 Figura 3.4 Modelamiento según aplicación ....................................................... 94 Figura 3.5 Representación de cargas del relleno estructural ............................... 95 Figura 3.6 Representación de cargas de camioneta ........................................... 95 Figura 3.7 Esfuerzo Von Mises ........................................................................ 96 Figura 3.8 Máximo Esfuerzo Von Mises ........................................................... 96 Figura 3.9 Resultados de esfuerzo por corte – Escenario 1 ................................ 97 Figura 3.10 Máximo esfuerzo por corte – Escenario 1 ......................................... 97 Figura 3.11 Deformación de geotextil – Escenario 1 ........................................... 98 Figura 3.12 Esfuerzo máximo por punzonamiento – Escenario 2 ......................... 98 Figura 3.13 Deformación – Escenario 2 ............................................................. 99 Figura 4.1 Fotografía del geotextil a 200 aumentos. ..................................... 103 Figura 4.2 a) Fotografía de material no ensayado a 200 aumentos b) Imagen de la zona de ruptura a 200 aumentos de la probeta de tracción. ..... 108 Figura 4.3 Vista del orificio generado por el punzón. .................................... 112 Figura 4.4 a) Fotografía de material no ensayado a 200 aumentos, b) Imagen de la zona de ruptura a 200 aumentos. ............................................. 116 7 INDICE DE TABLAS Tabla 1.1: Polímeros más usados en elementos geosintéticos.................... 16 Tabla 1.2 Algunas Características de la geomalla Bi-orientada .................. 30 Tabla 1.3 Algunas Características de la geomalla Multiaxiales .................. 31 Tabla 1.4 Porcentaje de uso de Geotextiles. .............................................. 41 Tabla 1.5 Propiedades de geotextiles tejidos .............................................. 43 Tabla 1.6 Propiedades de geotextiles no tejidos ......................................... 47 Tabla 1.7 Requerimientos de las propiedades mecánicas del geotextil (medidas en el sentido más débil del geotextil) ........................... 57 Tabla 1.8 Requerimientos mínimos de propiedades hidráulicas del geotextil ....................................................................................... 58 Tabla 1.9 Requerimientos para las Propiedades de Resistencia de los Geotextiles .................................................................................. 59 Tabla 1.10 Requerimientos para el geotextil en Drenaje Superficial ............. 60 Tabla 1.11 Requerimientos para las propiedades del geotextil en Separación .................................................................................. 61 Tabla 1.12 Requerimientos para las propiedades del geotextil en condición de Subrasante. ............................................................ 62 Tabla 1.13 Requerimientos para las propiedades en Estabilización ............. 63 Tabla 1.14 Requerimientos para el geotextil en Control Permanente de Erosión. ....................................................................................... 64 Tabla 1.15 Requerimientos para geotextil en Defensas de Arcillas Temporales ................................................................................. 65 Tabla 1.16 Requerimientos para Propiedades del Geotextil en Pavimentación ............................................................................. 66 Tabla 2.1: Descripción general del equipo de ensayo de Tracción y Agarre. ........................................................................................ 68 Tabla 2.2: Descripción general del equipo de ensayo de Punzonado. ......... 69 Tabla 2.3: Descripción general de hardware y software. ............................. 74 8 Tabla 2.4: Condiciones Ambientales en el laboratorio de ensayo de materiales .................................................................................... 79 Cuadro 4.1: Dimensiones de las probetas para ensayo de Gramaje. ........... 100 Cuadro 4.2: Resultados de ensayo de Gramaje. .......................................... 101 Cuadro 4.3: Determinación aproximada del espesor de las fibras del geotextil. .................................................................................... 104 Cuadro 4.4: Dimensiones de las probetas de ensayo de tracción. ............... 105 Cuadro 4.5: Espesor de las fibras (mm) antes y después del ensayo probeta Nº 3. ............................................................................. 107 Cuadro 4.6: Resultados de ensayo de Tracción. .......................................... 108 Cuadro 4.7: Dimensiones iniciales de las probetas para el ensayo de punzonamiento. ......................................................................... 110 Cuadro 4.8: Resultados de ensayo de punzonamiento. ............................... 111 Cuadro 4.9: Dimensiones iniciales de probetas para ensayo de Agarre. ...... 113 Cuadro 4.10: Resultados de ensayo de Agarre. ............................................ 114 Cuadro 4.11: Resultados de espesores del ensayo en el geotextil ............... 116 9 INTRODUCCIÓN Los geotextiles se pueden definir como un material textil permeable, plano y de varios tipos de polímeros, que se emplea en contacto con suelos y otros materiales para aplicaciones en ingeniería civil. Los polímeros usados en la elaboración de geotextiles suelen ser de origen sintético debido a su mayor durabilidad frente a los naturales. Los polímeros poseen propiedades físicas y químicas muy disímiles constituidas por moléculas simples. Los que se obtienen de manera industrial se conocen como plásticos, éstos también pueden ser llamados homopolímeros, los cuales se producen cuando el polímero es formado por la polimerización de monómeros iguales, el geotextil está formado en su mayor parte por polipropileno, que es un termoplástico obtenido por la polimerización del propileno, subproducto de la refinación del petróleo. Los geotextiles se caracterizan por ser multifuncionales una vez colocados en el terreno. Esta propiedad les garantiza una posición ventajosa frente a otros sistemas o productos que existen en el mercado: - Filtración: El geotextil retiene las partículas de grano fino al fluir el agua de la capa de grano fino a la capa de gano grueso. - Separación: Aparta dos capas de suelo de distintas propiedades físicas (granulometría, plasticidad, consistencia) y así evita que los materiales se junten. - Drenaje: El geotextil conduce y evacua sustancias líquidas, incluso gases en su mismo plano. - Refuerzo: Amplía la capacidad portante del suelo y la estabilidad en la construcción. - Protección: El geotextil resguarda a geomembranas y a otros productos relacionados contra ataques físicos como perforaciones, ralladuras, cortes, etc. 10 Las primeras referencias de la utilización moderna de geotextiles datan de los años 60 y se refieren a la construcción de obras marítimas en Holanda. Comenzaron a emplearse en funciones de drenaje y filtración. A partir de ese momento la tecnología de diseño y aplicación se va desarrollando tanto en Europa como en Estados Unidos y se consiguen nuevas funciones para otros campos de la obra civil, como son el refuerzo y separación del terreno, en el Perú su uso enfocado a asfaltado de carreteras y también aumentado en rubro de la minería. OBJETIVO PRINCIPAL Caracterizar en sus propiedades mecánicas el polipropileno como material textil plano de fibras poliméricas termoplásticas usado como geotextil non woven, utilizando un máquina universal de ensayos para polímeros tipo Instrom. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Realizar los ensayos de desgarre, tracción y elongación en este tipo de materiales, a fin de poder manejar las distintas variables que presenta el software asociado a la máquina de tracción para polímeros. 2. Efectuar distintos ensayos a tracción y elongación sobre probetas de geotextil no tejido utilizando la Norma ASTM D 4632. 3. Modelar el comportamiento de la fibra mediante software simulando un caso de estudio real. JUSTIFICACIÓN Uno de los primordiales usos de los textiles es como refuerzo a la tracción: usados debidamente, estos tejidos introducen un elemento resistente a la tensionl en el sistema estructural, normalmente son fuertes en compresión pero débiles en tensión. El efecto neto es similar a extender la carga sobre un área mayor. 11 Es por esta razón que se ha decidido realizar pruebas de tracción para éstos materiales a fin de evaluar esta propiedad en sus aplicaciones netamente geotécnicas y poder visualizar observaciones para optimizar su comportamiento a la tracción. El uso de la máquina de ensayos de tracción, puede ser utilizada para ensayar probetas normalizadas de polímeros y materiales compuestos, por lo tanto se puede brindar servicios para la industria y en investigación experimental; de esta manera se puede generar conocimientos e ingresos económicos a la Universidad. Identificación del problema En el mercado de los geotextiles el fabricante suministra la información obtenida de sus ensayos tomados aleatoriamente a sus lotes de fabricación, el gramaje de los geotextiles presentan mucha dispercion siendo esta la razón por la que exista la probabilidad que el geotextil no cumpla con las especificaciones indicadas. Antecedentes Los Geosintéticos son un grupo de materiales fabricados mediante la transformación industrial de substancias químicas denominadas polímeros, del tipo conocido genéricamente como “plásticos”, que de su forma elemental, de polvos o gránulos, son convertidos mediante uno o más procesos, en láminas, fibras, perfiles, películas, tejidos, mallas, etc., o en compuestos de dos o más de ellos, existiendo también algunas combinaciones con materiales de origen vegetal [13] - Los geosintéticos presentan además ventajas sobre los métodos tradicionales de construcción por su facilidad de colocación, durabilidad, rentabilidad a largo plazo.[3] Los geosintéticos son elaborados a partir de materiales poliméricos termoplásticos tales como el polietileno, polipropileno, poliéster y pvc 12 (policloruro de vinilo), también pueden ser utilizadas otros tipos de fibras como la fibra de vidrio y algunas fibras naturales. Los geosintéticos han sido utilizados desde hace varios años en diferentes de obras de ingeniería civil cumpliendo las funciones de refuerzo, filtración, drenaje, separación y barrera de fluidos.[1] Alcances y limitaciones  Se realizó el ensayo de gramaje de bajo la normas ASTM D5261-92.  Se realizó el ensayo de tracción para polímeros bajo la norma ASTM D 638-03.  Se realizó el ensayo de punzamiento bajo la norma ASTM D 4833-00.  Se realizó el ensayo grab del material bajo la norma ASTM D 4632-08.  El laboratorio de ensayo de materiales no cuenta con la mordaza indicada en la norma ASTM D 4632-08, se tuvo que fabricar el par necesario.  El laboratorio no cuenta con el punzón establecido en la norma ASTM D 4833 00, se fabricó un punzón.  Solo se utilizó un geotextil no tejido de 270 gr/m2.  Para la simulación del material se utilizó el software SAP, por ser el que contiene más propiedades de todo tipo de materiales. 13 CAPÍTULO 1 MARCO TEORICO 1.1 Los Geosintéticos 1.1.1 Definición de los geosintéticos Son productos compuestos de fibras naturales combinados con materiales termoplásticos, estos tienen diversas propiedades Hidráulicas, Físicas y Mecánicas, logrando un uso apropiado para distintas obras civiles [1]. Los geosintéticos son productos en el que, por lo menos, uno de sus elementos de composición es de origen plástico ya sea artificial o de fibras naturales, y se muestra a modo de láminas, mantas, filtros o disposición tridimensional, los geosinteticos son utilizados en contacto con el suelo o también con otros materiales dentro del campo de la ingeniería civil o de la geotecnia [2]. La ASTM D – 4439-97 [3] define los geosintéticos como productos elaborados de materiales poliméricos usados en suelos, roca, tierra y otros materiales geotécnicos similares, como una parte integral de proyectos de ingeniería civil, estructuras u otras construcciones elaboradas por el hombre. 1.1.2 Aspectos Generales Los geosintéticos se derivan de fibras sintéticas, conformados esencialmente de polímetros como: polietileno, poliamida, polipropileno y poliéster, siendo los dos últimos, en la actualidad, los de mayor uso. [2]. Las clases más frecuentes de geosinteticos usados en el área de la ingeniería son: geomembranas, georedes, geomallas, Geotextiles, geocompuestos y mantos usados en control de erosión 14 procedentes de la combinación de las características y propiedades de cada uno de los anteriores [2]. Los geosintéticos generalmente son identificados por [1]:  Masa por unidad de área.  Proceso de fabricación.  Polímero componente.  Propiedades físicas dependiendo de su aplicación. Existen diversos campos de empleo de los geosintéticos en el ámbito dela construcción de obras civiles y la edificación como son [4]:  Cuidados Medioambientales.  Control de Erosión.  Obras Hidráulicas  Obras Civiles. Para estudiar y comprender el progreso en el mercado nacional e internacional de los geosintéticos, es necesario estudiar su funcionalidad, naturaleza y ventajas dentro del desarrollo de un proyecto de pavimentación u otros. Los primordiales geosintéticos utilizados en este tipo de proyectos son los geotextiles, los geobloques, las geomallas y los geodrenes. Su importancia radica en que son muy buenos en la solución en problemas cotidianos que involucran suelos naturales con problemas (agua libre, baja capacidad portante, contaminación de suelos granulares con suelos finos de menor calidad, etc.). 15 Figura 1.1: Crecimiento del mercado de los geosintéticos en el mundo. Fuente: ptj.com.pk/Web-2010/07-10/Picture/World-consumption-of-geotex.jpg. 1.1.3 Elementos de los geosinteticos. Los geosinteticos están compuestos por polímeros y fibras naturales (ejemplo: yute, algodón, etc). Los polímeros más usados son el polipropileno (PP), el polietileno (PE), el poliéster (PS), el poliuretano (PU) y el policloruro de vinilo (PVC) [1]. Tabla 1.1: Polímeros más usados en elementos geosintéticos POLÍMERO ABREVIATURA UNIDAD DE REPETICIÓN Polietileno PE Polipropileno PP Poliéster Policloruro de vinilo PVC Poliuretano PU Fuente: “Introducción a la Química de los Polímeros”, Raimond B. Seymour & Charles E. Carreher. Editorial Reverte. SA Barcelona. 1995. 16 1.1.3.1 Polietileno. Termoplástico de color blanquecino, de transparente a translúcido. En secciones gruesas son translúcidas y tienen una apariencia cerosa. Mediante el uso de diversos colorantes pueden obtenerse varios productos coloreados [1]. El polietileno tiene propiedades que la hacen de una materia prima tan ventajosa para su manejo en los geosinteticos por tener buena flexibilidad, bajo peso, alta resistencia química, tenacidad y buenas propiedades eléctricas [1]. El polietileno de alta densidad (PAD) es un sólido translúcido rígido que se ablanda por calentamiento y puede ser obtenido en diferentes formas, incluyendo films (películas delgadas) y envases. A temperatura ambiente no sufre deformaciones ni se estira con facilidad. A -80 °C se vuelve quebradizo. En agua y en la mayoría de los solventes orgánicos es insoluble [7]. 1.1.3.2 Polipropileno[1] Es un plástico duro y resistente, es opaco y con gran resistencia al calor, se ablanda a una temperatura mayor a 150 ºC. Es resistente a los golpes aunque su densidad es baja, incluso se puede doblar fácilmente y resiste varios doblados motivo por el cual es empleado como material de bisagras. También es muy resistente a la corrosión. Es un material inerte, se utiliza para fabricar morteros de cemento por que el material es compatible con cementos y aditivos. Buenas propiedades mecánicas, siendo las mas importantes: más rígidez que la mayoría de los termoplásticos, poseen muy baja densidad, buena recuperación elástica, es un material reciclable, buena resistencia superficial, alta resistencia al impacto, tiene buena dureza superficial y estabilidad dimensional. 17 1.1.3.3 Poliéster [1] Es uno de los usados en la fabricación de geotextiles, se usan en la arquitectura textil, mezclándolo con fibras de vidrio, con una matriz termoplastica. Entre las propiedades más comunes se tiene:  Alta estabilidad dimensional.  Alta resistencia al calor, aguante a cambios bruscos de temperatura.  Poca contracción posterior al moldeo.  Alta resistencia a la fisuración. 1.1.3.4 Policloruro de Vinilo Es transparente, muy resistente químicamente y muestra gran estabilidad al paso del tiempo, por lo que se utiliza comúnmente en cañerías y ventanas [7]. Se obtiene mediante la polimerización de dos materias primas naturales como por ejemplo el cloruro de sodio y gas natural. Entre las propiedades más comunes se tiene:  Alta resistencia a la abrasión  Baja densidad  Buena resistencia al impacto  Es ductil y tenaz  Resistente a agentes químicos 1.1.3.5 Poliuretano [1]. Es utilizado en la fabricación de georedes por su alta resistencia a la deformación por compresión, la mayoría de veces se muestra como espuma rígida. 18 1.1.4 Introducción a la utilización de los Geosintéticos El tamaño de los elementos estructurales a utilizar es una de las grandes inquietudes que los arquitectos, diseñadores de edificios y los constructores deben resolver esta inquietud al inicio de los proyectos [4]. Esto tiene impacto tanto en el proyecto arquitectónico (altura del edificio, espacios arquitectónicos afectados, etc.) como en la evaluación de costos preliminar que determina la viabilidad del proyecto ante un estudio de prefactibilidad [4]. A partir del descubrimiento de los geosintéticos (Geotextiles, georedes, etc) como recientes materiales a utilizar en la ingeniería civil, se han creado distintos métodos de diseño las cuales se pueden catalogar en 4 clases [2]: 1.1.4.1 Diseño por función Consta en estudiar la aplicación o el fin primordial para la cual se pretende usar los geosintéticos (protección, drenaje, refuerzo, separación, filtración) y en base a ello, determinar los valores numéricos de la cualidad solicitada. Se debe tener en cuenta aspectos cualitativos y cuantitativos para realizar la elección del geosintético. Cuando se necesite que el geosintetico cumpla varias funciones alternadamente, la elección del tipo a utilizar será más confiable si este puede desempeñar las funciones simultáneamente. Los geosinteticos deben proporcionar un alto grado de seguridad en el cumplimiento de sus funciones, por tal La elaboración a partir de las materias primas en los geosinteticos debe ser controlada según la evaluación de sus propiedades durante el proceso de fabricación. 19 1.1.4.2 Diseño por disponibilidad y costos El proceso de diseño de los geotextiles en base a la disponibilidad y costo es común. Para realizar este diseño se consideran los recursos o fondos disponibles, los cuales se dividen por el espacio que es necesario cubrir y se calcula una cantidad máxima de geotextil aprobado según su precio unitario. Aquel que posea las mejores propiedades es elegido dentro de un precio límite. No debería utilizarse este método ya que no se siguen fundamentos técnicos. 1.1.4.3 Método empírico o Diseño por experiencia Este método requiere un gran número de datos previos, se fundamenta únicamente en la experiencia. Por ser poco preciso y desconocer el desarrollo tecnológico de los geosintéticos este diseño no es recomendable y se debe tener cuidado al usarlo. 1.1.4.4 Diseño según las especificaciones En la actualidad los fabricantes usan las normativas que se acatan en el país donde estén instalados para fabricar sus productos, por tanto las características o propiedades de los geosinteticos están definidas según el país de fabricación; esto genera una gran variabilidad de los criterios de diseño lo que hace difícil comparar productos de distinta procedencia. Debido a esto, los organismos de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), American Road Builders and Transportation Association (ARBTA) y la American Building Contractors (ABC) recomiendan las mínimas propiedades de los geotextiles en las siguientes áreas:  Filtración o permeabilidad (Geotextiles para drenaje) 20  Control de Erosion (por debajo de las rocas)  Separación (Para subrasante de suelo firme)  Estabilización y Separación (Para subrasante de suelos sueltos o fofos)  Control de sedimentos (Cerramiento temporal de sedimentos)  Control de la propagación de grietas (Estructura de pavimentos) Generalmente al usar el método por especificaciones se enumeran las exigencias mínimas de las propiedades del geotextil, mientras que generalmente el productor enumera los valores promedios por lote o el valor mínimo promedio de las propiedades de los rollos. 1.1.5 Funciones primordiales de los geosintéticos. Los geosintéticos incluyen una variedad de materiales de polímeros (PE, PP, PVC, entre otros) principalmente elaborados para utilizarlos en usos de tipo geoambiental, hidráulico, geotécnico y de ingeniería de transporte. Es mejor encontrar la función principal de un geosintético, el cual puede ser de: filtración, separación, drenaje, contención de fluido/gas, control de erosión o refuerzo. En ocasiones los geosintéticos tienden a asumir doble función [8]. 1.1.5.1 Separación. Actúan de forma que separan dos fracciones o lechos de suelo que tienen distribuciones de partículas diferentes (Ver figura 1.2). Por ejemplo, los geotextiles son utilizados para prever que materiales de base atraviesen suelos blandos o sueltos de capas profundas, manteniendo el grosor de diseño y la integridad del terreno. Los Geotextiles separadores también ayudan en la precaución del acarreo de granos finos en dirección de estratos o capas granulares permeables [8]. 21 Figura 1.2: Función de separación. Fuente: Articulo: “Geotextiles: La alternativa al concreto” Jürg Rupp, Textiles panamericanos. 1.1.5.2 Refuerzo Para producir un compuesto que mejore las propiedades de resistencia y deformación del suelo, los geosintéticos operan como un elemento de refuerzo dentro de la masa de suelo o en combinación con el propio suelo. Por ejemplo, geotextiles y geomallas son utilizados para agregar resistencia a la tracción a los suelos y así reforzar paredes de suelo verticales o con altos grados de inclinación [8]. Los geosinteticos (geomallas, geoceldas y geotextiles) colocados sobre subrasantes inestables distribuyen mejor los esfuerzos e incrementan la capacidad de carga, descartando la necesidad de cambiar los suelos (Ver Figura 1.3). Los geosinteticos diminuyen los asentamientos asociados con la dispersión lateral de los materiales base y sub base, cuando se sitúan dentro de las capas de base o sub base. La resistencia al daño mecanico, modulo de rigidez tensional y la interaccion entre geosintetico – suelo son las características que deben considerar paras características primordiales que deben considerarse para esta función. 22 Figura 1.3: Función de refuerzo. Fuente: Articulo: “Geotextiles: La alternativa al concreto” Jürg Rupp, Textiles panamericanos. 1.1.5.3 Filtración La función de Filtración se puede comparar a un filtro de arena el cual permite que las sustancias liquidas se muevan a través del suelo y retengan las pequeñas partículas trasladadas por el fluido. Por ejemplo, los geotextiles son utilizados para prevenir el traslado de agregados de los suelos o prevenir la producción de canales cuando se tiene drenaje en el sistema. También los geotextiles son utilizados debajo de sistemas de protección para prevenir la erosión del suelo como por ejemplo en desmontes o terraplenes de costas y ríos (ver Figura 1.4). Dicho de otra forma el flujo de las sustancias liquidas de la subrasante hacia las capas granulares pueden acarrear los finos hacia las capas inferiores. Esto ocurre debido a las lluvias o aumento del volumen de las aguas en la capa superior. En este caso, un geotextil puede actuar como un filtro, cediendo el paso libre de los líquidos en las capas superiores al mismo tiempo que detiene las partículas sólidas de la subrasante. Para cumplir esta función, el geotextil debe tener resistencia a la colmatación, permeabilidad y retención. 23 Figura 1.4: Función de Filtración. Fuente: Articulo: “Geotextiles: La alternativa al concreto” Jürg Rupp, Textiles panamericanos. 1.1.5.4 Drenaje planar. Los geosintéticos trabajan como drenajes o drenes para trasladar el flujo de liquidos a través de suelos menos porosos (Ver Figura 1.5.a). Por ejemplo, para distribuir las presiones de poro en la base de terraplenes se utilizan los Geotextiles y para grandes flujos fueron desarrollados drenes de geocompuestos Para evitar el deterioro de la vías por las aguas pluviales que caen sobre la vía es necesario que cuenten con un buen drenaje planar (Figura 1.5.b). Un geocompuesto de drenaje puede evitar la acumulación de aguas siempre y cuando se instalen en puntos relevantes en la estructura de la vía. La capacidad de descarga y la resistencia a daños físicos son primordiales en los materiales a utilizar en esta aplicacion. a b Figura 1.5: Función de drenaje planar. Fuente: Articulo: “Geotextiles: La alternativa al concreto” Jürg Rupp, Textiles panamericanos. 24 1.1.5.5 Barrera Impermeable. Los geosintéticos se comportan como una barrera impermeable para encapsular suelos expansivos y sustancias liquidas entre capas de los pavimentos. Combinaciones poliméricas (geomenbranas, geotextil con asfalto, elastómeros, revestimientos de arcilla, etc.) son utilizadas para impedir el flujo de sustancias liquidas. Los geosintéticos actúan como una también como barrera impermeable de gases. Esto también se aplica en encapsulación de suelos expansivos, contenedores de desperdicios y pavimentos. Figura 1.6: Función de barrera. Fuente: Articulo: “Geotextiles: La alternativa al concreto” Jürg Rupp, Textiles panamericanos. 1.1.5.6 Control de Erosión: Para disminuir la erosión del suelo ocasionado por el impacto de lluvias y drenajes de líquidos de superficie se usan los geosintéticos. Por ejemplo, para evitar la exposición del suelo a agentes erosionantes se colocan los taludes o declives tapetes livianos permanentes y mantas temporales de geosintéticos (ver figura 1.7). También para retener las partículas traídas por la escorrentía superficial se usan Barreras de geotextil. 25 Para prevenir la dispersión de desechos sueltos debido al viento o a aves en rellenos sanitarias los geosintéticos han sido usados como cubiertas en la superficie de estos rellenos sanitarias. Los geotextiles también han sido usados en encofrados flexibles de concreto y en la composición de bolsas de arena. Para crear terraplenes costeros o para desecación de lodos geotubos cilíndricos son manufacturados de geotextil que son llenados con relleno hidráulico Figura 1.7: Control de Erosión Fuente: Articulo: “Geotextiles: La alternativa al concreto” Jürg Rupp, Textiles ºpanamericanos. 26 1.1.6 Clasificación de los geosintéticos. Geotextiles Geored Geomalla GEOSINTÉTICO Geomembranas Geocompuestos Geocelda Drenantes Geocompuestos Geocompuestos Reforzantes Geocompuestos Impermeabilizantes Figura 1.8: Clasificación de los geosintéticos. Fuente: Propia 1.1.6.1 Geotextiles Material textil polimérico ya sea sintético o natural el cual puede ser no tejido o tejido, permeable, plano y que se emplea en ingeniería civil en contacto con suelos y otros materiales para aplicaciones geotécnicas [9]. Formado por fibras poliméricas termoplásticas de diversos orígenes, como las poliésteres, poli olefinas (PE, PP, PVC) y poliuretanos. Estos se clasifican en:  Tejidos; hilos entrelazados perpendicularmente, formando estructuras bidimensionales conformados por dos o más fibras, hilos, filamentos u otros elementos 27  No tejidos; la cohesion es asegurada por procedimientos mecánicos térmicos o quimicos y están formados por filamentos repartidos aleatoriamente. Figura 1.9: Geotextil no tejido usado en separación de caminos. Fuente: “http://www.membranasecologicas.com/textil.htm” Figura 1.10: Rollos de Geotextil. Fuente: “http://www.membranasecologicas.com/textil.htm” Los geotextiles están compuestos por componentes individuales llamadas fibras, cintas o filamentos de plástico, que siguiendo diferentes patrones de distribución, se juntan y enlazan entre sí por medio de diferentes procesos térmicos, químicos, mecánicos o la combinación de ellas, dando como resultado, estructuras continuas planas, porosas, permeables en forma de hojas y relativamente delgadas. 28 1.1.6.2 Geomallas. Son mallas poliméricas con espacios abiertos denominados “aperturas”, los cuales están delimitados por “costillas”. Figura 1.11: Geo malla Mono-orientada. Fuente: Proveedor Aquamarket La primordial función es indudablemente el refuerzo [2,4], la utilización del tipo de geomalla está sujeta al sentido en que los esfuerzos se transfieren en la estructura. Las geomallas varían en sus caracteristicas por: su tecnología de fabricación, por las distintas patentes existentes en el mercado y por su composicion quimica. Existen diferentes geomallas en formas y materiales diversos, con distintas aperturas de malla, diferentes espesores y diversas tecnologías de unión en las juntas. Tomar en cuenta la aplicacion de la geomalla a la hora de seleccionar la malla más adecuada ya que hay de distintas propiedades mecánicas. 29 Figura 1.12: Geomalla Bi-orientada. Fuente: Proveedor Aquamarket Tabla 1.2: Algunas Características de la geomalla Bi-orientada PROPIEDAD CARACTERISTICAS a) Alta resistencia con bajas deformaciones. Rigidez b) Soporte como zapatos de nieve. c) Confina el relleno d) Aperturas rectangulares. Geometría Abierta e) Juntas fuertes. f) Presentan resistencia a la tensión en dos Dirección de la resistencia direcciones. Fuente: USO DE GEOMALLAS EN CAMINOS MINEROS. Tello D. TDM Perú Congreso MinerNorte. Figura 1.13: Geomallas Multiaxiales. Fuente: Proveedor TDM – Perú. 30 Tabla 1.3: Algunas Características de la geomalla Multiaxiales PROPIEDAD CARACTERISTICAS g) Alta resistencia con bajas deformaciones. h) Soporte como zapatos de nieve. Rigidez i) Confina el relleno (sección con mayor peralte que BX). j) Aperturas triangulares. Geometría Abierta. k) Juntas mucho más fuertes. Dirección de la l) Presenta resistencia a la tensión “radial” (en resistencia todas sus direcciones). Fuente: USO DE GEOMALLAS EN CAMINOS MINEROS. Tello D. TDM Perú Congreso MinerNorte. Figura 1.14: Colocación de la geomalla antes de la instalación del material de relleno. Fuente: Obra: Mejoramiento vías de acarreo –PIERINA 31 Figura 1.15: Colocación de material de relleno y aseguramiento de los traslapes de la geomalla BX1200. Fuente: Obra: Mejoramiento vías de acarreo -PIERINA 1.1.6.3 Georedes Material geosintético que consiste de sistemas paralelos de cuerdas, sobrepuesto a sistemas iguales en ángulos variados, para permitir el drenaje de las sustancias líquidas o gases. Las georedes están habitualmente laminadas con geotextiles en una o ambas superficies y se denominan en ese caso geocompuestos de drenaje o geodrenes [11]. A diferencia de los geotextiles, las georedes debido a su rigidez y estructura no son deformadas apreciablemente por efecto de la carga existente sobre el revestimiento primario y por lo tanto la permeabilidad en el plano es alterada en menor grado. 32 Las georedes son de Polietileno de alta densidad (HDPE) por lo tanto son resistentes a agentes quimicos biológicos y quimicos, también son resistentes a los rayos ultravioleta (UV). Están formadas por filamentos paralelos entrelazados y por dos o tres dimensiones de capas, con esto obtienen buen drenaje y gran capacidad de flujo. La “geored” está formada por ligamentos sobrepuestas vinculados entre sí formando un sistema romboidal, que crean canales de alta capacidad drenante, los cuales son útiles en usos de ingeniería ambiental, geotécnica, transporte e hidráulica [2]. Las georedes biplanares contienen dos nervaduras superpuestas en ángulo, la instalación debe ser direccionando las uniones en el sentido de flujo deseado. Las georedes resuelven la mayoría de problemas relacionados a los materiales naturales ya que reemplazan a la grava y arena. El uso de materiales naturales ocasiona restricciones de construcción y calidad tales como: los espesores de los rellenos, estabilidad de taludes laterales, consistencia en la calidad, daños en las geomenbranas, etc. Figura 1.16: Georedes. Fuente: Proveedor TDM – Perú. 33 1.1.6.4 Geomembranas Son mantas impermeables, que se emplean en sistemas de impermeabilización: depósitos, vertederos, almacenamiento de agua o cubiertas planas de edificación. Pueden estar compuestas por diversos tipos de resinas:  Polipropileno (PP)  Clorosulfunado  Cloruro de polivinilo (PVC)  Polietileno de alta (HDPE), media y de baja densidad (LDPE). La aplicación primordial de las geomembranas es la impermeabilización en obras geotécnicas , civiles y ambientales en trabajos de manejo de rellenos sanitarios, minería, agricultura, lagunas de oxidación, acuicultura, riego, proyectos hidráulicos, etc. Figura 1.17: Geomembrana HDPE. Fuente: Propia. 34 1.1.6.5 Geocompuestos 1.1.6.5.1 Geocompuestos Drenantes. Están formados por una geored y por uno o dos geotextiles; el primero es un material formado por dos hilos de polietileno de alta densidad (HDPE) superpuestos y el segundo es un geotextil no tejido son normalmente de polipropileno (PP), pudiendo ser también de poliéster (PS), los geotextiles actúan como filtrantes, anticontaminantes de finos, protectores, separadores, protectores y filtrantes, la geored tiene alta capacidad de evacuación de sustancias liquidas ya que forma canales, incluso cuando se someten a grandes cargas y se colocan horizontalmente. Para agregar la función de impermeabilizante el geocompuesto deberá incorporar una geomenbrana. Figura 1.18: Geocompuesto drenante: Geotextil + Geomalla. Fuente: Proveedor Atarfil – España 1.1.6.5.2 Geocompuestos Impermeabilizantes Geocompuesto conformados de bentonita de sodio natural la cual está encapsulada por dos geotextiles, uno no-tejido y el otro tejido. Todos los elementos están unidos fijamente mediante el proceso de agujereado, lo 35 que le confiere al producto final gran robustez y un margen de seguridad alto en las instalaciones en taludes [12]. Figura 1.19: Geocompuestos Impermeabilizante: Geotextil + bentonita Fuente: Proveedor Emaresa – Chile. 1.1.6.5.3 Geocompuestos Reforzantes Para el uso de asfaltos se utilizara un Geocompuesto formado por un geotextil no tejido, geomalla de fibra de vidrio con recubrimiento bituminoso [12]. Con el objetivo de controlar fatiga, agrietamientos por tracción, deformaciones plásticas y compresión, en los capas de concreto asfáltico que se aplican en vías de bajo y alto tránsito, plataformas, autopistas, aeropuertos entre otros se usan las geomallas de Fibra de Vidrio las cuales por lo general son flexibles; su primordial función consiste en incrementar la resistencia a la tracción de la cubierta asfáltica asegurando bajo una carga vertical, una distribución uniforme de los esfuerzos horizontales en una mayor área, lo que da como resultado una vía sin grietas por bastantes años. La Geomalla de composición de fibra de vidrio tiene un alto módulo de Young, siendo este módulo de Young mayor al módulo del asfalto. Y es 36 por ello es que la geomalla es este quien toma sobre sí las cargas, las Geomallas de fibra de vidrio son más eficientes que otros materiales usados como reforzante. Las fibras son de origen mineral compuesto por arenas de cuarzo, lo que lo convierte en un material fácil de reciclar; su punto de fusión esta entre 800 - 850 ºC esto le permite trabajar en conjunto con todo clases de asfalto. Figura 1.20: Geocompuestos Reforzantes: Geotextil + Geomalla de fibra de vidrio. Fuente: Proveedor Emaresa – Chile. 1.1.6.6 Geoceldas Son sistemas tridimensionales de confinamiento celular elaborados en paneles de polietileno o polipropileno. Por su alta resistencia sirven para el confinamiento de cargas. Los terrenos con buena capacidad de drenaje son difíciles de confinar, para esto, la geocelda es una solución para conseguir el confinamiento del terreno con un buen drenaje. 37 Figura 1.21: Geoceldas. Fuente: Proveedor TDM - Perú 1.1.6.7 Naturaleza polimérica los geosintéticos y sus propiedades generales. Los polímeros son los elementos primordiales en los geosintéticos. Hoy en día, varias industrias suplen favorablemente materiales tradicionales como suelos, agregados, vidrio, metal, etc., por materiales de poliméricos, que poseen, en general, las siguientes propiedades [13]: - Los polímeros son ligeros, existiendo materiales menos densos que el agua. - Ductilidad es decir forman hilos. - Son maleables - Poseen alta elasticidad - Resistencia a esfuerzos mecánicos - Dependiendo de composición, resistencia a agentes químicos. - Mediante aditivos o procesos mecánico–térmicos tienen la posibilidad de mejorar sus propiedades. - Rangos variables de resistencia a los agentes del medio exterior, existiendo algunos que deben ser protegidos y otros que pueden ser expuestos a la intemperie por rangos de tiempo largos, sin experimentar deterioro. - Son hidrofóbicos. poseen baja absorción de agua 38 - Según el material de que se trate poseen resistencia a la biodegradación. La familia de los Plásticos es muy amplio. Los polimeros que se usan para fabricar geosintéticos es solo una pequeña fracción de los plásticos que se usan en actualidad. Las propiedades específicas de un plástico dependen generalmente de la combinación de muchas variables, las cuales son, entre otras [13]:  Naturaleza química: Grupos funcionales que posea, dispersión del peso molecular, ramificaciones de la cadena primordial, agregado químico de elementos (copolímeros), agregado físico de aditivos acoplantes, tipo de formulación, entre otros.  Historial de esfuerzos, temperaturas y exposición a agentes ambientales durante su vida útil.  Procesos de conformado o formado  Procesos de acabado. Para caracterizar o nombrar de manera completa, un polímero el nombre genérico de un plástico o polímero, tal como “Polipropileno”, “Polietileno de Alta Densidad”, “Poliéster”, etc., no es suficiente, porque bajo la misma designación pueden fabricarse variados productos, con diferentes propiedades. 1.2 GEOTEXTILES En el grupo de los geosintéticos se encuentran los Geotextiles que se definen como “Un material textil plano, permeable y de varios tipos de polímeros ya sean sintéticos o naturales, los cuales pueden ser tejidos, no tejidos o tricotados y que se emplean en contacto, ya sea encima, debajo o enterrado en el suelo (piedras, arenas, tierra, etc.) o con otros materiales para aplicaciones geotécnicos en ingeniería civil” [1, 2, 4,14]. 39 Los geotextiles son telas cuyos componentes individuales son fibras, filamentos, o cintas de polímeros, que siguiendo varios patrones de distribución de sus componentes individuales, se juntan y entrelazan entre sí por medio de diversos métodos que les someten a acciones térmicas, mecánicas, químicas, o la combinación de ellas, dando como resultado, estructuras continuas, relativamente delgadas, permeables y porosas en forma de hojas, que poseen resistencia en su plano [13]. 1.2.1 Características de los Geotextiles  Resistencia a la tracción: Es posible que el geotextil absorba esfuerzos producidos en estructuras sometidas a carga.  Elongación: Permite un acoplamiento en terrenos irregulares, manteniendo su resistencia bajo deformaciones iniciales.  Resistencia Química: Los Geotextiles resisten ácidos, álcalis, bacterias, microbios, insectos, etc; debido a su fabricación en polipropileno. Figura 1.22: Resistencia Química de los geotextiles. Fuente: Propia  Resistencia a Temperatura: resiste altas temperaturas.  Permeabilidad y Capacidad de filtración: Los Geotextiles permiten el paso del agua y retienen los materiales finos debido a su porosidad. 40 Figura 1.23: Resistencia a temperatura. Fuente: Propia 1.2.2 Composición de los Geotextiles Los polímeros usados en la elaboración de los geotextiles pueden ser de las siguientes clases de resina: Tabla 1.4: Listados en orden de uso decreciente en geotextiles POLÍMERO PORCENTAJE Polipropileno 92% Poliéster 5% Polietileno 2% Poliamida (nylon) 1% Fuente: Robert M. Koerner. “Designing With Geosynthetics”. Quinta Edición. U.S.A. En la fabricacion de los geotextiles se destacan dos factores muy importantes: la fibra empleada y el tipo de material empleado. La resistencia de la fibra como estructura química, están ligadas con los tipos de polímeros usados. Por ser altamente inerte a la degradación biológica y química; y resistente al ataque de los hongos y mohos los geotextiles son duraderos. Su elaboración puede ser para usos muy particulares, donde se pueden usar 41 distintos tipos de materiales como por ejemplo la incorporación de hilos de acero que acompañarían a los polímeros sintéticos, también se puede usar la fibra de vidrio para producir geotextiles especiales, en ciertos casos se usan fibras naturales. 1.2.2.1 Tipos de Fibras: 1.2.2.1.1 Monofilamentos: Son una masa de polímeros reblandecidos por calor o con ciertos solventes, esta masa es presionada en forma continua contra un conjunto de finos orificios de una especie de troquel especial o también llamada máquina de hilar. Como resultado se obtiene un conjunto de fibras de un solo filamento que son extraídos y simultáneamente estirados con lo que se reduce el diámetro del filamento. Estos filamentos a su vez se pueden clasificar de acuerdo a su composición:  Homofilamentos: Son aquellos filamentos compuestos de un solo tipo de polímeros.  Heterofilamentos: Entran en este grupo todos aquellos filamentos compuestos por dos o más polímeros. 1.2.2.1.2 Multifilamentos: Son el resultado de la combinación organizada de fibras de un solo filamento conformando una especie de hilo. A continuación mencionaremos ciertos tipos de multifilamento:  Estopa Sintética Este tipo de fibras es el conjunto de miles de monofilamentos enredados y empaquetados.  Hilos Hebras  Cintas 42 1.2.3 Clasificación de los Geotextiles 1.2.3.1 Clasificación por su método de elaboración a) Geotextiles Tejidos Geotextil elaborado al entretejer, habitualmente en ángulo recto, dos o más conjuntos de fibras, filamentos, hilos, cintas u otros elementos [9]. Tabla 1.5 Propiedades de geotextiles tejidos PROPIEDADES/ TIPO UNIDADES NORMA CARACTERISTICAS I II III IV V MECANICAS Resistencia mínima a la ASTM D tracción en la dirección kN/m 25 35 55 75 100 4595 longitudinal carga distribuida Alargamiento a rotura máximo ASTM D % 25 en cualquier sentido 4595 ASTM D Resistencia mínima al 6241 – kN 3.5 4.5 4.5 4.5 4.5 punzonado 99. HIDRAULICAS ASTM D Abertura de filtración máxima micrones 300 300 300 300 300 4751 Permeabilidad mínima para un ASTM D litros/m2/seg 10 gradiente de 0.10 m. 4491 DURABILIDAD Perdida inferior al 50% de la resistencia a la Resistencia mínima a la ASTM D tracción inicial luego de una exposición de degradación 4355-92 3.400 hs Fuente: Díaz J., Escobar O., Olivo E. “Aplicación de los Geosintéticos en la Estructura de los Pavimentos y en Obras de Drenaje para carreteras”. Universidad de El Salvador. Facultad de ingeniería y Arquitectura. Escuela de Ingeniería Civil. San Salvador. 2009 43 De acuerdo a su dirección pueden ser los Geotextiles tejidos pueden ser:  Dirección de fabricación (orientación de la máquina): Orientada paralela a la de fabricación de un geotextil (por ejemplo para geotextiles tejidos es la dirección de la urdimbre).  Dirección perpendicular a la de fabricación: La dirección, en el plano del geotextil perpendicular a la dirección de fabricación (por ejemplo en geotextiles tejidos, es la dirección de la trama). Se puede decir que los geotextiles están formados por cintas entretejidas en una máquina. Pueden ser: Tejidos de calada o tricotados.  Los Tejidos de calada son los formados por cintas de urdimbre (sentido longitudinal) y de trama (sentido transversal). Poseen resistencia a la tracción en los dos sentidos de su fabricación ósea biaxial y de acuerdo a las cualidades de las cintas usadas su resistencia puede ser elevada, además posee una forma plana.  Los tejidos tricotados son elaborados con hilo entrelazado en una máquina tejedora de punto. De acuerdo a su fabricación, ya sea en máquinas circulares y tricotosas o Raschel y Ketten su tenacidad a la tracción podría ser multiaxial o biaxial. Además su estructura es tridimensional. 44 Figura 1.24: Geotextiles tejidos Fuente: Proveedor TDM – Perú. b) Geotextiles No Tejidos La estructura no tejida se conforma por distintos métodos y de acuerdo a cual sea el método empleado (Termosoldado, unión química u otro) se unen los filamentos o fibras, es decir los Geotextiles no tejidos están formados por filamentos o fibras apiladas. Geotextil con fibras u elementos orientados de forma regular o aleatoriamente, en forma de lámina plana, unidos químicamente, mecánicamente o por temperatura, o combinación de ellos. Pueden ser de filamento continuo o fibra cortada [9]. De acuerdo a la técnica empleada para unir sus filamentos, se dividen en: 45  Geotextiles No Tejidos punzonados por agujas o ligados mecánicamente. Se utilizan varias agujas que atraviesan la estructura con diversos movimientos rapidos.  Geotextiles No Tejidos termosoldados o ligados térmicamente Se logra por unir los filamentos por acción conjugada de calor y presión (calandrado)  Geotextiles No Tejidos resinados o ligados químicamente Se utiliza una resina para conseguir la unión entre los hilos. Figura 1.25: Geotextiles No tejidos. Fuente: Proveedor TDM – Perú. 46 Tabla 1.6: Propiedades de geotextiles no tejidos PROPIEDADES / TIPO UNIDADES NORMA CARACTERISTICAS I II III IV V MECANICAS Resistencia mínima a la ASTM D tracción en la dirección kN/m 8 10 16 21 31 4595 longitudinal carga distribuida Alargamiento a rotura máximo ASTM D % 45-55 en cualquier sentido 4595 Resistencia mínima al desgarre ASTM D trapezoidal en sentido N 220 300 440 540 800 4533 longitudinal Resistencia mínima al kN 1.30 2.00 3.10 4.10 6.00 ISO 12236 punzonado (Pizon CBR) Resistencia mínima al estallido ASTM D Mpa 1.20 1.70 2.60 3.40 5.00 (Mullen Burst) 3786 HIDRAULICAS 250 230 190 Abertura de filtración 160 130 ASTM D Micrones y y y comprendida entre y 90 y 60 4751 150 130 110 ASTM D Permeabilidad normal mínima cm/s 0.4 4491 Permeabilidad planar mínima ASTM D cm/s 0.6 (Presión 20 kPa) 4716 Transmisividad (Presión 20 ASTM D cm2/s 0.07 0.09 0.12 0.15 0.21 kPa) 4491 FISICAS Aspecto: “Las capas deben estar exentas de defectos tales como zonas raleadas, agujeros o acumulación de filamentos”. Color: “No se admiten materiales cuyos polímeros constituyentes no hayan sido estabilizados contra los rayos ultravioletas”. Fuente: Díaz J., Escobar O., Olivo E. “Aplicación de los Geosintéticos en la Estructura de los Pavimentos y en Obras de Drenaje para carreteras”. Universidad de El Salvador. Facultad de ingeniería y Arquitectura. Escuela de Ingeniería Civil. San Salvador. 2009 47 1.2.3.2 Clasificación de los geotextiles según su composición Al existir gran diversidad de usos de los Geotextiles estos se pueden fabricar con fibras sintéticas, artificiales o naturales. Siendo las fibras sintéticas las que más se usan, debido a ello por lo general asociamos a los geotextiles a filamentos o fibras sintéticas. a) Fibras naturales En la fabricación de geotextiles biodegradables se puede utilizar fibras de origen animal (proteínas) como pelos, lana, seda, cueros… o vegetal como coco, yute, lino, algodón,… b) Fibras artificiales Aquellas fibras provenientes de la celulosa como el acetato, la viscosa y el rayón. c) Fibras sintéticas o artificiales Son aquellas fabricadas con filamentos o fibras obtenidas de plasticos artificiales o sintéticos cuando al geotextil se le exige que dure y sea resistente a al ataque de bacterias y microorganismos. Las fibras sintéticas más utilizadas son el polietileno, polipropileno, poliéster, poliacrílico y poliamida. 1.2.4 Procesos de fabricación Actualmente se han diseñado varias formas de tejidos y clases de fibras, tanto para usos específicos como para uso en general. Existen 3 puntos que son primordiales para las industrias el tipo de: filamentos, polímero y proceso productivo. 48 1.2.4.1 Tipo de filamentos El polímero elegido es calentado y por presión se transforma en un fundido, después es obligado a pasar por un molde de este molde salen en estado semilíquido las cintas planas o las fibras y seguidamente por acción del aire o agua se las enfría para convertirlas en polímero en estado sólido pero elongable, al mismo tiempo al material se le estira para reducir sus dimensiones de ancho o espesor lo cual provoca una orientación de las moléculas u ordenamiento lo que conlleva al aumento de la resistencia de los filamentos en dirección de su longitud, su módulo de elasticidad aumenta y su deformación a la ruptura disminuye. Modificando estas variables podemos lograr diferentes posibilidades de la característica Esfuerzo vs Deformación. El calibre de la cinta o de la fibra se determina por su denier. El denier es la masa (g) de nueve mil metros de filamentos. Con las fibras se pueden obtener hilos entrelazados o se puede entrelazar filamentos continuos produciendo otras propiedades que después serán tejidos. Las llamadas cintas “ranuradas” o películas, es el último tipo de filamentos que mencionaremos, estas se producen a partir de una lámina continua de plástico la cual se corta en cintas haciendo uso de cuchillas y seguidamente se enrrollan en carretes para seguir los procesos de urdido y tejeduría. 49 Figura 1.26: Tipos de fibras utilizadas en la produccion de geotextiles. Fuente: Robert M. Koerner “Designing with Geosynthetics”- III Edición 1.2.4.2 Tipo de proceso productivo Teniendo fabricados los filamentos, dependiendo del proceso posterior estos se convierten en telas Tejidas o No Tejidas. 1.2.4.2.1 Geotextiles Tejidos En el caso de geotextiles Tejidos el tipo peculiar del tejido se establece por la secuencia en la cual los filamentos de la urdimbre y de la trama son entrecruzados (tejidos) en el telar y se trabajan cintas o hilos en un telar. La urdimbre va en sentido longitudinal y la trama que va en el sentido transversal componen el tejido; la urdimbre ingresa al telar por la parte posterior mediante unos elementos separadores y organizadores llamados laminillas y atraviesan los lizos, los peines y entran a la mesa del telar en donde se entretejen con las tramas, quienes son aportadas desde un lado del telar, las urdimbres se 50 cruzan en dos grupos unas suben y otras bajan dejando un espacio por donde pasa la trama (el “relleno“) transportada por un elemento llamado proyectil, despues las urdimbres vuelven y se cruzan “aprisionando” la trama y se repite el ciclo formado el tejido. El borde de la tela donde la trama regresa un pequeño tramo (orillo) garantiza que el tejido conserve su estructura planeada. En los geotextiles Tejidos podemos enumerar diferentes modalidades:  Geotextil Tejido plano: Popular como “uno arriba y uno abajo”, este es el tejido más simple y común, el cual es elaborado mediante el tejido de cintas.  Geotextil Tejido canasta: A manera de una sola cinta, este tejido utiliza 2 o más urdimbres y/o tramas de relleno. Este es el caso de un tejido canasta donde puede ser dos tramas y un urdimbre o dos por dos urdimbres y tramas, funcionando estos como unidades individuales. 1.2.4.2.2 Geotextiles No Tejidos Existe diferencia en la elaboración de telas no tejidas. Para la fabricación de tela No Tejido habitualmente incluye 4 pasos esenciales: acondicionamiento o preparación de la fibra, elaboración del velo, fijación del velo y adecuación o tratamiento posterior. Se puede usar filamento continuo o fibra cortada, estos últimos se consiguen a partir de fibras entre 50-150 mm de longitud y los de 51 filamento continuo se consiguen por extrucción directa de un polímero y formación del velo. Existen 3 tipos de procesos de fabricación:  Geotextiles No Tejidos punzonados por agujas: Los geotextiles elaborados por este método poseen buenas propiedades mecánicas ya que mantienen en parte el espesor del velo lo que les confiere gran elongación (desde un 40% hasta un 120% o más) y mayor volumen siendo esto lo que les confiere excelente adaptabilidad a las desuniformidades del suelo, buenas propiedades para protección, (lo que suele denominarse efecto colchón) y muy buenas funciones de separación y filtración. Los geotextiles. Los no tejidos punzonados se obtienen a partir de un entretejido de fibras o filamentos los cuales están combinados aleatoriamente, a este entretejido se conoce como velo, fortaleciéndose al pasar por un tablero de punzones o agujas en una máquina punzonadora.  Geotextiles No Tejidos termosoldados: La consolidación del geotextil y unión de fibras se obtiene por soldadura en los puntos de intersección y fusión de las fibras, mediante un calandrado a temperatura elevada. Poseen buenas características mecánicas y poca flexibilidad es decir son algo rígidos, en cuanto a su elongación y su espesor estos son ligeramente menores a la de los Geotextiles No Tejidos punzonados, debido a esto su permeabilidad y transmisividad son menores.  Geotextiles No Tejidos ligados químicamente: La unión entre sus filamentos es conseguido añadiendo ligantes químicos o resinas. Debido a su elevado costo su empleo está muy 52 poco desarrollado. Si deseamos elaborar geotextiles de separación y protección, no debemos usar este método ya que en la estructura de los de protección debemos de evitar componentes químicos diferentes al de los plásticos, los cuales pueden cambiar sus características y causar incompatibilidades o diferencias químicas con otros componentes con los que pudiera estar en contacto. 1.2.5 Funciones de los Geotextiles El uso de los Geotextiles tejidos y no tejidos en los diversos campos de aplicación puede establecerse a través de las funciones que va a Realizar. El Geotextil puede cumplir simultáneamente varias funciones en la mayoría de las aplicaciones, no obstante siempre existirá una función primordial la cual define la selección de la clase a usar. A continuación se muestran los diversos requerimientos mecánicas e hidráulicas necesarias para su desarrollo, así como las funciones y usos que pueden realizar los geotextiles, Figura 1.27: Funciones de los geotextiles. Fuente: Catalogo INSYTEC, Proveedor de Geotextiles 53 1.2.5.1 Función de separación Los geotexiles desempeñan esta función separando 2 capas o mantos de suelo que posean diferentes características o propiedades físicas (densidad, granulometría, permeabilidad, etc.) impidiendo en todo momento que se junten los materiales:  En caminos y pistas de aterrizaje no pavimentados, entre la subrasante y la base de piedra.  Entre la cimentación y terraplenes de suelos como sobrecargas  Entre capas de base de relleno y piedras.  Entre capas de drenaje de piedra y geomembranas  Entre capas de suelo encapsuladas y la cimentación  Entre los suelos de cimentación y muros de retención rígidos y flexibles.  En caminos y pistas de aterrizaje pavimentados, entre la subrasante y la base de piedra.  Entre los suelos de cimentación y pilas de almacenamiento  Entre bermas y taludes de estabilidad aguas abajo  Entre terraplenes de suelos y la cimentación para rellenos de caminos y para presas de tierra y roca  Debajo de áreas de sardineles y de estacionamiento.  Debajo de campos deportivos y de atletismo  Debajo de bloques prefabricados y paneles para pavimentos estéticos  Entre capas de drenaje en masas de filtro pobremente gradado  Entre diversas zonas de presas en tierra  Entre capas antiguas y nuevas de asfalto 1.2.5.2 Función refuerzo En la función de refuerzo se aprovecha el comportamiento a tracción del Geotextil para optimizar las propiedades mecánicas de 54 una capa de suelo, con el objetivo de controlar las tensiones tangenciales tanto en la etapa de servicio como en la etapa de construcción. El Geotextil se comporta como un componente estructural y de aislamiento de los granos del suelo, permitiendo propagar y repartir las tensiones locales. Esto mejora la calidad de los suelos aumentando la capacidad portante y la estabilidad de la construcción. 1.2.5.3 Función de drenaje La capacidad de drenaje de un suelo depende de la efectividad de drenaje del Geotextil empleado y del gradiente de presiones a lo largo del camino de evacuación del fluido. La función de drenaje consiste en la captación y transporte de fluidos y gases en el plano del Geotextil. Así mismo el Geotextil debe evitar el transporte o lavado de arcillas o partículas finas, si estas partículas se depositan en geotextil, disminuyen su permeabilidad horizontal. Adicionalmente debe asegurar que el agua se transporte en su plano sin causar enormes pérdidas de presión. 1.2.5.4 Función filtro De acuerdo al tamaño del poro del Geotextil y las partículas del terreno, evita o impide el paso de determinadas partículas a través del Geotextil, es usado como filtro en muchos sistemas de drenaje ya que no impide el paso de gases o fluidos. Filtración (Flujo en el plano transversal)  Debajo de rellenos sanitarios para los lixiviados  En filtración rellenos hidráulicos  A modo de protección contra los sedimentos 55  A manera de cortina en los sedimentos.  Para caminos y pistas de aterrizaje pavimentados, debajo de base de piedras.  Para caminos y pistas de aterrizaje no pavimentados, debajo de base de piedras. 1.2.5.5 Función protección En un sistema geotécnico protege, limita o impide un potencial deterioro. Por ejemplo en las acumulaciones de agua o embalses se denomina capa impermeabilizadora y está compuesto por la Geomembrana y el Geotextil. Este último previene potenciales perforaciones o roturas en la geomembrana. También previene las perforaciones que podrían causar las plantas que crecen por debajo de la capa impermeabilizante. 1.2.5.6 Función de impermeabilización La función de impermeabilización se obtiene mediante la impregnación del Geotextil con algún componente impermeabilizante sintético o asfalto. En esta función no se permite el paso del agua u otros líquidos. Para esta función los geotextiles deben tener la rigidez y la resistencia adecuada para poder colocarlos, así también para compensar las tensiones térmicas deberá tener la capacidad de deformación suficiente. 1.2.6 Propiedades de los Geotextiles Al utilizar geotextiles Tejidos o No Tejidos fabricados a partir de plásticos sintéticos de cadena larga, conformados con una cantidad mínima del 95% en peso de poliolefinas o poliéster; se deberán cumplir con las propiedades mecánicas e hidráulicas que se describen y enumeran a continuación: 56 1.2.6.1 Requerimientos de las propiedades mecánicas Las propiedades de resistencia de los geotextiles dependen de los requerimientos de vida en base al ambiente de su entorno y de las condiciones y procedimientos de instalación. Estas propiedades corresponden a la instalación en condiciones normales. Tabla 1.7 Requerimientos de las propiedades mecánicas del geotextil (medidas en el sentido más débil del geotextil) VALOR VALOR MIN NORMA DE PROPIEDAD PROMEDIO POR PROM. POR ENSAYO ROLLO (VMPR) (1) ROLLO (VMPR) (1) Elongación medida INV E -901 Elongación <50%(2) Elongación ≥50%(3) Resistencia a la INV E -901 1100N 700N tensión (Grab) Resistencia a la INV E -901 990N 630N costura Resistencia a la penetración con pistón 50mm de INV E -913 2200N 1375N diámetro Resistencia al rasgado INV E -903 400N(4) 250N trapezoidal (1) Los valores numéricos de la Tabla corresponden al valor mínimo promedio por rollo (VMPR). El valor mínimo promedio por rollo, es el valor mínimo de los resultados de un muestreo de ensayos de un proceso para dar conformidad a un lote que está bajo comprobación, el promedio de los resultados correspondientes de los ensayos practicados a cualquier rollo del lote que se está analizando, debe ser mayor o igual al valor presentado en esta especificación y corresponde a la traducción del nombre en Inglés “Minimun Average Roll Value (MARV)”. Desde el punto de vista del productor, 57 corresponde al valor promedio del lote menos dos (2) veces la desviación estándar de los valores de la producción. (2) La elongación < 50% hace referencia a los geotextiles tejidos, medida según ensayo INV E-901. (3) La elongación > 50% hace referencia a los geotextiles no tejidos, medida según ensayo INV E-901. (4) El valor (VMPR) para la resistencia al rasgado trapezoidal de los geotextiles tejidos monofilamento es de 250 N. 1.2.6.2 Requerimientos de propiedades hidráulicas Tabla 1.8 Requerimientos mínimos de propiedades hidráulicas del geotextil Propiedad Norma de ensayo Valor Promedio por rollo (VMPR) Permitividad(5) INV E -905 0.02 s-1 Tamaño de INV E -907 0.60mm abertura aparente(6) Estabilidad INV E -910 50% después de ultravioleta 500h de exposición La Permitividad del geotextil debe ser mayor que la permitividad del suelo (Ψg>Ψs). El interventor también podrá exigir una permeabilidad del geotextil mayor que la presentada por el suelo (kg>ks). (6) El valor del Tamaño de Abertura Aparente (TAA) representa el valor máximo promedio por rollo. 58 1.2.6.3 Requerimientos para las Propiedades de Resistencia de los Geotextiles. Tabla 1.9 Requerimientos para las Propiedades de Resistencia de los Geotextiles. Clase de geotextil(1) (2) (tabla1) Clase 1 Clase 2 Clase 3 Método Elongación Elongación Elongación Elongación Elongación Elongación de Unidades <50%(3) >50%(3) <50%(3) >50%(1) <50%(3) >50%(3) ensayo ASTM Resistencia N 1400 900 110 700 800 500 Grab D4632 Resistencia ASTM de la N 1260 810 990 630 720 450 D4632 costura(4) ASTM Resistencia N 500 350 400(5) 250 300 180 al rasgado D4632 Resistencia ASTM al N 2750 1925 2200 1375 1650 990 D4632 punzonado ASTM Los valores mínimos de las propiedades para la -1 Permisividad s D4632 permitividad, TAA y estabilidad UV están basados en la Tamaño de ASTM aplicación para el geotextil. Refiérase a la tabla 2 para el abertura mm D4632 drenaje subsuperficial, las tablas 3 y 4 para la separación, aparente ASTM la tabla 5 para la estabilización y la tabla 6 para el control Estabilidad % ultravioleta D4632 de erosión permanente. (1) La clase requerida de geotextil esta designada en las tablas 2, 3, 4, 5 ó 6, para las aplicaciones indicadas. La severidad de las condiciones de instalación para la aplicación generalmente requiere una clase de geotextil. Clase 1 esta especificada para las condiciones de instalación más severa, donde existe un gran potencial de daño del geotextil, y clases 2 y 3, son especificadas para condiciones para condiciones menos severas. (2) Todos los valores nuéricos representan el VMPR (Valor Mínimo Promedio por Rollo), en la dirección más débil (ver sección 8.1.2). (3) Medido de acuerdo al ASTM D4632. (4) Cuando juntas cosidas son requeridas, referirse al apéndice para requerimientos para traslapos cosidos. (5) El VMPR requeriodp para resistencia al rasgado trapezoidal, para geotextiles de monofilamentos es de 250 Newtons. Fuente: Especificación de Geotextiles para aplicaciones en vías, Designación AASHTO M288- 05. 59 1.2.6.4 Requerimientos para el geotextil en Drenaje Superficial Tabla 1.10 Requerimientos para el geotextil en Drenaje Superficial Requerimientos (Tabla2) Porcentaje de suelo que pasa Tamiz N°200 (0.075mm) (1) Metodo Unidades <15 15 a 20 >50 Clases de Clase 2 de la tabla 1(2) Geotextil Permitividad(3) ASTM D s-1 0.5 0.2 0.1 (4) 4491 Tamaño 0.43 valores 0.25 valores 0.22(5) valores ASTM D aparente(3) (4) Mm max. Prom. max. Prom. max. Prom. 4751 Por rollo Por rollo Por rollo Estabilidad ASTM D % 50% después de 500 horas de exposición ultravioleta 4355 (1) Basado en el análisis granulométrico del suelo in situ de acuerdo con la AASHTO T88 (2) Selección por omisión del goetextil. El ingeniero puede especificar un geotextil clase 3 de la tabla 1 para aplicaciones de drenaje en trincheras basado en uno o más de los siguientes conceptos: m) El ingeniero ha encontrado que los geotextiles Clase 3 tienen una supervivencia suficiente basada en la experiencia de campo. n) El ingeniero ha encontrado que los geotextiles clase 3 tienen una supervivencia suficiente basada en ensayos de laboratorio y la inspección visual de una muestra de geotextil removida de una sección de ensayo en el campo construida anticipadamente bajo unas condiciones de campo. o) La profundidad del subdren es menor de 2.0m el diámetro del agregado es menor de 30mm y los requerimientos de compactación son menores del 95% de la AASHTO T99 (3) Estos valores por omisión para las propiedades en filtración están basados en los tamaños de las partículas predominantes de un suelo in situ. Adicionalmente al valor por omisión para la permitividad, el ingeniero puede requerir de la permeabilidad del geotextil y/o ensayos de desempeño basado en la ingeniería de diseño para sistemas de drenaje en ambientes de suelos problemáticos. (4) Debería efectuarse un diseño del geotextil para un sitio específico especialmente si uno o más de los siguientes suelos problemáticos son encontrados: suelos inestables o altamente erosacionables tales omo los limos no cohesivos; suelos de gradación abierta; suelos laminados alternando arenas y limos; arcillas dispersivas y/o polvo de roca. (5) Para los suelos cohesivos con un índice de plasticidad mayor a 7, el valor máximo promedio pro rollo (VMPR) es de 0.30mm. Fuente: Especificación de Geotextiles para aplicaciones en vías, Designación AASHTO M288- 05. 60 1.2.6.5 Requerimientos para las propiedades del geotextil en Separación Tabla 1.11 Requerimientos para las propiedades del geotextil en Separación Método de Unidades Requerimientos Tabla 3 ensayo Ver tabla 4 Clase de geotextil Permitividad ASTM D4491 s-1 0.02(1) Tamaño de abertura 0.60 valor máx. prom. ASTM D4751 Mm aparente Por rollo Estabilidad ultravioleta 50% después de 500 ASTM D4355 % (resistencia mantenida) horas de exposición (1) Valor por omisión. La permisividad del geotextil debería ser mayor que la del suelo (Ψg >Ψs). El ingeniero también puede exigir que la permeabilidad del geotextil sea mayor que la del suelo (kg>ks) Fuente: Especificación de Geotextiles para aplicaciones en vías, Designación AASHTO M288 61 1.2.6.6 Requerimientos para las propiedades del geotextil en condición de Subrasante. Tabla 1.12 Requerimientos para las propiedades del geotextil en condición de Subrasante. Equipo de Equipo de Equipo de presión de presión de tierra presión de tierra baja ≤ media tierra alta 25kPa (3.6psi) >25 a≤50 kPa >50 kPa (>3.6 a ≤ 7.3psi) (>7.3psi) La subrasante ha sido limpiada de todo obstáculo excepto césped, mala hierba, hoas y restos finos de madera. La superficie esta lisa y nivelada de manera que cualquier depresion superficial y Bajo clase 3 Moderado clase 2 Alto clase 1 protuberancia no exceda los 450mm en profundidad o altura. Toda depresión mayor será llenada. Alternativamente se puede poner una capa de nivelación Los subrasante ha sido limpiada de todo obstáculo mas grande que ramas o piedras de tamaño pequeño a moderado. Troncos de árbol y Moderado Muy alto Clase cepas deberán ser removidos o cubiertos por la Alto clase 1 capa de nivelación. Las depresiones y clase 2 1+ protuberancias no exceden los 450mm, en profundidad o altura mayores depresiones deberán ser llenadas. Preparación mínima de terreno requerida. Los árboles derribados, delimitados y dejados en el lugar. Las cepas deberán ser cortadas para no proyectar más de 150mm por encima de subrasante. El geotextil puede cubrir directamente No los troncos de árbol, cepas, grandes depresiones Alto Clase 1 Muy alto Clase 1+ y protuberancia, huecos, canaletas y grandes recomendado piedras. Los elementos solo deberán ser removidos si la colocación del geotextil y el material de cobertura, sobre ellos, distorsionara la superficie terminada del pavimento. (1) Las recomendaciones son para espesores de elevación inicial de 150 a 300mm. Para otros espesores: p) 300 a 450mm: reducir requerimientos de supervivencia un nivel. q) 450 a 600mm: reducir requerimientos de supervivencias dos niveles. r) > a 600mm: reducir requerimientos de supervivencia tres niveles. Para técnicas especiales de construcción incremente los requerimientos de supervivencia del geotextil un nivel. La colocación, en exceso, de un espesor inicial de material de cobertura puede causar falla por soporte en sub- rasantes blandas. Fuente: Especificación de Geotextiles para aplicaciones en vías, Designación AASHTO M288- 05. 62 1.2.6.7 Requerimientos para las propiedades en Estabilización Tabla 1.13 Requerimientos para las propiedades en Estabilización Método de Unidades Requerimientos ensayo Clase del Clase 1 de la tabla geotextil 1(1) Permitividad ASTM D4491 s-1 0.05(2) Tamaño de ASTM D4751 mm 0.43 valor max. abertura Prom. Por rollo Estabilidad ultravioleta ASTM D4355 % 50% después de (Resistencia 500 horas de mantenida) exposición (1) Selección por omisión del geotextil, el ingeniero puede especificar un geotextil clase 2 o 3 de la tabla 1, basado en uno o más de los siguientes conceptos. s) El ingeniero ha encontrado que la clase de los geotextiles tiene una supervivencia suficiente, basado en la experiencia en campo. t) El ingeniero ha encontrado que la clase de los geotextiles tiene una supervivencia suficiente basada en ensayos de laboratorio y la inspección visual de una muestra de geotextil removida de una sección de ensayo en el campo construida anticipadamente bajo condiciones de campo. (2)Valor por omisión, la permisividad del geotextil debería ser mayor que la del suelo (Ψg >Ψs). El ingeniero también puede exigir que la permeabilidad del geotextil sea mayor que la del suelo (kg>ks) Fuente: Especificación de Geotextiles para aplicaciones en vías, Designación AASHTO M288- 05. 63 1.2.6.8 Requerimientos para el geotextil en Control Permanente de Erosión. Tabla 1.14 Requerimientos para el geotextil en Control Permanente de Erosión. Requerimientos (1) Porcentaje de suelo in situ que pasa tamiz N°200 (0.075) Método de Unidades <15 15 a 50 >50 ensayo Clase de geotextil Geotextil tejidos monofilamento Clase 2 de la tabla 1(2) todos los demás geotextiles Clase 1 de la tabla 1(2) (3) Permitividad ASTM D4491 s-1 0.7 0.2 0.1 Tamaño de 0.43 0.25 0.22(5) abertura aparente ASTM D4751 mm Valores máx Valores máx Valores máx prom. Por rollo prom. Por rollo prom. Por rollo Estabilidad ASTM D4355 % 50% después de 500 horas de exposición ultravioleta (1)Basado en el análisis granulométrico del suelo in-situ de acuerdo con la AASHTO T 88 (2)Como regla general, la selección por omisión del geotextil es apropiada para condiciones iguales o menos severas que las siguientes: u) La piedra del blindaje no pesa más de 100 kg , la altura de caída de las piedras no es mayor a 1m y no se ha requerido una cama de agregado. v) La piedra del blindaje pesa más de 100kg, la altura de caída de las piedras no es mayor a 1m y el geotextil es protegido por una cama de agregados de 150mm diseñado para ser compatible con la capa de blindaje, aplicaciones más severas requiere una evaluación de la supervivencia del geotextil, basada en ensayos de campo, y podrían requerir un geotextil con propiedades de resistencia mayores. (3) El ingeniero puede especificar un geotextil clase 2 de la tabla 1 en uno o más de los siguientes conceptos: w) El ingeniero ha encontrado que los geotextiles clase 2 tienen una supervivencia suficiente basada en la experiencia en campo. x) El ingeniero ha encontrado que los geotextiles clase 2 tienen una supervivencia suficiente basada en ensayos de laboratorio y la inspección visual de una muestra de goetextil removida de una sección de ensayo en el campo construida anticipadamente bajo unas condiciones de campo. y) La piedra del blindaje pesa menos de 100kg la altura de caída de las piedras no e mayor a 1m y el geotextil es protegido por una cama de agregados de 150mm, diseñado para ser compatible con la capa de blindaje. z) de más de 100kg y la piedra colocada directamente sobre el geotextil sin dejarla caer. (4) Estos valores por omisión para las propiedades en filtración están basados e los tamaño de las partículas predominantes de un suelo in situ, adicionalmente al avlor pr omisión para la permitiviadad, el ingeniero puede requerir de la permeabilidad del geotextil y/o ensayos de desempeño basado en la ingeniería de diseño para sistemas de drenaje en ambientes de suelos problemáticos. (5) Debería efectuarse un diseño del geotextil para un sitio esecifico especialmente si uno o más de los siguientes suelos problemáticos son encontrados: suelos inestables o altamente erosionables tales como los limos no cohesivos; suelos de gradación abierta; suelos laminados alternando arenas y limos; arcillas dispersivas y/o polvo de roca. (6)Para los suelos cohesivos con un índice de plasticidad mayor a 7, el valor máximo promedio por rollo (VMPR) es de 0.30 mm Fuente: Especificación de Geotextiles para aplicaciones en vías, Designación AASHTO M288- 05. 64 1.2.6.9 Requerimientos para geotextil en Defensas de Arcillas Temporales Tabla 1.15 Requerimientos para geotextil en Defensas de Arcillas Temporales Requerimientos Tabla 7 Defensa de Defensa de arcilla sin arcilla con soporte(1) soporte Método de Unidades Elongación Elongación ensayo del geotextil del geotextil ≥50%(2) <50%(2) Máximo espaciamiento 1.2m 1.2m 2m de postes Resistencia Grab Direccion de ASTM 400 550 550 la máquina D4632 Dirección 400 450 450 transversal ASTM -1 Permitividad(3) s 0.05 0.05 0.05 D4491 0.60 0.60 0.60 Tamaño de Valor máx. Valor máx. Valor máx. abertura ASTM MM prom. Por prom. Por prom. Por aparente D4751 rollo rollo rollo Estabilidad ultravioleta ASTM 70% después de 500 horas de % (resistencia D4355 exposición mantenida) (1) Los soportes de las defensas de arcilla consisten de alambre de acero #14, con un espaciamiento de malla de 150mm por 150mm, o mallas prefabricadas de polímeros, con una resistencia equivalente. (2) Medido de acuerdo al ASTM D4632 (3)Estos valores por omisión para las propiedades en fitración están basados en evidencia empírica con una variedad de sedimentos. Para áreas ambientales sensitivas, una revisión de experiencias previas y/o obras, o geotextiles específicos de la región, la agencia deberá hacer ensayos para confirmar que estos requerimientos son apropiados. Fuente: Especificación de Geotextiles para aplicaciones en vías, Designación AASHO M288-05. 65 1.2.6.10 Requerimientos para Propiedades del Geotextil en Pavimentación. Tabla 1.16 Requerimientos para Propiedades del Geotextil en Pavimentación. Métodos de Unidades Requerimientos ensayo Resistencia Grab ASTM D 4632 N 450 Elongación en ASTM D 4632 % ≥50 rotura Masa por unidad ASTM D 5261 g/m2 140 de área Retención ASTM D 6140 l/m2 Notas 2 y 3 asfáltica Punto de fusión ASTM D 276 °C 150 Notas: aa) Todos los valores numéricos representan al VMPR, en la dirección más débil (ver sección 9.2). bb) Unicamente el asfalto requerido para saturar al geotextil. LA retención asfáltica debe ser suministrada en una certificación del fabricante (refiérase a la sección 5). El valor no indica la tasa aplicación de asflato requerido en la construcción. cc) La propiedad de retención asfáltica del producto debe cumplir con los VMPR suministrados en la certificación del fabricante. Fuente: Especificación de Geotextiles para aplicaciones en vías, Designación AASHTO M288- 05. 1.2.6.11 Normas usadas en el Perú Para evidenciar el uso de un geotextil en una aplicación, deben realizarse ensayos de laboratorio, para pronosticar la conducta de las estructuras reales en las que se va a usar. Existen diferentes normativas dependiendo del país donde estas se apliquen, en este trabajo se hace referencia a las normas colombianas del INVIAS basadas en las normas dadas por la ASTM. 66 En cada norma se explicará el ensayo, equipo usado y el procedimiento para realizar el ensayo, con el fin de concebir la importancia que poseen en las diferentes aplicaciones de los geotextiles. En Latinoamérica se han desarrollado algunas especificaciones para la instalación de los mismos, dentro de las que podemos citar en el Perú aquella elaborada por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones: Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras (EG-2000), en sus secciones:  Sección 650: Geotextiles (Tablas de especificaciones mínimas para cada aplicación).  Sección 651: Separación de suelos de subrasante y capas granulares con geotextil (guía de construcción e instalación, valores de resistencias referidas a la sección 650).  Sección 652: Subdrenes con geotextil y material granular (guía de construcción e instalación, valores de resistencias referidas a la sección 650).  Sección 653: Geotextil para pavimentación (guía de construcción e instalación, valores de resistencias referidas a la sección 650). 67 CAPÍTULO 2 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 2.1 Materiales y equipos de ensayo 2.1.1 Materiales  Geotextil No tejido 2 Figura Nº2.1: Geotextil No Tejido 270 g/m Fuente: Proveedor TDM – Peru. 2.1.2 Equipos  Equipo para ensayo de Tracción y Agarre Tabla Nº2.1: Descripción general del equipo de ensayo de Tracción y Agarre. DESCRIPCION GENERAL DEL EQUIPO Descripción (nombre del Equipo ensayo de tracción para instrumento) plásticos Fabricante (Marca) Liyi-Tech Procedencia: China Modelo LY-1066 Magnitud de medida Kilogramos Rango (Escala de medición) 0-2000 kg Fuente: Propia 68 Figura N°2.2: Equipo para ensayo de Tracción y Agarre. Fuente: Propia.  Equipo para ensayo de punzonado Tabla Nº2.2: Descripción general del equipo de ensayo de Punzonado. DESCRIPCION GENERAL DEL EQUIPO Descripción (nombre del Maquina universal de ensayos instrumento) (tracción y compresión) Fabrican (Marca) Time Group INC Procedencia: China Modelo WDW-309E Magnitud de medida Kg Rango (Escala de medición) 0-30000 kg Fuente: Propia. 69 Figura N°2.3: Equipo para ensayo de Punzonado. Fuente: Propia.  Mordazas Se utilizaron distintos tipos de mordazas dependiendo de los ensayos a realizar (Tracción o Agarre). - Mordaza de Tracción: Figura N°2.4: Mordaza para ensayo de Tracción. Fuente: Propia. 70 - Mordaza de Agarre: Se diseñó para el ensayo de Agarre según la norma ASTM D 4632- 08. Figura N°2.5: Mordaza para ensayo de Agarre. Fuente: Propia.  Punzón: Se diseñó para el ensayo de punzonamiento según la norma ASTM D 4833-00 Figura N°2.6: Punzón. Fuente: Propia. 71  Abrazadera y tubo de apoyo: Diámetro 2½” Figura N°2.7: Abrazadera de 2 ½” y tubo de apoyo 45 mm. Fuente: Propia. De acuerdo a la norma ASTM D 4833 el diámetro interno de la zona de ensayo es de 45 ± 0.025 mm.  Prensa Manual: Figura N°2.8: Prensa manual. 72 Fuente: Propia.  Troquel Figura N°2.9: Troquel. Fuente: Propia.  Balanza digital Figura N°2.10: Balanza digital. Fuente: Propia.  Micrómetro digital: Figura N°2.11: Micrómetro digital. 73 Fuente: Propia.  Regla, marcador y cutter: Figura N°2.12: Regla, marcador y cutter. Fuente: Propia.  Hardware y software: Tabla Nº2.3: Descripción general de hardware y software. DESCRIPCION GENERAL DEL EQUIPO Descripción Hardware –PC Fabrican (Marca) Lenovo Procedencia: China Sistema Operativo: Windows XP Procesador: AMD E1-1200 APU 1.4 GHz Memoria RAM: 1618 MB Software ensayo punzonado: Software ensayo tracción y TMZ 2101 Versión 4.43 agarre: Fuente: Propia. 74 Figura N°2.13: Hardware – PC. Fuente: Propia. Figura N°2.14: Software – Ensayo de tracción y agarre. Fuente: Propia. 75 Figura N°2.15: Software – Ensayo de punzonado. Fuente: Propia.  Microscopio estereográfico de W10X/20 Figura N°2.16: Microscopio estereográfico. Fuente: Propia. 76  Micrómetro para medir espesores ±0.001 μm Figura N°2.17: Micrómetro Fuente: Propia. 2.2 Caracterización Mecánica de los Geotextiles. 2.2.1 Método de prueba estándar de medición de la masa por unidad de superficie de Geotextiles según norma ASTM D5261-92. Para determinar el gramaje del geotextil no tejido, se procedió a medir la masa por unidad de superficie. La balanza analítica con la que cuenta el laboratorio de ensayo de materiales de la UCSM es marca KERN (modelo PCB2500-2). La balanza utilizada esta calibrada y tiene una precisión de 0.01g, tal como indica la norma ASTM D5261-92. 77 Obtención de probetas Se habilitaron diez (10) probetas; con 100.00mm (largo) x100.00mm (ancho). Ver figura N°2.17 Figura N°2.18: Probeta para medición de masa. Fuente: Propia. Procedimiento de ensayo Ensayar las probetas acondicionadas en la atmósfera estándar según norma, las condiciones ambientales son las siguientes: Tabla Nº2.4: Condiciones Ambientales en el laboratorio de ensayo de materiales CONDICIONES AMBIENTALES Elevación 2328 msnm Temperatura Máxima 21° C Promedio Humedad Relativa 46% Fuente: Propia La norma indica que la prueba debe realizarse en aire manteniendo a una humedad relativa de 65 ± 5% y una temperatura de 21 ± 2 ° C (70 ± 4 ° F); por lo tanto los ensayos se realizaron en un ambiente óptimo según las especificaciones de la norma ASTM. 78 Paso 1: Obtención de datos de entrada Medidas de la probeta Largo x ancho x espesor. Para las medidas de largo y ancho se tomaron con una regla y para el espesor con un micrómetro digital. Ver Figura N° 2.18. Figura N°2.19: Espesor de probetas. Fuente: Propia. Paso 2: Realizar la medición de masa Colocar la probeta en la balanza para realizar la medición de masa, luego aplicar las formulas indicadas en la norma ASTM D5261-92 utilizando los valores obtenidos en el ensayo, para obtener el gramaje del geotextil no tejido. Ver Figura N°2.19 79 Figura N°2.20: Medición de masa. Fuente: Propia. 2.2.2 Método de prueba estándar para propiedades de tracción de los Geotextiles según norma ASTM D 638-03. Una máquina de ensayo del tipo de velocidad de extensión constante, mordazas auto alineados en dirección del movimiento del ensayo de tracción, las muestran estarán alineadas los más perfectamente posible en la dirección de la tracción para que ningún movimiento de rotación que pueda inducir el deslizamiento se producirá en las mordazas. Superficies de agarre con rayado o dentado horizontal, dentados alrededor de 2,4 mm [0,09 pulg.] de distancia y alrededor de 1,6 mm [0,06 pulg.] de profundidad. Se utilizó entre la muestra y la superficie de agarre papel abrasivo N° 80 la cual fue eficaz para evitar el deslizamiento y/o daño de la muestra. El comportamiento mecánico de los fieltros es sumamente complejo, ya que están involucrados mecanismos de deformación y rotura tales como grandes deformaciones, rotaciones y deslizamiento y rotura de fibras. Si bien los modelos numéricos han supuesto un avance en la 80 comprensión del comportamiento mecánico de los fieltros, en numerosas ocasiones descansan sobre suposiciones ad hoc y parámetros de ajuste no siempre bien caracterizados Obtención de Probetas El laboratorio de ensayo de materiales de la UCSM, cuenta con un troquel para obtener probetas normalizadas con las dimensiones establecidas para el material geotextil no tejido (ASTM D 638-3). Ver Figura N°2.20. Figura N°2.21: Dimensiones de probeta para ensayos de tracción. Fuente: Propia. Las probetas se cortaron utilizando el troquel y la prensa manual, se cortaron 10 (diez) probetas. Ver Figura N°2.21. Figura N°2.22: Corte de material con troquel y prensa manual. Fuente: Propia. 81 Procedimiento de ensayo Ensayar las probetas acondicionadas en la atmósfera estándar según norma ASTM D 638-03 Paso 1: Ingreso de datos Ingresar los datos de la probeta en el software del equipo Paso 2: Colocar la probeta en el equipo El ensayo llevo a cabo poniendo la probeta en la mordaza en el punto móvil utilizando el lijar N°80, luego se aproxima la muestra a la mordaza en el punto fijo y de igual manera se utiliza el lijar para asegurar la muestra. Las probetas serán agarradas por las mordazas en unas marcas con una distancia de extremo a extremo de 85 mm. Ver Figura N° 2.22. Figura N°2.23: Probetas marcadas para realizar ensayo de tracción. Fuente: Propia. Paso 3: Ensayo de tracción Se procede a ensayar las probetas en el equipo de tracción. 82 Figura N°2.24: Probeta instalada en mordazas para realizar el ensayo. Fuente: Propia. 2.2.3 Método de prueba estándar para resistencia a la perforación de Geotextiles según norma ASTM D 4833-00. Para realizar ensayo de resistencia a la perforación de Geotextiles (punzonamiento) es necesario utilizar una máquina de prueba Tensión/compresión, del tipo de velocidad de extensión constante (CRE). La máquina de perforación con la que cuenta el Laboratorio de ensayo de materiales de la UCSM es una máquina universal de ensayos Time Group (Modelo WDW-309E). Obtención de probetas Se habilitaron cuatro (04) probetas de 4” x 4” para facilitar su sujeción en la placa de apoyo con abrazadera de anillo. Figura N°2.25: Probetas de 100x100mm para ensayo de resistencia a la perforación. Fuente: Propia. 83 Procedimiento de ensayo Ensayar las probetas acondicionadas en la atmósfera estándar según norma ASTM D 4833-00. Paso 1: Ingreso de datos Ingresar los datos de la probeta al software del equipo universal. Paso 2: Colocar probeta en placa de apoyo Colocar la muestra en la placa de apoyo y sujetar con la abrazadera de anillo. Ver Figura N° 2.25. Figura N°2.26: Proceso de sujeción de probeta en placa de apoyo. Fuente: Propia. Paso 3: Posicionar la probeta en el equipo Centrar la placa de apoyo en la máquina de tensión y colocar el punzón en la máquina universal, como se puede ver a continuación: 84 Figura N°2.27: Posición centrada de la placa de apoyo. Fuente: Propia. Paso 4: Posicionar el punzón Situar el punzón a la misma altura de la muestra comprobando que el punzón toque el centro de la muestra. Figura N°2.28: Posición de punzón. Fuente: Propia. Paso 5: Ensayo de punzonado Comenzar el ensayo de resistencia a la perforación hasta la rotura de la muestra. El ensayo se debe realizar a una velocidad constante. 85 Figura N°2.29: Ensayo de Punzonamiento. Fuente: Propia. 2.2.4 Método de prueba estándar por método de agarre para Geotextiles no tejidos bajo carga concentrada según norma ASTM D 4632-08 Para realizar el ensayo de tracción se necesita una máquina del tipo de velocidad de extensión constante (CRE). La máquina de tracción con la que cuenta el Laboratorio de ensayo de materiales de la UCSM es una máquina de tracción para plásticos Liyi-Tech (Modelo LY- 1066). Las mordazas que se requieren para el ensayo de agarre se diseñaron con los siguientes parámetros de acuerdo a la norma ASTM D4632-08:  Cada pinza tendrá una cara de 25,4 por 50,88 mm (1”x 2”), con la dimensión más larga paralela a la dirección de aplicación de la carga. Ver Figura N° 2.29 86 Figura N°2.30: Diseño de mordaza para ensayo de agarre. Fuente: Propia. Obtención de probetas Se realizaron cuatro (04) probetas; según lo indicado por la norma ASTM D4632-08 las probetas deben ser rectangulares con las siguientes características: Ancho 101,0 mm, largo 203,0 mm. No es posible tener una referencia a la orientación de las fibras del geotextil no tejido, debido a que la dirección en la que están dispuestas suele distribuirse de forma lineal, cruzada, aleatoria o una combinación de estas, por lo tanto no muestran un punto exacto de referencia, es por esto que para definir el sentido u orientación de una tela no tejida se hace mención a la dirección longitudinal (largo de tela) y a la dirección transversal (ancho de la tela). Para estudiar la diferencia del sentido de las probetas, dos de las probetas fueron tomadas en el sentido longitudinal y las otras dos fueron tomadas en el sentido transversal (ver figura 2.30) 87 Figura N°2.31: Trazado del sentido de las probetas. Fuente: Propia Se trazaron las probetas rectangulares en el geotextil no tejido según las medidas indicadas en la norma ASTM D4632-08. Figura N°2.32: Trazado de probetas. Fuente: Propia. Se trazaron líneas de centro y horizontales para mantener una distancia de 101 mm entre mordazas (medida según norma ASTM D4632-08). 88 Figura N°2.33: Línea central y horizontal en probetas de ensayo. Fuente: Propia. Procedimiento de ensayo Ensayar las probetas acondicionadas en la atmósfera estándar según norma ASTM Paso 1: Obtención de datos de entrada Ingresar datos de entrada en la maquina  Medidas de la probeta Largo x ancho x espesor  Velocidad de separación de mordazas 300 ± 10 mm/min (según norma ASTM D4632-08). Para las medidas de largo y ancho se tomaron con una regla y para el espesor con un micrómetro digital, ver figura N° 2.17 Paso 2: Colocar probeta en máquina de agarre. Ajustar la distancia entre las mordazas al comienzo de la prueba a 75 ± 1 mm, esta distancia te da la facilidad de colocar las mordazas a 101mm según la línea horizontal trazada. Ver figura N° 2.33 89 Figura N°2.34: Distancia entre mordazas al inicio del ensayo. Fuente: Propia. Apretar las mordazas de manera uniforme y con firmeza al grado necesario para reducir al mínimo el deslizamiento de la muestra durante la prueba, en caso la probeta resbale colocar lijar número 80 para mejorar la sujeción. Ver figura N° 2.34 Figura N°2.35: Montaje de probetas. Fuente: Propia. 90 Paso 2: Ensayo de Agarre. Iniciar la prueba y detenerla cuando se observe el rompimiento de la probeta. Figura N°2.36: Ensayo de Agarre. Fuente: Propia. 91 CAPÍTULO 3 SIMULACION DE APLICACIÓN DE GEOTEXTIL NO TEJIDO 3.1 Planteamiento de la aplicación Una de las aplicaciones más frecuentes del geotextil es la separación de los diferentes tipos de material de relleno, por lo tanto se planteó utilizarlo en un sistema de drenaje donde se coloca dos tipos de materiales grava y relleno estructural. Figura 3.1 Vista en planta – Cruce de drenaje Tubería CPT con agujeros. Fuente: Propia. Esta aplicación se simulo en el Software SAP 2000, el software cuenta con herramientas que nos proporcionan un análisis más real porque se pueden ingresar parámetros de distintos tipos de terreno y del propio geotextil. Para realizar la simulación se utilizaron los datos obtenidos en los ensayos de punzonamiento y agarre, estos fueron ingresados en el software y nos estará sometido a carga tanto en desgarre como también en punzonamiento por la naturaleza del relleno estructural y grava. 92 Datos de Entrada -Temperatura 15°C -Carga: Camioneta hilux 4TN -Peso específico de relleno estructural superior 2600kg/m3 -Geotextil no tejido de 270gr/m2 -Esfuerzo por punzonamiento 302.29 kN/m2 -Esfuerzo por desgarre (Método Grap) 7.06MN/m2 -Coeficiente de balastro: 0.5x104KN/m3 Figura 3.2 Sección A – Uso de geotextil para separación del terreno Fuente: Propia. 93 Figura 3.3 Diagrama de la aplicación Fuente: Propia. 3.2 Modelamiento Se realiza el modelamiento por elementos finitos en el SAP2000 simulando el área del geotextil a colocar como protección para la tubería corrugada Figura 3.4 Modelamiento según aplicación Fuente: Propia. En la Figura 3.5 se muestran las cargas distribuidas obtenidas de las dimensiones de la Figura 3.2, del peso específico del relleno estructural y del coeficiente de balastro del terreno 94 Figura 3.5 Representación de cargas del relleno estructural Fuente: Propia. En la Figura 3.6 se representa 02 cargas puntuales de las llantas posteriores de la camioneta Hilux ver Figura 3.3 Figura 3.6 Representación de cargas de camioneta Fuente: Propia. 3.3 Resultados de la simulación Luego de combinar la carga muerta del relleno estructural y de la carga móvil (camioneta hilux) se obtienen los siguientes resultados de la simulación (ver figura 3.7). 95 Figura 3.7 Esfuerzo Von Mises Fuente: Propia. En la Figura 3.8 se muestra el máximo esfuerzo de Von Mises Figura 3.8 Máximo esfuerzo Von Mises Fuente: Propia. Para simular el comportamiento del geotextil se realizaran dos escenarios con cargas distintas. 3.3.1 Escenario 1 Se simulo con los datos de entrada obtenidos del planteamiento real 96 Figura 3.9 Resultados de esfuerzo por corte – Escenario 1 Fuente: Propia. En la Figura 3.10 se observa el máximo esfuerzo por corte de 0.926kN/m2, este resultado es mucho menor con respecto a la resistencia del geotextil. Figura 3.10 Máximo esfuerzo por corte – Escenario 1 Fuente: Propia. En la simulacion del escenario 1 se obtiene como resultado una deformacion de 2 mm. (ver Figura 3.11). 97 Figura 3.11 Deformación de geotextil – Escenario 1 Fuente: Propia. 3.3.2 Escenario 2 Se multiplico la carga por un factor de 10 para llevar ver la falla del geotextil por punzonamiento. El punzonamiento es sufrido por la carga ejercida en el geotextil teniendo como apoyo a la grava de 1”. Esfuerzos (Límite = 7000 KPa y 302 KPa) (Carga Viva factor de 10) Figura 3.12 Esfuerzo máximo por punzonamiento – Escenario 2 Fuente: Propia. 98 En el escenario 2 se obtiene como resultado una deformación de 20 mm (Ver Figura 3.13). Figura 3.13 Deformación – Escenario 2 Fuente: Propia. 99 CAPÍTULO 4 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 4.1 Análisis de la masa por unidad de superficie En el Cuadro 4.1 se muestran las dimensiones de cada probeta ensayada, estas fueron determinadas con instrumentos de precisión. Cuadro Nº4.1: Dimensiones de las probetas para ensayo de Gramaje. N° Espesor Largo Ancho Probeta (mm) (mm) (mm) 1 1.64 100 100 2 1.63 100 100 3 1.65 100 100 4 1.63 100 100 5 1.65 100 100 6 1.63 100 100 7 1.62 100 100 8 1.64 100 100 9 1.65 100 100 10 1.62 100 100 Promedio 1.636 100 100 Fuente: Propia. En el Cuadro 4.2 se muestran los resultados ensayados en la balanza electrónica, estos se trabajaron con una precisión de ±0.01g, también se muestran los resultados del cálculo de gramaje y densidad de las probetas. 100 Cuadro Nº4.2: Resultados de ensayo de Gramaje. N° Masa Espesor Largo Ancho GRAMAJE DENSIDAD Probeta (g) (mm) (mm) (mm) (g/m2) (g/cm3) 1 2.71 1.64 100 100 271.00 0.1652439 2 2.71 1.63 100 100 271.00 0.16625767 3 2.69 1.65 100 100 269.00 0.1630303 4 2.69 1.63 100 100 269.00 0.16503067 5 2.71 1.65 100 100 271.00 0.16424242 6 2.70 1.63 100 100 270.00 0.16564417 7 2.71 1.62 100 100 271.00 0.16728395 8 2.69 1.64 100 100 269.00 0.16402439 9 2.70 1.65 100 100 270.00 0.16363636 10 2.72 1.62 100 100 272.00 0.16790123 Promedio 2.70 1.636 100 100 270.30 0.16522951 Fuente: Propia. Grafica Nº4.1: Resultados de ensayo de Gramaje. 275 274 273 272 271 270 269 268 267 266 265 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Número de Probeta Fuente: Propia. 101 Gramaje (g/m2) Grafica Nº4.2: Porcentaje de los Resultados de ensayo de Gramaje. 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 269 270 271 272 Gramaje (g/m2) Fuente: Propia. Descripción: Como resultado del ensayo, el valor mínimo del gramaje obtenido es de 269 g/m2 correspondiente al 30 % de los datos, el máximo es 272 g/m2 que corresponde al 10 % de los datos y se obtuvo un gramaje promedio de 270g/m2, este resultado se encuentra a una unidad de diferencia del valor de 272 g/m2 indicado por el proveedor de la empresa Geosistemas Pavco de Mexichem Ver Anexo 1; donde se menciona que los valores reportados son los mínimos en cualquier sentido (Longitudinal / Transversal ). La variación puede deberse a las condiciones del laboratorio humedad y temperatura de trabajo. 102 Porcentaje (%) Grafica Nº4.3: Resultados de ensayo de Densidad. 170 169 168 167 166 165 164 163 162 161 160 159 158 157 156 155 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Número de Probeta Fuente: Propia. Descripción: El promedio registrado de la densidad del geotextil es de 165g/cm3, la variación observada de cada probeta analizada fue mínima como se observa en la Grafica N°3.2. Figura 4.1 Fotografía del geotextil a 200 aumentos. Fuente: Propia 103 Densidad (g/cm3) * 10-3 Cuadro Nº 4.3 Determinación aproximada del espesor de las fibras del geotextil. Nº Espesor de fibras (mm) 1 0.023 2 0.021 3 0.024 4 0.025 5 0.021 6 0.022 7 0.020 8 0.020 9 0.019 10 0.021 11 0.022 Promedio 0.022 Fuente: Propia Las figuras Nº 4.1 muestran la microestructura de los fieltros de fibra de polipropileno. Las fibras poseen un diámetro aproximado de 22 µm (ver cuadro 3.3). En muchas de las intersecciones puede apreciarse la formación de un “cuello de unión”, con un ligero aplastamiento de las fibras como resultado de la unión térmica de las mismas. La fotografía de la Figura 3.1 fue tomada en por el lado de la cara del geotextil. 4.2 Análisis Mecánico por el Ensayo de Tracción Previo al ensayo de tracción se muestra el Cuadro N°3.4 con las características físicas de las 10 probetas que se ensayaron. 104 Cuadro Nº4.4: Dimensiones de las probetas de ensayo de Tracción. Longitud N° Espesor inicial Probeta (mm) (mm) 1 1.61 85.00 2 1.60 85.00 3 1.62 85.00 4 1.61 85.00 5 1.61 85.00 6 1.62 85.00 7 1.62 85.00 8 1.62 85.00 9 1.61 85.00 10 1.61 85.00 La Grafica N°3.4 presenta las curvas obtenidas luego de haber realizado el ensayo de tracción, estas curvas están expresadas en Carga vs Elongación. Este ensayo mide la resistencia a la tracción simple de muestras de un ancho predeterminado. 105 Grafica Nº4.4: Resultados de ensayo de Tracción. Fuente: Propia. En la gráfica Nº 4.4 muestra las curvas Carga - Elongacion de los fieltros de fibras de polipropileno (geotextil). El comportamiento inicial es lineal, las curvas presentan su máximo de resistencia, para deformaciones del orden del 50% (45 mm) a más, momento a partir del cual muestran un decaimiento gradual. Interpretando las curvas de acuerdo con la microestructura, el fieltro se va cargando elásticamente hasta que pierde la linealidad posiblemente por ciertos reajustes a pequeña escala. Posteriormente alcanza el máximo de carga, a partir de donde comienzan a ceder algunas de las uniones de las fibras y es entonces cuando se localiza la deformación en cierta sección de la probeta. En ese momento, dicha zona colapsa, con la consiguiente caída brusca de la carga; pero el material es capaz de reorganizarse sin perder completamente su capacidad portante gracias tanto a que las uniones ceden gradualmente como a la fricción entre fibras. Para verificar la deformación de las fibras de las probetas, se mide el espesor de los hilos que componen el fieltro antes y después del ensayo, las medicines 106 de las fibras después del ensayo de tracción se realizaron en la zona de ruptura. Los resultados se muestran en el cuadro 4.4. Como se aprecia en los promedios del espesor de los hilos del cuadro 4.4 existe una disminución desde 0.022 mm para las fibras antes del ensayo a 0.018 mm para las fibras después del ensayo; lo que demuestra que los hilos sufren deformaciones antes de romperse la disminución corresponde al 18.18 %. La disminución del espesor de las fibras se puede apreciar tambien en la figura Nº 4.3. Cuadro Nº4.5: Espesor de las fibras (mm) antes y después del ensayo probeta Nº 3. Espesor de fibras (mm) Nº Antes ensayo Después ensayo 1 0.023 0.020 2 0.021 0.020 3 0.024 0.014 4 0.025 0.013 5 0.021 0.022 6 0.022 0.020 7 0.020 0.013 8 0.020 0.010 9 0.019 0.019 10 0.021 0.023 11 0.022 0.022 Promedio 0.022 0.018 Fuente: Propia. 107 Figura Nº 4.2 a) Fotografía de material no ensayado a 200 aumentos, b) Imagen de la zona de ruptura a 200 aumentos de la probeta de tracción. Fuente: Propia. Luego de haber realizado el ensayo de tracción a cada una de las probetas, presentamos el Cuadro N°4.4 con las características físicas finales y la resistencia a la tracción obtenida en el ensayo. Cuadro Nº4.6: Resultados de ensayo de Tracción. Longitud Longitud Resistencia N° de % inicial Final a la Tracción Probeta Deformación (mm) (mm) (MPa) 1 85.00 126.50 48.82 6.06 2 85.00 124.00 45.88 5.63 3 85.00 118.00 38.82 7.38 4 85.00 123.00 44.71 4.34 5 85.00 124.50 46.47 5.65 6 85.00 119.40 40.47 4.27 7 85.00 121.30 42.71 3.95 8 85.00 125.30 47.41 3.63 9 85.00 123.70 45.53 3.60 10 85.00 121.90 43.41 4.29 Promedio 85.00 122.76 44.42% 4.88 108 Descripción: Se puede observar que la resistencia a la tracción del geotextil representa una gran dispersión teniendo un valor mínimo de 3.6 Mpa y un valor máximo de 7.38 Mpa. La resistencia promedio de las probetas de los geotextiles fue de 4.88 Mpa, este dato se encuentra por debajo de la resistencia de los polímeros termoplásticos, cuya resistencia bordea entre los 20 y 50 Mpa. El porcentaje de deformación no presento mucha variación, pero si presento un valor promedio de 44.42% lo que indica que el material ensayado tiene muy buenas propiedades de elongación. Es relevante destacar la significación práctica de la elongación a la rotura. Una alta elongación a la rotura será un efecto deseable en tanto el geotextil no opere a niveles de deformación cercanos a aquella. Si en la aplicación se logra esto último, el geotextil podrá absorber energía adicional ante cargas dinámicas. Esto es, como se ha dicho, lo que habitualmente se llama tenacidad residual a la rotura. El área integrada bajo la curva tensión-deformación (σ-Ɛ) entre la elongación de servicio y la de rotura, representa la cantidad remanente de energía que el geotextil podrá absorber ante una carga dinámica. Este tipo de cargas suele ser mucho más crítica durante la etapa de construcción, en que el agregado dispuesto sobre el Geotextil no ha alcanzado su mayor valor soporte o capacidad para disipar tensiones y por ello ésta no podrá atenuarse lo suficiente antes de ser absorbida por el geotextil. 4.3 Análisis Mecánico por el Ensayo de Punzonamiento En ensayo de punzonamiento es una prueba realizada para determinar la resistencia a la perforación de los Geotextiles, Este ensayo cuantifica la dificultad con que un Geotextil podría ser perforado por un elemento punzante que, soportado estáticamente sobre la tela, es presionado enérgicamente sobre la misma. En el Cuadro N°4.7 se presentan los datos físicos de las probetas para el ensayo de resistencia al punzonamiento. 109 Cuadro Nº4.7: Dimensiones iniciales de las probetas para el ensayo de punzonamiento. Espesor Probeta Ancho(mm) Largo(mm) (mm) 1 1.70 76.20 101.60 2 1.65 76.20 101.60 3 1.62 76.20 101.60 4 1.67 76.20 101.60 Fuente: Propia. Luego del ensayo realizado se obtuvieron las curvas con el software del equipo universal de ensayos. En la Grafica N°4.5 se presentan las curvas que representan a las probetas ensayadas. Grafica Nº4.5: Resultados: Curva de ensayo de punzonamiento. Fuente: Propia. 110 En el Cuadro N°3.8 se pueden observar las cargas máximas obtenidas en el ensayo de punzonamiento. Cuadro Nº4.8: Resultados de ensayo de punzonamiento. Carga Espesor Probeta Máxima (mm) (N) 1 1.70 522.00 2 1.65 433.20 3 1.62 420.00 4 1.67 475.20 Promedio 1.66 462.60 Fuente: Propia. Grafica Nº4.6: Resistencia máxima registrada en ensayo de punzonamiento Resistencia maxima registrada en el Ensayo de Punzonamiento 600 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 Espesor (mm) 1.7 1.65 1.62 1.67 Carga Máxima (N) 522 433.2 420 475.2 Fuente: Propia. 111 Carga (N) Descripción: El promedio de resultados de los 4 ensayos de tracción es de 462.60 N, este resultado se enuentra 25.27% por debajo del valor indicado por el proveedor de la empresa Geosistemas Pavco de Mexichem, cuyo dato es de 619 N. Ver Anexo 1, el geosintetico es evaluado por este método porque está sometido a cargas que generan un punzonamiento a la superficie del mismo, es por esto que se mide la resistencia que presenta la superficie cuando se encuentra bien estirado. Una baja resistencia nos indica que el material puede colapsar y una alta resistencia es lo apropiado. Al relacionar el espesor con el valor de la carga nos da manifiesto el importante efecto ejercido por el espesor de la probeta sobre los valores de carga obtenido, es así, que se obtiene 522N para espesor 1.70mm siendo este el mayor a comparación del 420N con un espesor de 1.62mm. Por tanto existe una relación proporcional entre el espesor y carga máxima que soporta el geotextil. Figura 4.3 Vista del orificio generado por el punzón. Fuente: Propia. 112 4.4 Análisis Mecánico por el Ensayo de Agarre Este ensayo también llamado de resistencia a la tracción en carga concentrada o ensayo de agarre, se diferencia del ensayo de tracción en tiras o del realizado con probetas con bordes cercanos, en cual el ancho de las probetas es mayor que la impronta de las mordazas de la máquina que realiza tracción en la muestra. Mediante este artificio, una parte del espécimen provee anclaje a los filamentos sin ser específicamente sometida a esfuerzo. Este ensayo es el mas cercano a las condiciones reales cuando sobre un Geotextil se presiona un elemento punzante (piedra) en forma descendente, o se ejerce un esfuerzo lateral sobre el elemento (aun presionado). Previo al ensayo de Agarre se muestra el Cuadro N°4.9 con las características físicas de las 4 probetas que se ensayaron. Cuadro Nº4.9: Dimensiones iniciales de probetas para ensayo de Agarre. Longitud Espesor N° Probeta inicial (mm) (mm) 1* 1.61 101.6 2 1.60 101.6 3 1.62 101.6 4* 1.61 101.6 * Probetas cortadas longitudinalmente Fuente: Propia. Luego del ensayo realizado se obtuvieron las curvas con el software TMZ 2101 de la máquina de tracción de plásticos. En la Grafica N°4.7 se presentan las curvas que representan a las probetas ensayadas. 113 Grafica Nº4.7: Curvas de ensayo de Agarre Fuente: Propia. En el cuadro N°4.10 se muestran la carga máxima obtenida por probeta así como también el porcentaje de deformación. Durante el proceso de deformación nos encontramos ante la presencia de dos micromecanismos de daño que compiten entre sí. Por un lado, la rotura de las propias fibras. Por otro lado, la rotura de los anclajes entre ellas. Cuando predomina la rotura de uniones, la carga se va transfiriendo a lo largo de cada fibra, ocasionando la rotura de las siguientes uniones y el deslizamiento viscoso de las fibras, lo que incrementa drásticamente la absorción de energía por parte del fieltro. Cuadro Nº4.10: Resultados de ensayo de Agarre. Longitud Final Carga Máxima % N° Probeta (mm) (N) Deformación 1* 139.00 1372.15 36.81 2 140.00 1049.63 37.80 3 145.00 1047.35 42.72 4* 142.00 1126.44 39.76 Promedio 141.50 1148.89 39.27% * Probetas cortadas longitudinalmente. Fuente: Propia. 114 Grafica Nº4.8: Comparación de los resultados de carga máxima en la dirección longitudinal y tranversal. 1550 1350 1150 950 750 550 350 150 -50 Longitudinal Longitudinal Transversal Transversal Probeta 1 4 2 3 Carga Maxima (N) 1372.15 1126.44 1049.63 1047.35 Fuente: Propia. Descripción: Se puede observar que la carga de rotura promedio es de 1148.89N este valor es comparable con la ficha técnica proporcionada por la empresa Geosistemas Pavco de Mexichem cuyo es de 1085 N, ver anexo 1. El porcentaje de deformación se encuentra en el rango de 39.27 % este valor promedio es valor fue menor con respecto al valor promedio obtenido en el ensayo de tracción. Se puede observar también en los resultados obtenidos, que las telas geotextiles ensayadas poseen mayor resistencia en la dirección longitudinal (valor promedio de 1249.30N), que en la dirección transversal a ésta (valor promedio de 1048.49N) Ver cuadro Nº 4.10. 115 Carga Máxima (N) Figura 4.4 a) Fotografía de material no ensayado a 200 aumentos, b) Imagen de la zona de ruptura a 200 aumentos. Fuente: Propia. En la figura 4.4 a) se puede observar la fotografía de una probeta no ensayada a 200 aumentos y en b) la imagen de la zona de ruptura; por comparación de las imágenes se puede observar que existe una disminución del espesor de las fibras lo que se corrobora con los espesores medidos antes y después del ensayo, donde se aprecia una disminución del espesor del geotextil desde 1.25 % hasta 27.33 %. Cuadro Nº4.11: Resultados de espesores del ensayo en el geotextil. Espesor de geotextil (mm) Después del Probeta Antes del ensayo ensayo * 1 1.61 1.43 2 1.6 1.58 3 1.62 1.45 4 1.61 1.17 * promedio de 21 datos cercanos a la zona de ruptura Fuente: Propia. 116 4.5 Simulación de geotextil no tejido 4.5.1 Escenario 1 En la simulación se visualiza que en la figura N° 3.10 el máximo esfuerzo es de 0.926KN/m2 con una deformación de 2 mm. El geotextil se comporta de la mejor manera con la carga sobrepuesta en el acceso. 4.5.2 Escenario 2 En este escenario llevamos al límite el geotextil para verificar su máxima deformación al momento de la falla por punzonamiento. El esfuerzo máximo obtenido en la simulación es de 308 kN/m2. La deformación de la simulación es mayor con respecto a la deformación promedio obtenida en los ensayos de punzonamiento realizados en el laboratorio, por lo tanto se concluye que al pasar un vehículo pesado (mayor igual a 20 Tn) por el acceso este provocaría una ruptura por punzonamiento y el relleno estructural con la grava se mezclarían por el contacto con el agua del drenaje formando grietas y deformaciones en el acceso. El software SAP 2000 emite un informe de la simulación (Ver Anexo 05) 117 CONCLUSIONES 1. El resultado obtenido en el ensayo de gramaje es 270.30 g/m2 valor comparable respecto al valor indicado en la ficha técnica del geotextil no tejido suministrado por Geosistemas Pavco de Mexichem cuyo valor es 272 g/m2 2. La resistencia a la tracción obtenida fue de 4.88 MPa, este valor fue muy bajo con respecto al polipropileno compacto, según la fuente de la compañía GEHR plastic, el valor de resistencia a la tracción de los es 33 MPa, esto es debido a que las fibras del material poseen direcciones aleatorias y no es un material compacto. 3. Al realizar el ensayo del punzonamiento según la norma ASTM D 4833-00 se obtuvo un valor promedio de 462.60 N este valor está 25.27% debajo del valor según los proveedores de las diferentes empresas nacionales e internacionales, a mayor espesor será mayor el valor de la carga obtenida en el geotextil. 4. La resistencia en el ensayo de desgarre de las probetas cortadas en dirección longitudinal al rollo es mayor en 19.15% que en la dirección transversal del rollo del geotextil. 5. Las distintas variables que presenta el software asociado a la maquina universal, nos permite realizar distintos tipos de ensayos, variando los parámetros indicados en las normas ASTM. 6. El máximo valor de esfuerzo obtenido es 308KN/m2 nos da una carga de 471.34N por encima del valor promedio de carga del Cuadro N°4.8 de punzonamiento, dando a conocer sus límites de carga en el material por uso de la simulación. 7. De la simulación se concluye que el geotextil nos proporciona una buena compactación y evita la mezcla de distintos tipos de materiales de relleno, esto nos sirve para evitar agrietamientos y hundimientos en los accesos. 118 RECOMENDACIONES 1. Se recomienda ensayar probetas unidas para simular el empalme de situaciones similares en obra según recomendaciones indicadas por el proveedor del geotextil. 2. Se sugiere realizar ensayos de resistencia al desgarro con telas no tejidas cortadas en su sección diagonal para comparar comportamientos y diferencias con las secciones longitudinal y transversal 3. Se recomienda realizar ensayos de roce estático/dinámico para conocer la relación que pudiera existir entre el porcentaje de las fibras que componen un no tejido y estas propiedades. Además de considerar la estructura y el tipo de acabado que se hayan empleado en su fabricación. 4. Se sugiere realizar los ensayos de tracción, agarre y punzonado; con las probetas húmedas para verificar su cumplimiento con las especificaciones del proveedor. Esto se realiza ya que estos geotextiles siempre están afectos a diversas condiciones ambientales. 5. Se recomienda realizar ensayos de tracción, agarre y punzonado con las probetas a diferentes ambientes ácidos ya que esto puede variar los resultados de los ensayos. 6. Para obtener los resultados reales de tracción, desgarre y elongación; y poder compararlos con los datos técnicos del proveedor, es necesario desarrollar los ensayos en base a las distintas normas ASTM. 7. Luego de simular ambos escenarios con cargas distintas se recomienda señalizar los accesos con cargas máximas de vehículos para evitar la falla por punzonamiento en el geotextil, de lo contrario utilizar un geotextil con mayor gramaje para evitar las fallas. 119 REFERENCIAS BILIOGRÁFICAS [1] Díaz J., Escobar O., Olivo E. “Aplicación de los Geosintéticos en la Estructura de los Pavimentos y en Obras de Drenaje para carreteras”. Universidad de El Salvador. Facultad de ingeniería y Arquitectura. Escuela de Ingeniería Civil. San Salvador. 2009 [2] Geosistemas PAVCO de Mexichem. “Manual de Diseño con Geosintéticos”. Departamento de Ingeniería. Bogotá D.C. – Colombia Octava Edición, junio de 2009. [3] ASTM D - 4439-97: [4] Campaña J., Mata W., Mendoza X. “Los Geosintéticos Aplicados a Obras de Pavimento Flexible”. Escuela Superior Politécnica del Litoral. Facultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra. Ingeniería Civil. Guayaquil. Ecuador. 2011 [5] FAO. (2001). The Potential Market for Sisal and Henequen Geotextiles. Washington, USA [6] Raimond B. Seymour & Charles E. Carreher. “Introducción a la Química de los Polímeros”, Editorial Reverte. SA Barcelona. 1995. [7] Doctorovich F., Aldabe S., Kornblihtt A. “Plasticos y fibras”. Miniserio de Educacion. Ciencia y Tecnología. Conicet. Argentina.( www.me.gov.ar) [8] Richard J. Bathurst. Funciones de los Geosintéticos. International Geosynthetics Society – IGS (www.geosynthetics-international.com) [9] UNE 40523 Textiles. Vocabulario de los geotextiles. [10] USO DE GEOMALLAS EN CAMINOS MINEROS. Tello D. TDM Perú Congreso MinerNorte. (http://www.ciptrujillo.org/multimedia/congreso_ minernorte/ EXPO_GEOMALLA_MINERNORTE.pdf) [11] Ingeniería y geosintéticos (http://www.iyg.com.ec/IYG/georedes.swf) 120 [12] Geocompuestos GEOTEXAN. http://www.geotexan.com/geocompuestos_geotesan_geobent.php [13] GEO-PRODUCTORES MEXICANOS. http://www.geoproductos.com.mx/geoweb/definiciones.html [14] Pliego de Prescripciones Tecnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes. ORDEN FOM/1382/2002. BOE núm. 139.2002. [15] Robert M. Koerner. “Designing With Geosynthetics”. Quinta Edición.U.S.A. 2005 121 C E R T I F I C A D O D E C A L I D A D PRODUCTO : GEOTEXTIL NO TEJIDO TDM GT 270P LOTE : 0713B1735-1818, B1838-1875, B2066-2072, 2013 B2087-2158, B2176-2300, B2315-2436, B2464-2473, B2658-2698 TIPO DE MUESTREO : ASTM D - 4354 CONDICIONES AMBIENTALES : Temperatura 22° C - Humedad Relativa 65% PROPIEDAD NORMA UNIDAD VALOR Método Grab N 1085 Resistencia a la Tensión ASTM D - 4632 Elongación a la Rotura % 87 Resistencia Punzonamiento ASTM D - 4833 N 619 Resistencia al Rasgado Trapezoidal ASTM D - 4533 N 375 Método Mullen Burst Resistencia al Estallido ASTM D - 3786 kPa 2973 Resistencia al Deterioro de Geotextiles a la ASTM D -4355 % > 70 Exposición de Luz U.V. y Agua 500 Horas Tamaño Abertura Aparente ASTM D - 4751 mm 0.125 Permeabilidad ASTM D - 4491 cm/s 0.55 Permitividad ASTM D - 4491 S -¹ 1.69 Tasa de Flujo ASTM D - 4491 l/min/m² 4600 Resistencia al Punzonamiento CBR ASTM D - 6241 KN 3.0 Masa por Unidad de Area ASTM D - 5261 g / m² 272 OBSERVACIONES: Los valores reportados son los mínimos en cualquier sentido ( Longitudinal / Transversal ) Especificación Vigente : Diciembre 2008 Fecha Emisión : 31 de julio de 2013 TUBERIAS Y GEOSISTEMAS DEL PERU S.A. Av Separadora Industrial 2557, Ate Lima - Perú Teléfonos: 51 1 627 6038 / 51 1 6276039 R.U.C. 20517932346 E-mail: geosperu@mexichem.com Designation: D 5261 – 92 (Reapproved 2003) Standard Test Method for Measuring Mass per Unit Area of Geotextiles 1 This standard is issued under the fixed designation D 5261; the number immediately following the designation indicates the year of original adoption or, in the case of revision, the year of last revision. A number in parentheses indicates the year of last reapproval. A superscript epsilon (e) indicates an editorial change since the last revision or reapproval. 1. Scope 3.2 For definitions of other textile terms used in this test 1.1 This test method can be used as an index to themethod, refer to Terminology D 123. determination of mass per unit area of all geotextiles. 3.3 For definitions of other terms relating to geotextiles used 1.2 The values stated in SI units or other units shall bein this test method, refer to Terminology D 4439. regarded separately as standard. The values stated in parenth4e. -Summary of Test Method ses are provided for information only. 1.3 This standard does not purport to address all of the 4.1 The mass per unit area of a geotextile is determined by safety concerns, if any, associated with its use. It is theweighing test specimens of known dimensions, cut from responsibility of the user of this standard to establish appro-various locations over the full width of the laboratory sample. priate safety and health practices and determine the applica-The calculated values are then averaged to obtain the mean bility of regulatory limitations prior to use. mass per unit area of the laboratory sample. 2. Referenced Documents 5. Significance and Use 2.1 ASTM Standards: 5.1 This test method is used to determine if the geotextile D 123 Terminology Relating to Textiles material meets specifications for mass per unit area. This test D 1776 Practice for Conditioning Textiles for Testing method can be used for quality control to determine specimen D 4354 Practice for Sampling of Geosynthetics for Testingconformance. This measurement allows for a simple control of D 4439 Terminology for Geotextiles the delivered material by a comparison of the mass per unit 2.2 ISO/DIS Document: area of the delivered material and the specified mass per unit 9864-1990 Mass per Unit Area of Geotext2iles area. 5.2 The procedure in this test method may be used for 3. Terminology acceptance testing of commercial shipments, but caution is 3.1 Definitions: advised since information about between-laboratory precision 3.1.1 atmosphere for testing geotexti,lens— air maintained is incomplete. Comparative tests in accordance with 5.2.1 are at a relative humidity of 656 5 % and temperature of 261 advisable. 2°C (706 4°F). 5.2.1 In case of a dispute arising from differences in 3.1.2 geosyntheticn, —a planar product manufactured from reported test results when using the procedures in this test polymeric material used with soil, rock, earth, or other method for acceptance testing of commercial shipments, the geotechnical-engineering-related material as an integral part opfurchaser and the manufacturer should conduct comparative a man-made project, structure, or system. tests to determine if there is a statistical bias between their 3.1.3 geotextile,n—any permeable textile used with foun- laboratories. Competent statistical assistance is recommended dation, soil, rock, earth, or any other geotechnical-engineeringf-or the investigation of bias. As a minimum, the two parties related material as an integral part of a man-made projects,hould take a group of test specimens that are as homogeneous structure, or system. as possible and which are from a lot of material of the type in 3.1.4 Discussion—Current textile manufacturing techniquesquestion. The test specimen should then be randomly assigned produce: nonwoven fabrics, knitted (non-tabular) fabrics, andin equal numbers to each laboratory for testing. The average woven fabrics. results from the two laboratories should be compared using the appropriate student’ts-test and an acceptable probability level chosen by the two parties before testing is begun. If a bias is 1 This test method is under the jurisdiction of ASTM Committee D35 on found, either its cause must be found and corrected or the Geosynthetics and is the direct responsibility of Subcommittee D35.01 on Mechanip- urchaser and the manufacturer must agree to interpret future cal Properties. Current edition approved June 15, 1992. Published August 1992. test results in light of the known bias. 2 Available from ISO Case Postale 56, CH-1211, Geneva 20, Switzerland. Copyright © ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States. 1 Copyright by ASTM Int'l (all rights reserved); Sun Dec 14 23:23:59 EST 2008 Downloaded/printed by Robert Wallace () pursuant to License Agreement. No further reproductions authorized. D 5261 – 92 (2003) 6. Apparatus it may be sufficient in routine testing to expose the material to the standard 6.1 Balance, calibrated, capable of weighing to 5000 g, withatmosphere for testing for a reasonable period of time before thespecimens are tested. A time of at least 24 h has been found acceptable in an accuracy of 0.01 g. most cases. However, certain fibers may exhibit slow moisture equilibra- tion rates from the “as-received” wet side. When this is known, a 7. Sampling preconditioning cycle, in accordance with Practice D 1776, may be agreed 7.1 Lot Sample—Divide the test specimens into lots, and forupon between the contractural parties. the lot to be tested, take the lot sample in accordance with9. Procedure Practice D 4354. 7.2 Laboratory Sampl—e Consider the units in the lot 9.1 Test the conditioned test specimens in the standard sample as the units in the laboratory sample. For the laboratoraytmosphere for testing geotextiles. sample, take a full width swatch of sufficient length along the 9.2 Weigh each of the conditioned specimens separately on salvage so that the requirements of 7.3 can be met. a calibrated balance to the nearest 0.01 g. 7.2.1 The laboratory sample should be free from imperfec-10. Calculation tions or other areas not representative of the material sampled.10.1 Calculate the mass per unit area of each of the 7.3 The number of test specimens shall be a minimum osf pecimens as follows: five, cut such that they are representative of the entire roll width and with a combined total minimum area of 100 000 m5 Ms3 1 000 000/A (1) 2 mm (155 in.2). Each test specimen shall be equal in area (notwhere: less than 10 000 m2m(15.5 in.2), as described in ISO/DIS m = mass per unit area rounded to the nearest 0.12,g/m 9864-1990). Cut each test specimen with an accuracy ofMs = mass of the specimen, g, and 60.5 % of its area. A = area of the specimen, m2m. NOTE 1—For test specimens prepared in the field, larger than 10.2 Repeat this procedure for each test specimen. minimum-sized test specimens will be required to stay within the cutting 10.3 Calculate the average and standard deviation of the accuracy (0.5 %). Field experience has shown that a test specimen with amnass per unit area results for the test specimens. area not less than 90 000 m2m(139.5 in2.) will be necessary to achieve the required accuracy. 11. Report 7.3.1 Cut the test specimens at least one tenth the width of 11.1 Report the following information on mass per unit area the geotextile from any selvage, unless otherwise specified. of geotextiles: 7.3.2 If the structure of the geotextile is such that the 11.1.1 Type of geotextile tested, sampling method used, the specified test specimen size is not representative of thteest specimen size, shape, and the number of test specimens laboratory sample, a larger size shall be agreed upon betweetensted, the purchaser and the supplier. 11.1.2 The average mass per unit area and standard devia- tion to three significant figures, and 8. Conditioning 11.1.3 A statement of any departures from the suggested 8.1 Bring the test specimens to moisture equilibrium in thetesting procedures so that the results can be evaluated and used. atmosphere for testing geotextiles. Equilibrium is considered to12. Precision and Bias have been reached when the increase in mass of the test12.1 Precision—The precision of this test method is being specimen in successive weighings, made at intervals of not lesesstablished. than 2 h, does not excee6d0.1 % of the mass of the test 12.2 Bias—This test method has no bias because the value specimen. In general practice, the industry approaches equilibo-f mass per unit area can only be defined in terms of a test rium from the “as-received” side. method. NOTE 2—It is recognized that in practice geotextile materials frequently are not weighed to determine when moisture equilibrium has been13. Keywords reached. While such a procedure cannot be accepted in cases of dispute,13.1 geotextile; mass per unit area; weight ASTM International takes no position respecting the validity of any patent rights asserted in connection with any item mentioned in this standard. Users of this standard are expressly advised that determination of the validity of any such patent rights, and the risk of infringement of such rights, are entirely their own responsibility. This standard is subject to revision at any time by the responsible technical committee and must be reviewed every five years and if not revised, either reapproved or withdrawn. Your comments are invited either for revision of this standard or for additional standards and should be addressed to ASTM International Headquarters. Your comments will receive careful consideration at a meeting of the responsible technical committee, which you may attend. If you feel that your comments have not received a fair hearing you should make your views known to the ASTM Committee on Standards, at the address shown below. This standard is copyrighted by ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States. Individual reprints (single or multiple copies) of this standard may be obtained by contacting ASTM at the above address or at 610-832-9585 (phone), 610-832-9555 (fax), or service@astm.org (e-mail); or through the ASTM website (www.astm.org). 2 Copyright by ASTM Int'l (all rights reserved); Sun Dec 14 23:23:59 EST 2008 Downloaded/printed by Robert Wallace () pursuant to License Agreement. No further reproductions authorized. Designation: D 638 – 03 Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics 1 This standard is issued under the fixed designation D 638; the number immediately following the designation indicates the year of original adoption or, in the case of revision, the year of last revision. A number in parentheses indicates the year of last reapproval. A superscript epsilon (e) indicates an editorial change since the last revision or reapproval. This standard has been approved for use by agencies of the Department of Defense. 1. Scope* 1.6 This standard does not purport to address all of the 1.1 This test method covers the determination of the tensilesafety concerns, if any, associated with its use. It is the properties of unreinforced and reinforced plastics in the formresponsibility of the user of this standard to establish appro- of standard dumbbell-shaped test specimens when tested undperirate safety and health practices and determine the applica- defined conditions of pretreatment, temperature, humidity, andbility of regulatory limitations prior to use. testing machine speed. 2. Referenced Documents 1.2 This test method can be used for testing materials of any thickness up to 14 mm [0.55 in.]. However, for testing 2.1 ASTM Standards 2: specimens in the form of thin sheeting, including film less than D 229 Test Methods for Rigid Sheet and Plate Materials 1.0 mm [0.04 in.] in thickness, Test Methods D 882 is the Used for Electrical Insulation preferred test method. Materials with a thickness greater than D 412 Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermo- 14 mm [0.55 in.] must be reduced by machining. plastic Elastomers—Tension 1.3 This test method includes the option of determining D 618 Practice for Conditioning Plastics for Testing Poisson’s ratio at room temperature. D 651 Test Method for Tensile Strength of Molded Electri- cal Insulating Materials NOTE 1—This test method and ISO 527-1 are technically equivalent. D 882 Test Methods for Tensile Properties of Thin Plastic NOTE 2—This test method is not intended to cover precise physical Sheeting procedures. It is recognized that the constant rate of crosshead movement type of test leaves much to be desired from a theoretical standpoint, that D 883 Terminology Relating to Plastics wide differences may exist between rate of crosshead movement and rate D 1822 Test Method for Tensile-Impact Energy to Break of strain between gage marks on the specimen, and that the testing speeds Plastics and Electrical Insulating Materials specified disguise important effects characteristic of materials in the D 3039/D 3039M Test Method for Tensile Properties of plastic state. Further, it is realized that variations in the thicknesses of test Polymer Matrix Composite Materials specimens, which are permitted by these procedures, produce variations in D 4000 Classification System for Specifying Plastic Mate- the surface-volume ratios of such specimens, and that these variations may rials influence the test results. Hence, where directly comparable results are desired, all samples should be of equal thickness. Special additional tests D 4066 Classification System for Nylon Injection and Ex- should be used where more precise physical data are needed. trusion Materials NOTE 3—This test method may be used for testing phenolic molded D 5947 Test Methods for Physical Dimensions of Solid resin or laminated materials. However, where these materials are used as Plastic Specimens electrical insulation, such materials should be tested in accordance with E 4 Practices for Force Verification of Testing Machines Test Methods D 229 and Test Method D 651. E 83 Practice for Verification and Classification of Exten- NOTE 4—For tensile properties of resin-matrix composites reinforced with oriented continuous or discontinuous high modulus >20-GPa someter [>3.0 3 106-psi] fibers, tests shall be made in accordance with Test E 132 Test Method for Poisson’s Ratio at Room Tempera- Method D 3039/D 3039M. ture 1.4 Test data obtained by this test method are relevant and E 691 Practice for Conducting an Interlaboratory Study to appropriate for use in engineering design. Determine the Precision of a Test Method 1.5 The values stated in SI units are to be regarded as the 2.2 ISO Standard 3: standard. The values given in brackets are for information only. 2 For referenced ASTM standards, visit the ASTM website, www.astm.org, or contact ASTM Customer Service at service@astm.org.AFnonrual Book of ASTM 1 This test method is under the jurisdiction of ASTM Committee D20 on PlasticsStandardsvolume information, refer to the standard’s Document Summary page on and is the direct responsibility of Subcommittee D20.10 on Mechanical Propertiest.he ASTM website. Current edition approved December 1, 2003. Published January 2004. Originally 3 Available from American National Standards Institute (ANSI), 25 W. 43rd St., approved in 1941. Last previous edition approved in 2002 as D 638 - 02a. 4th Floor, New York, NY 10036. *A Summary of Changes section appears at the end of this standard. Copyright © ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States. 1 D 638 – 03 ISO 527-1 Determination of Tensile Properties and the material remains elastic under the action of the applied force, the lateral strain bears a constant relationship to the axial 3. Terminology strain. This constant, called Poisson’s ratio, is defined as the 3.1 Definitions—Definitions of terms applying to this test negative ratio of the transverse (negative) to axial strain under method appear in Terminology D 883 and Annex A2. uniaxial stress. 4. Significance and Use 4.4.1 Poisson’s ratio is used for the design of structures in which all dimensional changes resulting from the application 4.1 This test method is designed to produce tensile propertoyf force need to be taken into account and in the application of data for the control and specification of plastic materials. Thesethe generalized theory of elasticity to structural analysis. data are also useful for qualitative characterization and for research and development. For many materials, there may be aNOTE 6—The accuracy of the determination of Poisson’s ratio is specification that requires the use of this test method, but withusually limited by the accuracy of the transverse strain measurements some procedural modifications that take precedence whebnecause the percentage errors in these measurements are usually greater adhering to the specification. Therefore, it is advisable to refetrhan in the axial strain measurements. Since a ratio rather than an absolute quantity is measured, it is only necessary to know accurately the relative to that material specification before using this test methodv.alue of the calibration factors of the extensometers. Also, in general, the Table 1 in Classification D 4000 lists the ASTM materials value of the applied loads need not be known accurately. standards that currently exist. 4.2 Tensile properties may vary with specimen preparation5. Apparatus and with speed and environment of testing. Consequently, 5.1 Testing Machine—A testing machine of the constant- where precise comparative results are desired, these factorraste-of-crosshead-movement type and comprising essentially must be carefully controlled. the following: 4.2.1 It is realized that a material cannot be tested without also testing the method of preparation of that material. Hence, 5.1.1 Fixed Membe—r A fixed or essentially stationary when comparative tests of materials per se are desired, thmeember carrying one grip. greatest care must be exercised to ensure that all samples are5.1.2 Movable Member—A movable member carrying a prepared in exactly the same way, unless the test is to includseecond grip. the effects of sample preparation. Similarly, for referee pur- 5.1.3 Grips—Grips for holding the test specimen between poses or comparisons within any given series of specimensth, e fixed member and the movable member of the testing care must be taken to secure the maximum degree of uniform- achine can be either the fixed or self-aligning type. mity in details of preparation, treatment, and handling. 5.1.3.1 Fixed grips are rigidly attached to the fixed and 4.3 Tensile properties may provide useful data for plasticsmovable members of the testing machine. When this type of engineering design purposes. However, because of the higghrip is used extreme care should be taken to ensure that the test degree of sensitivity exhibited by many plastics to rate ofspecimen is inserted and clamped so that the long axis of the straining and environmental conditions, data obtained by thistest specimen coincides with the direction of pull through the test method cannot be considered valid for applications involv-center line of the grip assembly. ing load-time scales or environments widely different from 5.1.3.2 Self-aligning grips are attached to the fixed and those of this test method. In cases of such dissimilarity, nomovable members of the testing machine in such a manner that reliable estimation of the limit of usefulness can be made forthey will move freely into alignment as soon as any load is most plastics. This sensitivity to rate of straining and environ-applied so that the long axis of the test specimen will coincide ment necessitates testing over a broad load-time scale (includw-ith the direction of the applied pull through the center line of ing impact and creep) and range of environmental conditions itfhe grip assembly. The specimens should be aligned as per- tensile properties are to suffice for engineering design purf-ectly as possible with the direction of pull so that no rotary poses. motion that may induce slippage will occur in the grips; there NOTE 5—Since the existence of a true elastic limit in plastics (as inis a limit to the amount of misalignment self-aligning grips will many other organic materials and in many metals) is debatable, thaeccommodate. propriety of applying the term “elastic modulus” in its quoted, generally 5.1.3.3 The test specimen shall be held in such a way that accepted definition to describe the “stiffness” or “rigidity” of a plastic has slippage relative to the grips is prevented insofar as possible. been seriously questioned. The exact stress-strain characteristics of plasGticrip surfaces that are deeply scored or serrated with a pattern materials are highly dependent on such factors as rate of application osfimilar to those of a coarse single-cut file, serrations about 2.4 stress, temperature, previous history of specimen, etc. However, stress- strain curves for plastics, determined as described in this test methodm, m [0.09 in.] apart and about 1.6 mm [0.06 in.] deep, have almost always show a linear region at low stresses, and a straight linbeeen found satisfactory for most thermoplastics. Finer serra- drawn tangent to this portion of the curve permits calculation of an elastictions have been found to be more satisfactory for harder modulus of the usually defined type. Such a constant is useful if itsplastics, such as the thermosetting materials. The serrations arbitrary nature and dependence on time, temperature, and similar factosrshould be kept clean and sharp. Breaking in the grips may are realized. occur at times, even when deep serrations or abraded specimen 4.4 Poisson’s Ratio—When uniaxial tensile force is appliedsurfaces are used; other techniques must be used in these cases. to a solid, the solid stretches in the direction of the appliedOther techniques that have been found useful, particularly with force (axially), but it also contracts in both dimensions lateralsmooth-faced grips, are abrading that portion of the surface of to the applied force. If the solid is homogeneous and isotropict,he specimen that will be in the grips, and interposing thin 2 D 638 – 03 pieces of abrasive cloth, abrasive paper, or plastic, or rubberc-lassification within the range of use for modulus measure- coated fabric, commonly called hospital sheeting, between thme ents meets this requirement. specimen and the grip surface. No. 80 double-sided abrasive 5.2.2 Low-Extension Measuremen—tsFor elongation-at- paper has been found effective in many cases. An open-mesyhield and low-extension measurements (nominally 20 % or fabric, in which the threads are coated with abrasive, has alsloess), the same above extensometer, attenuated to 20 % exten- been effective. Reducing the cross-sectional area of the specsii-on, may be used. In any case, the extensometer system must men may also be effective. The use of special types of grips ims eet at least Class C (Practice E 83) requirements, which sometimes necessary to eliminate slippage and breakage in thineclude a fixed strain error of 0.001 strain 6or1.0 % of the grips. indicated strain, whichever is greater. 5.1.4 Drive Mechanism—A drive mechanism for imparting 5.2.3 High-Extension Measuremen—tsFor making mea- to the movable member a uniform, controlled velocity with surements at elongations greater than 20 %, measuring tech- respect to the stationary member, with this velocity to beniques with error no greater tha6n10 % of the measured value regulated as specified in Section 8. are acceptable. 5.1.5 Load Indicator—A suitable load-indicating mecha- 5.2.4 Poisson’s Ratio—Bi-axial extensometer or axial and nism capable of showing the total tensile load carried by thetransverse extensometers capable of recording axial strain and test specimen when held by the grips. This mechanism shall bteransverse strain simultaneously. The extensometers shall be essentially free of inertia lag at the specified rate of testing andcapable of measuring the change in strains with an accuracy of shall indicate the load with an accuracy 6of1 % of the 1 % of the relevant value or better. indicated value, or better. The accuracy of the testing machine shall be verified in accordance with Practices E 4. NOTE 8—Strain gages can be used as an alternative method to measure axial and transverse strain; however, proper techniques for mounting NOTE 7—Experience has shown that many testing machines now in ussetrain gages are crucial to obtaining accurate data. Consult strain gage are incapable of maintaining accuracy for as long as the periods betweesnuppliers for instruction and training in these special techniques. inspection recommended in Practices E 4. Hence, it is recommended that each machine be studied individually and verified as often as may be 5.3 Micrometers—Apparatus for measuring the width and found necessary. It frequently will be necessary to perform this functionthickness of the test specimen shall comply with the require- daily. ments of Test Method D 5947. 5.1.6 The fixed member, movable member, drive mecha- nism, and grips shall be constructed of such materials and i6n. Test Specimens such proportions that the total elastic longitudinal strain of the 6.1 Sheet, Plate, and Molded Plast:ics system constituted by these parts does not exceed 1 % of the6.1.1 Rigid and Semirigid Plastic—s The test specimen shall total longitudinal strain between the two gage marks on the tesctonform to the dimensions shown in Fig. 1. The Type I specimen at any time during the test and at any load up to thsepecimen is the preferred specimen and shall be used where rated capacity of the machine. sufficient material having a thickness of 7 mm [0.28 in.] or less 5.1.7 Crosshead Extension Indicat—orA suitable extension is available. The Type II specimen may be used when a indicating mechanism capable of showing the amount ofmaterial does not break in the narrow section with the preferred change in the separation of the grips, that is, crossheaTdype I specimen. The Type V specimen shall be used where movement. This mechanism shall be essentially free of inertiaol nly limited material having a thickness of 4 mm [0.16 in.] or lag at the specified rate of testing and shall indicate theless is available for evaluation, or where a large number of crosshead movement with an accuracy 6o1f 0 % of the specimens are to be exposed in a limited space (thermal and indicated value. environmental stability tests, etc.). The Type IV specimen 5.2 Extension Indicator(extensometer)—A suitable instru- should be used when direct comparisons are required between ment shall be used for determining the distance between twmo aterials in different rigidity cases (that is, nonrigid and designated points within the gage length of the test specimen assemirigid). The Type III specimen must be used for all the specimen is stretched. For referee purposes, the extensoma- terials with a thickness of greater than 7 mm [0.28 in.] but eter must be set at the full gage length of the specimen, ansot more than 14 mm [0.55 in.]. shown in Fig. 1. It is desirable, but not essential, that this 6.1.2 Nonrigid Plastics—The test specimen shall conform instrument automatically record this distance, or any change into the dimensions shown in Fig. 1. The Type IV specimen shall it, as a function of the load on the test specimen or of thebe used for testing nonrigid plastics with a thickness of 4 mm elapsed time from the start of the test, or both. If only the latter[0.16 in.] or less. The Type III specimen must be used for all is obtained, load-time data must also be taken. This instrumenmt aterials with a thickness greater than 7 mm [0.28 in.] but not shall be essentially free of inertia at the specified speed omf ore than 14 mm [0.55 in.]. testing. Extensometers shall be classified and their calibration 6.1.3 Reinforced Composites—The test specimen for rein- periodically verified in accordance with Practice E 83. forced composites, including highly orthotropic laminates, 5.2.1 Modulus-of-Elasticity Measuremen—tsFor modulus- shall conform to the dimensions of the Type I specimen shown of-elasticity measurements, an extensometer with a maximumin Fig. 1. strain error of 0.0002 mm/mm [in./in.] that automatically and 6.1.4 Preparation—Test specimens shall be prepared by continuously records shall be used. An extensometer classifiemdachining operations, or die cutting, from materials in sheet, by Practice E 83 as fulfilling the requirements of a B-2 plate, slab, or similar form. Materials thicker than 14 mm [0.55 3 D 638 – 03 Specimen Dimensions for Thickness, T, mm [in.]A 7 [0.28] or under Over 7 to 14 [0.28 to 0.55], incl 4 [0.16] or under Dimensions (see drawings) Tolerances Type I Type II Type III Type IVB Type VC,D W—Width of narrow sectionE,F 13 [0.50] 6 [0.25] 19 [0.75] 6 [0.25] 3.18 [0.125] 60.5 [60.02]B,C L—Length of narrow section 57 [2.25] 57 [2.25] 57 [2.25] 33 [1.30] 9.53 [0.375] 60.5 [60.02]C WO—Width overall, minG 19 [0.75] 19 [0.75] 29 [1.13] 19 [0.75] ... + 6.4 [ + 0.25] WO—Width overall, minG ... ... ... ... 9.53 [0.375] + 3.18 [ + 0.125] LO—Length overall, minH 165 [6.5] 183 [7.2] 246 [9.7] 115 [4.5] 63.5 [2.5] no max [no max] G—Gage lengthI 50 [2.00] 50 [2.00] 50 [2.00] ... 7.62 [0.300] 60.25 [60.010]C G—Gage lengthI ... ... ... 25 [1.00] ... 60.13 [60.005] D—Distance between grips 115 [4.5] 135 [5.3] 115 [4.5] 65 [2.5]J 25.4 [1.0] 65 [60.2] R—Radius of fillet 76 [3.00] 76 [3.00] 76 [3.00] 14 [0.56] 12.7 [0.5] 61 [60.04]C RO—Outer radius (Type IV) ... ... ... 25 [1.00] ... 61 [60.04] A Thickness, T, shall be 3.26 0.4 mm [0.13 6 0.02 in.] for all types of molded specimens, and for other Types I and II specimens where possible. If specimens are machined from sheets or plates, thickness, T, may be the thickness of the sheet or plate provided this does not exceed the range stated for the intended specimen type. For sheets of nominal thickness greater than 14 mm [0.55 in.] the specimens shall be machined to 14 6 0.4 mm [0.55 6 0.02 in.] in thickness, for use with the Type III specimen. For sheets of nominal thickness between 14 and 51 mm [0.55 and 2 in.] approximately equal amounts shall be machined from each surface. For thicker sheets both surfaces of the specimen shall be machined, and the location of the specimen with reference to the original thickness of the sheet shall be noted. Tolerances on thickness less than 14 mm [0.55 in.] shall be those standard for the grade of material tested. B For the Type IV specimen, the internal width of the narrow section of the die shall be 6.00 6 0.05 mm [0.2506 0.002 in.]. The dimensions are essentially those of Die C in Test Methods D 412. C The Type V specimen shall be machined or die cut to the dimensions shown, or molded in a mold whose cavity has these dimensions. The dimensions shall be: W = 3.18 6 0.03 mm [0.125 6 0.001 in.], L = 9.53 6 0.08 mm [0.375 6 0.003 in.], G = 7.62 6 0.02 mm [0.300 6 0.001 in.], and R = 12.7 6 0.08 mm [0.500 6 0.003 in.]. The other tolerances are those in the table. D Supporting data on the introduction of the L specimen of Test Method D 1822 as the Type V specimen are available from ASTM Headquarters. Request RR:D20-1038. E The width at the center Wc shall be +0.00 mm, −0.10 mm [ +0.000 in., −0.004 in.] compared with width W at other parts of the reduced section. Any reduction in W at the center shall be gradual, equally on each side so that no abrupt changes in dimension result. F For molded specimens, a draft of not over 0.13 mm [0.005 in.] may be allowed for either Type I or II specimens 3.2 mm [0.13 in.] in thickness, and this should be taken into account when calculating width of the specimen. Thus a typical section of a molded Type I specimen, having the maximum allowable draft, could be as follows: G Overall widths greater than the minimum indicated may be desirable for some materials in order to avoid breaking in the grips. H Overall lengths greater than the minimum indicated may be desirable either to avoid breaking in the grips or to satisfy special test requirements. I Test marks or initial extensometer span. J When self-tightening grips are used, for highly extensible polymers, the distance between grips will depend upon the types of grips used and may not be critical if maintained uniform once chosen. FIG. 1 Tension Test Specimens for Sheet, Plate, and Molded Plastics 4 D 638 – 03 in.] must be machined to 14 mm [0.55 in.] for use as Type IIIcloth, SMC, and BMC laminates, other specimen types should be specimens. Specimens can also be prepared by molding thceonsidered to ensure breakage within the gage length of the specimen, as material to be tested. mandated by 7.3. NOTE 10—When preparing specimens from certain composite lami- nates such as woven roving, or glass cloth, care must be exercised in cutting the specimens parallel to the reinforcement. The reinforcement will be significantly weakened by cutting on a bias, resulting in lower laminate properties, unless testing of specimens in a direction other than parallel with the reinforcement constitutes a variable being studied. NOTE 11—Specimens prepared by injection molding may have different tensile properties than specimens prepared by machining or die-cutting because of the orientation induced. This effect may be more pronounced in specimens with narrow sections. 6.2 Rigid Tubes—The test specimen for rigid tubes shall be as shown in Fig. 2. The lengtLh, shall be as shown in the table in Fig. 2. A groove shall be machined around the outside of the specimen at the center of its length so that the wall section after machining shall be 60 % of the original nominal wall thick- ness. This groove shall consist of a straight section 57.2 mm [2.25 in.] in length with a radius of 76 mm [3 in.] at each end joining it to the outside diameter. Steel or brass plugs having diameters such that they will fit snugly inside the tube and having a length equal to the full jaw length plus 25 mm [1 in.] shall be placed in the ends of the specimens to prevent crushing. They can be located conveniently in the tube by separating and supporting them on a threaded metal rod. Details of plugs and test assembly are shown in Fig. 2. 6.3 Rigid Rods—The test specimen for rigid rods shall be as shown in Fig. 3. The lengthL,, shall be as shown in the table in Fig. 3. A groove shall be machined around the specimen at the center of its length so that the diameter of the machined portion shall be 60 % of the original nominal diameter. This groove shall consist of a straight section 57.2 mm [2.25 in.] in length with a radius of 76 mm [3 in.] at each end joining it to the outside diameter. 6.4 All surfaces of the specimen shall be free of visible flaws, scratches, or imperfections. Marks left by coarse ma- DIMENSIONS OF TUBE SPECIMENS chining operations shall be carefully removed with a fine file or abrasive, and the filed surfaces shall then be smoothed with Standard Length, L, Length of Radial Total Calculated Nominal Wall of Specimen to Be abrasive paper (No. 00 or finer). The finishing sanding strokes Sections, Minimum Thickness Used for 89-mm 2R.S. Length of Specimen shall be made in a direction parallel to the long axis of the test [3.5-in.] JawsA specimen. All flash shall be removed from a molded specimen, mm [in.] taking great care not to disturb the molded surfaces. In 0.79 [1⁄32 ] 13.9 [0.547] 350 [13.80] 381 [15] machining a specimen, undercuts that would exceed the 1.2 [3⁄64 ] 17.0 [0.670] 354 [13.92] 381 [15] dimensional tolerances shown in Fig. 1 shall be scrupulously 1.6 [1⁄16 ] 19.6 [0.773] 356 [14.02] 381 [15] 2.4 [3⁄ ] 24.0 [0.946] 361 [14.20] 381 [15] avoided. Care shall also be taken to avoid other common32 3.2 [1⁄8 ] 27.7 [1.091] 364 [14.34] 381 [15] machining errors. 4.8 [3⁄16 ] 33.9 [1.333] 370 [14.58] 381 [15] 6.5 If it is necessary to place gage marks on the specimen, 6.4 [1⁄4 ] 39.0 [1.536] 376 [14.79] 400 [15.75] 7.9 [5⁄16 ] 43.5 [1.714] 380 [14.96] 400 [15.75] this shall be done with a wax crayon or India ink that will not 9.5 [3⁄8 ] 47.6 [1.873] 384 [15.12] 400 [15.75] affect the material being tested. Gage marks shall not be 11.1 [7⁄16 ] 51.3 [2.019] 388 [15.27] 400 [15.75] 1 scratched, punched, or impressed on the specimen.12.7 [ ⁄2 ] 54.7 [2.154] 391 [15.40] 419 [16.5] 6.6 When testing materials that are suspected of anisotropy, A For other jaws greater than 89 mm [3.5 in.], the standard length shall be duplicate sets of test specimens shall be prepared, having their increased by twice the length of the jaws minus 178 mm [7 in.]. The standard long axes respectively parallel with, and normal to, the length permits a slippage of approximately 6.4 to 12.7 mm [0.25 to 0.50 in.] in each jaw while maintaining the maximum length of the jaw grip. suspected direction of anisotropy. FIG. 2 Diagram Showing Location of Tube Tension Test Specimens in Testing Machine 7. Number of Test Specimens 7.1 Test at least five specimens for each sample in the case NOTE 9—Test results have shown that for some materials such as glasosf isotropic materials. 5 D 638 – 03 NOTE 12—Before testing, all transparent specimens should be inspected in a polariscope. Those which show atypical or concentrated strain patterns should be rejected, unless the effects of these residual strains constitute a variable to be studied. 8. Speed of Testing 8.1 Speed of testing shall be the relative rate of motion of the grips or test fixtures during the test. The rate of motion of the driven grip or fixture when the testing machine is running idle may be used, if it can be shown that the resulting speed of testing is within the limits of variation allowed. 8.2 Choose the speed of testing from Table 1. Determine this chosen speed of testing by the specification for the material being tested, or by agreement between those concerned. When the speed is not specified, use the lowest speed shown in Table 1 for the specimen geometry being used, which gives rupture within 1⁄2 to 5-min testing time. 8.3 Modulus determinations may be made at the speed selected for the other tensile properties when the recorder response and resolution are adequate. 8.4 The speed of testing for Poisson’s ratio determination shall be 5 mm/min. 9. Conditioning 9.1 Conditioning—Condition the test specimens at 623 2°C [73.46 3.6°F] and 506 5 % relative humidity for not less than 40 h prior to test in accordance with Procedure A of Practice D 618, unless otherwise specified by contract or the relevant ASTM material specification. Reference pre-test con- ditioning, to settle disagreements, shall apply tolerances of DIMENSIONS OF ROD SPECIMENS 61°C [1.8°F] and62 % relative humidity. Standard Length, L, of 9.2 Test Conditions—Conduct the tests at6232°C [73.46 Total Calculated Nominal Diam- Length of Radial Specimen to Be Used Minimum 3.6°F] and 506 5 % relative humidity, unless otherwise eter Sections, 2R.S. for 89-mm [31⁄2-in.] Length of Specimen JawsA specified by contract or the relevant ASTM material specifica- tion. Reference testing conditions, to settle disagreements, mm [in.] shall apply tolerances o6f 1°C [1.8°F] and62 % relative 3.2 [1⁄8 ] 19.6 [0.773] 356 [14.02] 381 [15] 4.7 [1⁄16 ] 24.0 [0.946] 361 [14.20] 381 [15] humidity. 6.4 [1⁄4 ] 27.7 [1.091] 364 [14.34] 381 [15] 9.5 [3⁄8 ] 33.9 [1.333] 370 [14.58] 381 [15] TABLE 1 Designations for Speed of Testing A 12.7 [1⁄2 ] 39.0 [1.536] 376 [14.79] 400 [15.75] 15.9 [5⁄8 ] 43.5 [1.714] 380 [14.96] 400 [15.75] Nominal C 19.0 [3⁄4 ] 47.6 [1.873] 384 [15.12] 400 [15.75] Strain Rate at B Speed of Testing, 22.2 [7⁄8 ] 51.5 [2.019] 388 [15.27] 400 [15.75] Classification Specimen Type Start of Test,mm/min [in./min] 25.4 [1] 54.7 [2.154] 391 [15.40] 419 [16.5] mm/mm· min 31.8 [11⁄4 ] 60.9 [2.398] 398 [15.65] 419 [16.5] [in./in.·min] 38.1 [11⁄2 ] 66.4 [2.615] 403 [15.87] 419 [16.5] Rigid and Semirigid I, II, III rods and 5 [0.2] 6 25 % 0.1 42.5 [13⁄4 ] 71.4 [2.812] 408 [16.06] 419 [16.5] tubes 50.8 [2] 76.0 [2.993] 412 [16.24] 432 [17] 50 [2] 6 10 % 1 500 [20] 6 10 % 10 A For other jaws greater than 89 mm [3.5 in.], the standard length shall be IV 5 [0.2] 6 25 % 0.15 increased by twice the length of the jaws minus 178 mm [7 in.]. The standard 50 [2] 6 10 % 1.5 length permits a slippage of approximately 6.4 to 12.7 mm [0.25 to 0.50 in.] in each 500 [20] 6 10 % 15 jaw while maintaining the maximum length of the jaw grip. V 1 [0.05] 6 25 % 0.1 FIG. 3 Diagram Showing Location of Rod Tension Test Specimen 10 [0.5] 6 25 % 1 in Testing Machine 100 [5]6 25 % 10Nonrigid III 50 [2] 6 10 % 1 500 [20] 6 10 % 10 7.2 Test ten specimens, five normal to, and five parallel IV 50 [2] 6 10 % 1.5 500 [20] 6 10 % 15 with, the principle axis of anisotropy, for each sample in the A 1 case of anisotropic materials. Select the lowest speed that produces rupture in ⁄2 to 5 min for the specimengeometry being used (see 8.2). 7.3 Discard specimens that break at some flaw, or that breakB See Terminology D 883 for definitions. outside of the narrow cross-sectional test section (Fig. 1, C The initial rate of straining cannot be calculated exactly for dumbbell-shaped dimension “L”), and make retests, unless such flaws constitutespecimens because of extension, both in the reduced section outside the gagelength and in the fillets. This initial strain rate can be measured from the initial slope a variable to be studied. of the tensile strain-versus-time diagram. 6 D 638 – 03 10. Procedure elasticity. If the material does not exhibit a linear stress to 10.1 Measure the width and thickness of each specimen tsotrain relationship the ratio shall be determined within the axial the nearest 0.025 mm [0.001 in.] using the applicable tessttrain range of 0.0005 to 0.0025 mm/mm (0.05 to 0.25%). If methods in D 5947. the ratio is determined in this manner it shall be noted in the report that a region of proportionality of stress to strain was not TABLE 2 Modulus, 10 6 psi, for Eight Laboratories, Five Materials evident. Mean Sr SR Ir IR NOTE 14—A suitable method to judge the determination of linearity of Polypropylene 0.210 0.0089 0.071 0.025 0.201 the stress to strain curve is by making a series of tangent modulus Cellulose acetate butyrate 0.246 0.0179 0.035 0.051 0.144 measurements at different axial strain levels. Values equivalent at each Acrylic 0.481 0.0179 0.063 0.051 0.144 strain level indicate linearity. Values showing a downward trend with Glass-reinforced nylon 1.17 0.0537 0.217 0.152 0.614 increasing strain level indicate non linearity. Glass-reinforced polyester 1.39 0.0894 0.266 0.253 0.753 10.3.1.3 Attach the transverse strain measuring device. The transverse strain measuring device must continuously measure 10.1.1 Measure the width and thickness of flat specimens atht e strain simultaneously with the axial strain measuring the center of each specimen and within 5 mm of each end of thdeevice. gage length. 10.1.2 Injection molded specimen dimensions may be de-TABLE 3 Tensile Stress at Yield, 10 3 psi, for Eight Laboratories, termined by actual measurement of only one specimen from Three Materials each sample when it has previously been demonstrated that the Mean Sr SR Ir IR specimen-to-specimen variation in width and thickness is less Polypropylene 3.63 0.022 0.161 0.062 0.456 than 1 %. Cellulose acetate butyrate 5.01 0.058 0.227 0.164 0.642 10.1.3 Take the width of specimens produced by a Type IVAcrylic 10.4 0.067 0.317 0.190 0.897 die as the distance between the cutting edges of the die in the narrow section. 10.1.4 Measure the diameter of rod specimens, and theTABLE 4 Elongation at Yield, %, for Eight Laboratories, Three Materials inside and outside diameters of tube specimens, to the nearest 0.025 mm [0.001 in.] at a minimum of two points 90° apart; Mean Sr SR Ir IR make these measurements along the groove for specimens Cseollulose acetate butyrate 3.65 0.27 0.62 0.76 1.75 Acrylic 4.89 0.21 0.55 0.59 1.56 constructed. Use plugs in testing tube specimens, as shown Pinolypropylene 8.79 0.45 5.86 1.27 16.5 Fig. 2. 10.2 Place the specimen in the grips of the testing machine, taking care to align the long axis of the specimen and the grips with an imaginary line joining the points of attachment of the 10.3.1.4 Make simultaneous measurements of load and grips to the machine. The distance between the ends of thsetrain and record the data. The precision of the value of gripping surfaces, when using flat specimens, shall be aPsoisson’s Ratio will depend on the number of data points of indicated in Fig. 1. On tube and rod specimens, the location foar xial and transverse strain taken. It is recommended that the the grips shall be as shown in Fig. 2 and Fig. 3. Tighten thedata collection rate for the test be a minimum of 20 points per grips evenly and firmly to the degree necessary to prevenstecond. This is particularly important for materials having a slippage of the specimen during the test, but not to the poinnt on linear stress to strain curve. where the specimen would be crushed. 10.4 Set the speed of testing at the proper rate as required in 10.3 Attach the extension indicator. When modulus is beingSection 8, and start the machine. determined, a Class B-2 or better extensometer is required (see10.5 Record the load-extension curve of the specimen. 5.2.1). 10.6 Record the load and extension at the yield point (if one exists) and the load and extension at the moment of rupture. NOTE 13—Modulus of materials is determined from the slope of the linear portion of the stress-strain curve. For most plastics, this linear NOTE 15—If it is desired to measure both modulus and failure proper- portion is very small, occurs very rapidly, and must be recorded automatit-ies (yield or break, or both), it may be necessary, in the case of highly cally. The change in jaw separation is never to be used for calculatingextensible materials, to run two independent tests. The high magnification modulus or elongation. extensometer normally used to determine properties up to the yield point may not be suitable for tests involving high extensibility. If allowed to 10.3.1 Poisson’s Ratio Determination: remain attached to the specimen, the extensometer could be permanently 10.3.1.1 The measurement of Poisson’s Ratio is optionadlamaged. A broad-range incremental extensometer or hand-rule technique and need be determined only when requested. If the tensilmeay be needed when such materials are taken to rupture. modulus is determined at a test speed of 5 mm/min, it is acceptable to determine the Poisson’s ratio at the same time 1a1s. Calculation the tensile modulus. 11.1 Toe compensation shall be made in accordance with 10.3.1.2 Poisson’s Ratio shall be determined at a speed ofA5nnex A1, unless it can be shown that the toe region of the mm/min. For materials having a distinct linear elastic region oncurve is not due to the take-up of slack, seating of the the stress-strain curve the ratio shall be determined in the samsepecimen, or other artifact, but rather is an authentic material load range as that used for the measurement of the modulus roefsponse. 7 D 638 – 03 11.2 Tensile Strength—Calculate the tensile strength by 11.4 Modulus of Elasticity—Calculate the modulus of elas- dividing the maximum load in newtons [pounds-force] by theticity by extending the initial linear portion of the load- average original cross-sectional area in the gage length seegx- tension curve and dividing the difference in stress corre- ment of the specimen in square metres [square inches]. Exprespsonding to any segment of section on this straight line by the the result in pascals [pounds-force per square inch] and repocrtorresponding difference in strain. All elastic modulus values it to three significant figures as tensile strength at yield orshall be computed using the average original cross-sectional tensile strength at break, whichever term is applicable. When area in the gage length segment of the specimen in the nominal yield or break load less than the maximum is presenctalculations. The result shall be expressed in pascals [pounds- and applicable, it may be desirable also to calculate, in aforce per square inch] and reported to three significant figures. similar manner, the corresponding tensile stress at yield or 11.5 Secant Modulus—At a designated strain, this shall be tensile stress at break and report it to three significant figurecsalculated by dividing the corresponding stress (nominal) by (see Note A2.8). the designated strain. Elastic modulus values are preferable and 11.3 Elongation values are valid and are reported in casesshall be calculated whenever possible. However, for materials where uniformity of deformation within the specimen gagewhere no proportionality is evident, the secant value shall be length is present. Elongation values are quantitatively relevanctalculated. Draw the tangent as directed in A1.3 and Fig. A1.2, and appropriate for engineering design. When non-uniformand mark off the designated strain from the yield point where deformation (such as necking) occurs within the specimen gagtehe tangent line goes through zero stress. The stress to be used length nominal strain values are reported. Nominal strainin the calculation is then determined by dividing the load- values are of qualitative utility only. extension curve by the original average cross-sectional area of FIG. 4 Plot of Strains Versus Load for Determination of Poisson’s Ratio 11.3.1 Percent Elongatio—n Percent elongation is the the specimen. change in gage length relative to the original specimen gage 11.6 Poisson’s Ratio—The axial strainea,, indicated by the length, expressed as a percent. Percent elongation is calculataexdial extensometer, and the transverse streat,ini,ndicated by using the apparatus described in 5.2. the transverse extensometers, are plotted against the applied 11.3.1.1Percent Elongation at Yie—ld Calculate the percent load,P, as shown in Fig. 4. elongation at yield by reading the extension (change in gage 11.6.1 For those materials where there is proportionality of length) at the yield point. Divide that extension by the originalstress to strain and it is possible to determine a modulus of gage length and multiply by 100. elasticity, a straight line is drawn through each set of points 11.3.1.2Percent Elongation at Brea—kCalculate the per- within the load range used for determination of modulus, and cent elongation at break by reading the extension (change itnhe slopesdea / dP anddet / dP, of those lines are determined. gage length) at the point of specimen rupture. Divide thatThe use of a least squares method of calculation will reduce extension by the original gage length and multiply by 100. errors resulting from drawing lines. Poisson’s ratio, µ, is then 11.3.2 Nominal Strain—Nominal strain is the change in grip calculated as follows: separation relative to the original grip separation expressed as µ 5 2~det / dP!/~dea / dP! (1) a percent. Nominal strain is calculated using the apparatus described in 5.1.7. 11.3.2.1Nominal strain at break—Calculate the nominal where: strain at break by reading the extension (change in gripdet = change in transverse strain, separation) at the point of rupture. Divide that extension by thedea = change in axial strain, and original grip separation and multiply by 100. dP = change in applied load; 8 D 638 – 03 or TABLE 7 Tensile Yield Strength, for Ten Laboratories, Eight Materials µ 5 2~det! / ~dea! (2) Test Values Expressed in psi Units The errors that may be introduced by drawing a straight line Material Speed, through the points can be reduced by applying the least squares in./min Average Sr SR r R method. LDPE 20 1544 52.4 64.0 146.6 179.3 11.6.2 For those materials where there is no proportionalityLDPE 20 1894 53.1 61.2 148.7 171.3LLDPE 20 1879 74.2 99.9 207.8 279.7 of stress to strain evident determine the ratiodeotf/ dea when LLDPE 20 1791 49.2 75.8 137.9 212.3 dea = 0.002 (based on axial strain range of 0.0005 to 0.0025LLDPE 20 2900 55.5 87.9 155.4 246.1 mm/mm) and after toe compensation has been made. LLDPE 20 1730 63.9 96.0 178.9 268.7HDPE 2 4101 196.1 371.9 549.1 1041.3 µ 5 de / 0.002 (3) HDPE 2 3523 175.9 478.0 492.4 1338.5t 11.7 For each series of tests, calculate the arithmetic mean of all values obtained and report it as the “average value” for the particular property in question. 12.1.3 Type of test specimen and dimensions, 11.8 Calculate the standard deviation (estimated) as follows 12.1.4 Conditioning procedure used, and report it to two significant figures: 12.1.5 Atmospheric conditions in test room, 12.1.6 Number of specimens tested, s 5 =~(X 2 2 nX̄2! / ~n 2 1! (4) 12.1.7 Speed of testing, 12.1.8 Classification of extensometers used. A description where: of measuring technique and calculations employed instead of a s = estimated standard deviation, minimum Class-C extensometer system, X = value of single observation, 12.1.9 Tensile strength at yield or break, average value, and n = number of observations, and standard deviation, X̄ = arithmetic mean of the set of observations. 12.1.10 Tensile stress at yield or break, if applicable, 11.9 See Annex A1 for information on toe compensation. average value, and standard deviation, 12.1.11 Percent elongation at yield, or break, or nominal TABLE 5 Tensile Strength at Break, 10 3 psi, for Eight strain at break, or all three, as applicable, average value, and Laboratories, Five Materials A standard deviation, Mean S S I I 12.1.12 Modulus of elasticity or secant modulus, averager R r R value, and standard deviation, Polypropylene 2.97 1.54 1.65 4.37 4.66 Cellulose acetate butyrate 4.82 0.058 0.180 0.164 0.509 12.1.13 If measured, Poisson’s ratio, average value, stan- Acrylic 9.09 0.452 0.751 1.27 2.13 dard deviation, and statement of whether there was proportion- Glass-reinforced polyester 20.8 0.233 0.437 0.659 1.24 ality within the strain range, Glass-reinforced nylon 23.6 0.277 0.698 0.784 1.98 12.1.14 Date of test, and A Tensile strength and elongation at break values obtained for unreinforced propylene plastics generally are highly variable due to inconsistencies in necking 12.1.15 Revision date of Test Method D 638. or “drawing” of the center section of the test bar. Since tensile strength and elongation at yield are more reproducible and relate in most cases to the practical 13. Precision and Bias4 usefulness of a molded part, they are generally recommended for specification purposes. 13.1 Precision—Tables 2-6 are based on a round-robin test conducted in 1984, involving five materials tested by eight TABLE 6 Elongation at Break, %, for Eight Laboratories, Five laboratories using the Type I specimen, all of nominal 0.125-in. Materials A thickness. Each test result was based on five individual Mean S S I I determinations. Each laboratory obtained two test results forr R r R Glass-reinforced polyester 3.68 0.20 2.33 0.570 6.59 each material. Glass-reinforced nylon 3.87 0.10 2.13 0.283 6.03 13.1.1 Tables 7-10 are based on a round-robin test con- Acrylic 13.2 2.05 3.65 5.80 10.3 ducted by the polyolefin subcommittee in 1988, involving eight Cellulose acetate butyrate 14.1 1.87 6.62 5.29 18.7 Polypropylene 293.0 50.9 119.0 144.0 337.0 polyethylene materials tested in ten laboratories. For each A material, all samples were molded at one source, but theTensile strength and elongation at break values obtained for unreinforced propylene plastics generally are highly variable due to inconsistencies in necking individual specimens were prepared at the laboratories that or “drawing” of the center section of the test bar. Since tensile strength and tested them. Each test result was the average of five individual elongation at yield are more reproducible and relate in most cases to the practical usefulness of a molded part, they are generally recommended for specification determinations. Each laboratory obtained three test results for purposes. each material. Data from some laboratories could not be used for various reasons, and this is noted in each table. 13.1.2 Table 11 is based on a repeatability study involving a 12. Report single laboratory. The two materials used were unfilled 12.1 Report the following information: polypropylene types. Measurements were performed by a 12.1.1 Complete identification of the material tested, includ- ing type, source, manufacturer’s code numbers, form, principal dimensions, previous history, etc., 4 Supporting data are available from ASTM Headquarters. Request RR:D20- 12.1.2 Method of preparing test specimens, 1125 for the 1984 round robin and RR:D20-1170 for the 1988 round robin. 9 D 638 – 03 TABLE 8 Tensile Yield Elongation, for Eight Laboratories, Eight TABLE 11 Poisson’s Ratio Repeatability Data for One Laboratory Materials and Two Polypropylene Materials Test Values Expressed in Percent Units Values Expressed as a Dimensionless RatioMaterials Material Speed, Average Sr r in./min Average Sr SR r R PP #1 Chord 0.412 0.009 0.026 PP #1 Least Squares 0.413 0.011 0.032 LDPE 20 17.0 1.26 3.16 3.52 8.84 PP #2 Chord 0.391 0.009 0.026 LDPE 20 14.6 1.02 2.38 2.86 6.67 PP #2 Least Squares 0.392 0.010 0.028 LLDPE 20 15.7 1.37 2.85 3.85 7.97 LLDPE 20 16.6 1.59 3.30 4.46 9.24 LLDPE 20 11.7 1.27 2.88 3.56 8.08 LLDPE 20 15.2 1.27 2.59 3.55 7.25 HDPE 2 9.27 1.40 2.84 3.91 7.94 13.1.3.1Sr is the within-laboratory standard deviation of HDPE 2 9.63 1.23 2.75 3.45 7.71 the averageI;r = 2.83Sr. (See 13.1.3.3 for application oIrf.) 13.1.3.2SR is the between-laboratory standard deviation of the averageI;R = 2.83SR. (See 13.1.3.4 for application oIRf.) TABLE 9 Tensile Break Strength, for Nine Laboratories, Six 13.1.3.3Repeatability—In comparing two test results for Materials the same material, obtained by the same operator using the Test Values Expressed in psi Units same equipment on the same day, those test results should be Material Speed, in./min Average S S r R judged not equivalent if they differ by more than tIhrevaluer R for that material and condition. LDPE 20 1592 52.3 74.9 146.4 209.7 LDPE 20 1750 66.6 102.9 186.4 288.1 13.1.3.4Reproducibility—In comparing two test results for LLDPE 20 4379 127.1 219.0 355.8 613.3 the same material, obtained by different operators using differ- LLDPE 20 2840 78.6 143.5 220.2 401.8 ent equipment on different days, those test results should be LLDPE 20 1679 34.3 47.0 95.96 131.6 LLDPE 20 2660 119.1 166.3 333.6 465.6 judged not equivalent if they differ by more than tIhRevalue for that material and condition. (This applies between different laboratories or between different equipment within the same TABLE 10 Tensile Break Elongation, for Nine Laboratories, Six laboratory.) Materials 13.1.3.5 Any judgment in accordance with 13.1.3.3 and Test Values Expressed in Percent Units 13.1.3.4 will have an approximate 95 % (0.95) probability of Material Speed, Average S S r R being correct.in./min r R 13.1.3.6 Other formulations may give somewhat different LDPE 20 567 31.5 59.5 88.2 166.6 LDPE 20 569 61.5 89.2 172.3 249.7 results. LLDPE 20 890 25.7 113.8 71.9 318.7 13.1.3.7 For further information on the methodology used in LLDPE 20 64.4 6.68 11.7 18.7 32.6 this section, see Practice E 691. LLDPE 20 803 25.7 104.4 71.9 292.5 LLDPE 20 782 41.6 96.7 116.6 270.8 13.1.3.8 The precision of this test method is very dependent upon the uniformity of specimen preparation, standard prac- tices for which are covered in other documents. single technician on a single day. Each test result is an 13.2 Bias—There are no recognized standards on which to individual determination. Testing was run using two Type B-1base an estimate of bias for this test method. extensometers for transverse and axial measurements at a test speed of 5 mm/min. 14. Keywords 13.1.3 In Tables 2-11, for the materials indicated, and for 14.1 modulus of elasticity; percent elongation; plastics; test results that derived from testing five specimens: Poisson’s ratio; tensile properties; tensile strength ANNEXES (Mandatory Information) A1. TOE COMPENSATION A1.1 In a typical stress-strain curve (Fig. A1.1) there is alinear (CD) region of the curve is constructed through the toe region,AC, that does not represent a property of thezero-stress axis. This intersection (B) is the corrected zero- material. It is an artifact caused by a takeup of slack andstrain point from which all extensions or strains must be alignment or seating of the specimen. In order to obtain correcmt easured, including the yield offseBt E( ), if applicable. The values of such parameters as modulus, strain, and offset yieledlastic modulus can be determined by dividing the stress at any point, this artifact must be compensated for to give thepoint along the lineCD (or its extension) by the strain at the corrected zero point on the strain or extension axis. same point (measured from PoiBn,t defined as zero-strain). A1.2 In the case of a material exhibiting a region of A1.3 In the case of a material that does not exhibit any Hookean (linear) behavior (Fig. A1.1), a continuation of thelinear region (Fig. A1.2), the same kind of toe correction of the 10 D 638 – 03 NOTE 1—Some chart recorders plot the mirror image of this graph. NOTE 1—Some chart recorders plot the mirror image of this graph. FIG. A1.2 Material with No Hookean Region FIG. A1.1 Material with Hookean Region on the curve can be divided by the strain at that point to obtain zero-strain point can be made by constructing a tangent to thae secant modulus (slope of LinBe8 G8). For those materials maximum slope at the inflection point (H8). This is extended towith no linear region, any attempt to use the tangent through intersect the strain axis at PoiBnt8, the corrected zero-strain the inflection point as a basis for determination of an offset point. Using PointB8 as zero strain, the stress at any point (G8)yield point may result in unacceptable error. A2. DEFINITIONS OF TERMS AND SYMBOLS RELATING TO TENSION TESTING OF PLASTICS A2.1 elastic limit—the greatest stress which a material islus or Young’s modulus). capable of sustaining without any permanent strain remaining NOTE A2.3—The stress-strain relations of many plastics do not con- upon complete release of the stress. It is expressed in force pfeorrm to Hooke’s law throughout the elastic range but deviate therefrom unit area, usually megapascals [pounds-force per square inche]v.en at stresses well below the elastic limit. For such materials the slope NOTE A2.1—Measured values of proportional limit and elastic limit of the tangent to the stress-strain curve at a low stress is usually taken as vary greatly with the sensitivity and accuracy of the testing equipment,the modulus of elasticity. Since the existence of a true proportional limit eccentricity of loading, the scale to which the stress-strain diagram isin plastics is debatable, the propriety of applying the term “modulus of plotted, and other factors. Consequently, these values are usually replaceeldasticity” to describe the stiffness or rigidity of a plastic has been by yield strength. seriously questioned. The exact stress-strain characteristics of plastic materials are very dependent on such factors as rate of stressing, A2.2 elongation—the increase in length produced in thetemperature, previous specimen history, etc. However, such a value is gage length of the test specimen by a tensile load. It isuseful if its arbitrary nature and dependence on time, temperature, and other factors are realized. expressed in units of length, usually millimetres [inches]. (Also known asextension.) A2.5 necking—the localized reduction in cross section NOTE A2.2—Elongation and strain values are valid only in cases wherewhich may occur in a material under tensile stress. uniformity of specimen behavior within the gage length is present. In the case of materials exhibiting necking phenomena, such values are only of A2.6 offset yield strength—the stress at which the strain qualitative utility after attainment of yield point. This is due to inability to exceeds by a specified amount (the offset) an extension of the ensure that necking will encompass the entire length between the gagineitial proportional portion of the stress-strain curve. It is marks prior to specimen failure. expressed in force per unit area, usually megapascals [pounds- A2.3 gage length—the original length of that portion of the force per square inch]. specimen over which strain or change in length is determined. NOTE A2.4—This measurement is useful for materials whose stress- A2.4 —the ratio of stress (nominal) tostrain curve in the yield range is of gradual curvature. The offset yieldmodulus of elasticity strength can be derived from a stress-strain curve as follows (Fig. A2.1): corresponding strain below the proportional limit of a material. It is expressed in force per unit area, usually megapascals On the strain axis lay ofOf M equal to the specified offset. [pounds-force per square inch]. (Also knownealasstic modu- Draw OA tangent to the initial straight-line portion of the stress-strain 11 D 638 – 03 rate of loading can be calculated from the initial slope of the load versus time diagram. A2.14 rate of straining—the change in tensile strain per unit time. It is expressed either as strain per unit time, usually metres per metre [inches per inch] per minute, or percent elongation per unit time, usually percent elongation per minute. The initial rate of straining can be calculated from the initial slope of the tensile strain versus time diagram. NOTE A2.5—The initial rate of straining is synonymous with the rate of crosshead movement divided by the initial distance between crossheads only in a machine with constant rate of crosshead movement and when the specimen has a uniform original cross section, does not “neck down,” and does not slip in the jaws. A2.15 rate of stressing (nomina—l) the change in tensile FIG. A2.1 Offset Yield Strength stress (nominal) per unit time. It is expressed in force per unit area per unit time, usually megapascals [pounds-force per square inch] per minute. The initial rate of stressing can be curve. ThroughM draw a lineMN parallel toOAand locate the intersection of calculated from the initial slope of the tensile stress (nominal) MN with the stress-strain curve. versus time diagram. The stress at the point of intersectiroins the “offset yield strength.” The NOTE A2.6—The initial rate of stressing as determined in this manner specified value of the offset must be stated as a percent of the original gagheas only limited physical significance. It does, however, roughly describe length in conjunction with the strength valuEex.ample:0.1 % offset yield the average rate at which the initial stress (nominal) carried by the test strength = ... MPa [psi], or yield strength at 0.1 % offset ... MPa [psi]. specimen is applied. It is affected by the elasticity and flow characteristics A2.7 percent elongation—the elongation of a test specimenof the materials being tested. At the yield point, the rate of stressing (true) may continue to have a positive value if the cross-sectional area is expressed as a percent of the gage length. decreasing. A2.8 percent elongation at break and yield: A2.16 secant modulu—s the ratio of stress (nominal) to A2.8.1 percent elongation at break—the percent elongationcorresponding strain at any specified point on the stress-strain at the moment of rupture of the test specimen. curve. It is expressed in force per unit area, usually megapas- A2.8.2 percent elongation at yield—the percent elongationcals [pounds-force per square inch], and reported together with at the moment the yield point (A2.22) is attained in the testthe specified stress or strain. specimen. NOTE A2.7—This measurement is usually employed in place of modu- lus of elasticity in the case of materials whose stress-strain diagram does A2.9 percent reduction of area (nomina—l)the difference not demonstrate proportionality of stress to strain. between the original cross-sectional area measured at the point of rupture after breaking and after all retraction has ceased, A2.17 strain—the ratio of the elongation to the gage length expressed as a percent of the original area. of the test specimen, that is, the change in length per unit of original length. It is expressed as a dimensionless ratio. A2.10 percent reduction of area (tru—e)the difference A2.17.1 nominal strain at brea—k the strain at the moment between the original cross-sectional area of the test specimeonf rupture relative to the original grip separation. and the minimum cross-sectional area within the gage bound- aries prevailing at the moment of rupture, expressed as a A2.18 tensile strength (nominal)—the maximum tensile percentage of the original area. stress (nominal) sustained by the specimen during a tension A2.11 Poisson’s Rati—o The absolute value of the ratio of test. When the maximum stress occurs at the yield point transverse strain to the corresponding axial strain resulting(A2.22), it shall be designated tensile strength at yield. When from uniformly distributed axial stress below the proportional the maximum stress occurs at break, it shall be designated limit of the material. tensile strength at break. A2.12 proportional limit—the greatest stress which a A2.19 tensile stress (nomina—l) the tensile load per unit material is capable of sustaining without any deviation fromarea of minimum original cross section, within the gage proportionality of stress to strain (Hooke’s law). It is expressedboundaries, carried by the test specimen at any given moment. in force per unit area, usually megapascals [pounds-force peItr is expressed in force per unit area, usually megapascals square inch]. [pounds-force per square inch]. NOTE A2.8—The expression of tensile properties in terms of the A2.13 rate of loading—the change in tensile load carried minimum original cross section is almost universally used in practice. In by the specimen per unit time. It is expressed in force per unitthe case of materials exhibiting high extensibility or necking, or both time, usually newtons [pounds-force] per minute. The initial(A2.16), nominal stress calculations may not be meaningful beyond the 12 D 638 – 03 yield point (A2.22) due to the extensive reduction in cross-sectional area that ensues. Under some circumstances it may be desirable to express the tensile properties per unit of minimum prevailing cross section. These properties are called true tensile properties (that is, true tensile stress, etc.). A2.20 tensile stress-strain curv—ea diagram in which values of tensile stress are plotted as ordinates against corre- sponding values of tensile strain as abscissas. A2.21 true strain(see Fig. A2.2) is defined by the follow- ing equation foreT: eT 5 * L dL/L 5 ln L/Lo (A2.1)Lo where: dL = increment of elongation when the distance between the gage marks iLs, Lo = original distance between gage marks, and L = distance between gage marks at any time. A2.22 yield point—the first point on the stress-strain curve at which an increase in strain occurs without an increase in stress (Fig. A2.2). NOTE A2.9—Only materials whose stress-strain curves exhibit a point of zero slope may be considered as having a yield point. NOTE A2.10—Some materials exhibit a distinct “break” or discontinu- ity in the stress-strain curve in the elastic region. This break is not a yield FIG. A2.3 Tensile Designations point by definition. However, this point may prove useful for material characterization in some cases. A2.23 yield strength—the stress at which a material exhib- its a specified limiting deviation from the proportionality of stress to strain. Unless otherwise specified, this stress will be the stress at the yield point and when expressed in relation to the tensile strength shall be designated either tensile strength at yield or tensile stress at yield as required in A2.18 (Fig. A2.3). (Seeoffset yield strength.) A2.24 Symbols—The following symbols may be used for the above terms: FIG. A2.2 Illustration of True Strain Equation 13 D 638 – 03 Symbol Term A2.25 Relations between these various terms may be W Load defined as follows: DW Increment of load L Distance between gage marks at any time s = W/Ao Lo Original distance between gage marks sT = W/A Lu Distance between gage marks at moment of rupture sU = W/Ao(where W is breaking load) DL Increment of distance between gage marks = elongation sUT = W/AT(where W is breaking load) A Minimum cross-sectional area at any time e = DL/Lo = (L − Lo)/Lo Ao Original cross-sectional area eU = (Lu − Lo)/LoL DA Increment of cross-sectional area eT = *L dL/L 5 ln L/Lo o Au Cross-sectional area at point of rupture measured after %El = [(L − Lo)/Lo] 3 100 = e 3 100 breaking specimen AT Cross-sectional area at point of rupture, measured at the Percent reduction of area (nominal) = [(Ao − Au)/Ao] 3 100 moment of rupture Percent reduction of area (true) = [(Ao − AT)/Ao] 3 100 t Time Rate of loading = DW/Dt Dt Increment of time Rate of stressing (nominal) = Ds/D = (DW]/Ao)/Dt s Tensile stress Rate of straining = De/Dt = (DL/Lo)Dt Ds Increment of stress s For the case where the volume of the test specimen does notT True tensile stress sU Tensile strength at break (nominal) change during the test, the following three relations hold: sUT Tensile strength at break (true) e Strain sT 5 s~1 1 e! 5 sL/Lo (A2.2) De Increment of strain s 5 s ~1 1 e ! 5 s L /L eU Total strain, at break UT U U U u o eT True strain A 5 Ao /~1 1 e! %El Percentage elongation Y.P. Yield point E Modulus of elasticity SUMMARY OF CHANGES This section identifies the location of selected changes to this test method. For the convenience of the user, Committee D20 has highlighted those changes that may impact the use of this test method. This section may also include descriptions of the changes or reasons for the changes, or both. D 638 - 03: (21) Added new A2.11. (1) Revised paragraphs 5.3, 10.1, 11.2, and 11.4 to reflect us(2e2) Renumbered A2.11 through A2.24 to A2.12 through of D 5947 and harmonization with ISO 527. A2.25. (2) Revised 8.4. D 638 - 02a: (3) Added new 10.3.1.1. (1) Added 5.1.7. (4) Renumbered old 10.3.1.1 to 10.3.1.2. (2) Added new text from 11.3 to 11.3.2.1. (5) Added new Note 14. (3) Revised 12.1.11. (6) Renumbered old 10.3.1.2 to 10.3.1.3. (4) Added A2.16.1. (7) Renumbered old 10.3.1.3 to 10.3.1.4. D 638 - 02: (8) Revised wording of new 10.3.1.4. (1) Revised 9.1 and 9.2. (9) Renumbered old Note 14 to 15. D 638 - 01: (10) Revised 11.6. (1) Modified 7.3 regarding conditions for specimen discard. (11) Revised 11.6.1. D 638 - 00: (12) Added new 11.6.2. (1) Added 11.1 and renumbered subsequent sections. (13) Added new equation (3). D 638 - 99: (14) Renumbered old equation (3) to (4). (1) Added and clarified extensometer classification require- (15) Revised 12.1.12. ments. (16) Added new 12.1.13. D 638 - 98: (17) Add new Table 11. (1) Revised 10.3 and added 12.1.8 to clarify extensometer (18) Add new 13.1.2. usage. (19) Renumbered old 13.1.2 through 13.1.2.8 to 13.1.3 throug(h2) Added 12.1.15. 13.1.3.8. (3) Replaced reference to Test Methods D 374 with Test (20) Added Poisson’s ratio to 14.1 Keywords. Method D 5947 in 2.1 and 5.3. 14 D 638 – 03 ASTM International takes no position respecting the validity of any patent rights asserted in connection with any item mentioned in this standard. Users of this standard are expressly advised that determination of the validity of any such patent rights, and the risk of infringement of such rights, are entirely their own responsibility. This standard is subject to revision at any time by the responsible technical committee and must be reviewed every five years and if not revised, either reapproved or withdrawn. Your comments are invited either for revision of this standard or for additional standards and should be addressed to ASTM International Headquarters. Your comments will receive careful consideration at a meeting of the responsible technical committee, which you may attend. If you feel that your comments have not received a fair hearing you should make your views known to the ASTM Committee on Standards, at the address shown below. This standard is copyrighted by ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States. Individual reprints (single or multiple copies) of this standard may be obtained by contacting ASTM at the above address or at 610-832-9585 (phone), 610-832-9555 (fax), or service@astm.org (e-mail); or through the ASTM website (www.astm.org). 15 Designation: D 4833 – 00 Standard Test Method for Index Puncture Resistance of Geotextiles, Geomembranes, and Related Products 1 This standard is issued under the fixed designation D 4833; the number immediately following the designation indicates the year of original adoption or, in the case of revision, the year of last revision. A number in parentheses indicates the year of last reapproval. A superscript epsilon (e) indicates an editorial change since the last revision or reapproval. 1. Scope man-made project, structure, or system. 1.1 This test method is used to measure the index puncture 3.1.3 geotextile,n—any permeable textile used with foun- resistance of geotextiles, geomembranes, and related producdtsa.tions, soil, rock, earth, or any other geotechnical material as 1.2 The use of Test Method D 4833 may be inappropriatean integral part of man-made project, structure, or system. for testing some woven geotextiles or related products which 3.1.4 index test,n—a test procedure which may contain a have large openings (Note 1). known bias but which may be used to establish an order for a set of specimens with respect to the property of interest. NOTE 1—Geonets and geogrids cannot be tested using this test method. 3.1.5 puncture resistance, (F)n, —the inherent resisting 1.3 The values stated in SI units are to be regarded as thmeechanism of the test specimen to the failure by a penetrating standard. The values provided in inch-pound units are foror puncturing object. information only. 3.2 For definitions of other textile terms used in this 1.4 This standard does not purport to address all of thestandard, refer to Terminology D 123. safety concerns, if any, associated with its use. It is the 3.3 For definitions of other terms relating to geotextiles used responsibility of the user of this standard to establish appro-in this standard, refer to Terminology D 4439. priate safety and health practices and determine the applica- bility of regulatory limitations prior to use. 4. Summary of Test Method 4.1 A test specimen is clamped without tension between 2. Referenced Documents circular plates of a ring clamp attachment secured in a tensile 2.1 ASTM Standards: testing machine. A force is exerted against the center of the D 76 Specification for Tensile Testing Machines for Tex- unsupported portion of the test specimen by a solid steel rod tiles 2 attached to the load indicator until rupture of the specimen D 123 Terminology Relating to Textile2s occurs. The maximum force recorded is the value of puncture D 1776 Practice for Conditioning Textiles for Testi2ng resistance of the specimen. D 2905 Practice for Statements on Number of Specimens for Textiles3 5. Significance and Use D 4354 Practice for Sampling of Geosynthetics for Test- 5.1 This test method is an index test for determining the ing 3 puncture resistance of geotextiles, geomembranes, and related D 4439 Terminology for Geosynthetic3s products. The use of this test method is to establish an index value by providing standard criteria and a basis for uniform 3. Terminology reporting. 3.1 Definitions: 5.2 This test method is considered satisfactory for accep- 3.1.1 atmosphere for testing geotexti,lens— air maintained tance testing of commercial shipments of geotextiles, geomem- at a relative humidity of 656 5 % and a temperature of 261 branes, and related materials since the test method has been 2°C (706 4°F). used extensively in the trade for acceptance testing. 3.1.2 geomembrane,n—very low permeability synthetic 5.2.1 In case of a dispute arising from differences in membrane liners or barriers used with any geotechnical engir-eported test results when using this test method for acceptance neering related material so as to control fluid migration in atesting of commercial shipments, the purchaser and the sup- plier should conduct comparative tests to determine if there is 1 This test method is under the jurisdiction of ASTM Committee D-35 on a statistical bias between their laboratories. Competent statis- Geosynthetics and is the direct responsibility of Subcommittee D35.01 on Mechanit-ical assistance is recommended for the investigation of bias. cal Properties. As a minimum, the two parties should take a group of test Current edition approved Feb. 10, 2000. Published May 2000. Originallyspecimens that are as homogeneous as possible and that are published as D4833–88. Last previous edition D4833–88e1(.96) 2 Annual Book of ASTM Standards, Vol 07.01. from a lot material of the type in question. The test specimens 3 Annual Book of ASTM Standards, Vol 04.09. should then be randomly assigned in equal numbers to each Copyright © ASTM, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States. 1 D 4833 laboratory for testing. The average results from the twoused for securing the ring clamp assembly is suggested to be 8 laboratories should be compared using Student-t’esst for mm (0.135 in.) and equally spaced at a radius of 37 mm (2.95 unpaired data and an acceptable probability level chosen by thine.). The surfaces of these plates can consist of grooves with two parties before the testing is begun. If a bias is found, eitheOr -rings or coarse sandpaper bonded onto opposing surfaces. its cause must be found and corrected or the purchaser and the6.3 Solid Steel Rod, with a diameter o6f 80.1 mm (0.3156 supplier must agree to interpret future test results in the light o0f .004 in.) having a flat end with a 45° 0.8 mm (0.315 in.) the known bias. chamfered edge contacting the test specimen’s surface. See Fig. 1 and Fig. 3. 6. Apparatus 6.1 Tensile/Compression Testing Machine, of the constant7- . Sampling rate-of extension (CRE) type, with autographic recorder con- 7.1 Lot Sample—Divide the product into lots and take the forming to the requirements of Specification D 76. See Fig. 1.lot sample as directed in Practice D 4354. 6.2 Ring Clamp Attachment, consisting of concentric plates 7.2 Laboratory Sampl—e For the laboratory sample take a with an open internal diameter of 6450.025 mm (1.7726 swatch extending the full width of the geotextile, of sufficient 0.001 in.), capable of clamping the test specimen withoutlength along the selvage from each sample roll so that the slippage. A suggested clamping arrangement is shown in Fig. r1equirements of 7.3 and 8.1 can be met. Take a sample that will and Fig. 2. The external diameter is suggested to be6100 exclude material from the outer wrap and inner wrap around 0.025 mm (3.9376 0.001 in.). The diameter of the six holes the core unless the sample is taken at the production site, then FIG. 1 Photographs of Test Setup and Fixture 2 D 4833 FIG. 2 Test Fixture Detail (Not to Scale) n 5 number of specimens (rounded upward to a whole number), v 5 reliable estimate of the coefficient of variation for individual observations on similar materials in the user’s laboratory under conditions of single-operator precision, t 5 value of Student’s test for two-sided limits, (see Table 1) a 95 % probability level, and the degrees of freedom associated with the estimatevo, fand A 5 6 % of the average, the value of the allowable vari- able. 8.2 No Reliable Estimate of—vWhen there is no reliable estimate ofv in the user’s laboratory, specify the fixed number of 15 specimens per swatch in the laboratory sample. This number of specimens is calculated usivng5 10 % of the average, which is a somewhat larger valuev othfan is usually found in practice. When a reliable estimatevoffor the user’s FIG. 3 Test Probe Detail (Not to Scale) laboratory becomes available, Eq 1 will usually require fewer than 15 specimens per swatch in the laboratory sample. inner and outer wrap material may be used. 7.3 Test Specimens—Select from the laboratory sample the TABLE 1 Values of Student’s t for One-Sided Limits and the number of specimens directed in Section 8. Minimum speci- 95 % Probability A men diameter is 100 mm (4 in.) to facilitate clamping. Space df One-Sided df One-sided df One-Sided the specimens along a diagonal on the unit of the laboratory 1 6.314 11 1.796 22 1.717 sample. Take no specimens nearer the selvage or edge of the 2 2.920 12 1.782 23 1.711 geotextile sample tha1n⁄10 the width of the geotextile sample. 3 2.353 13 1.771 26 1.706 4 2.123 14 1.761 28 1.701 5 2.015 15 1.753 30 1.697 8. Number of Specimens 6 1.943 16 1.746 40 1.684 7 1.895 17 1.740 50 1.676 8.1 Reliable Estimate of—v When there is a reliable esti- 8 1.860 18 1.734 60 1.671 mate ofv based on extensive past records for similar materials 9 1.833 19 1.729 120 1.658 tested in the user’s laboratory, calculate the number of speci- 10 1.812 20 1.725 mens per unit in the laboratory sample using Eq 1: A Values in this table were calculated using Hewlett Packard HP 67/97 Users’ Library Program 03848D, “One-Sided and Two-Sided Critical Values of Student’s n 5 ~tv/a!2 5 ~tv! 2/36 (1) t” and 00305D,“ Improved Normal and Inverse Distribution.’’ For values at other than the 95 % probability level, see published tables of critical values of Student’s where: t in any standard statistical text. Further use of this table is defined in Practice D 2905. 3 D 4833 9. Conditioning should be reported even if the second peak is higher than the 9.1 Bring the specimens to moisture equilibrium in thefirst one. atmosphere for testing geotextiles (3.1). Equilibrium is consid- 10.5 For geotextile testing, if the yarns fail to break due to ered to have been reached when the increase in the mass of tthhee slippage of the specimen from the ring clamp or if the probe specimen, in successive weighings made at intervals of not lessslips between the yarns without causing yarn breakage, discard than 2 h, does not exceed 0.1 % of the mass of the specimetnh.e result and test another specimen. In general, most geotextiles, geomembranes, and related pro1d1- . Calculation ucts contain more moisture when received than they will after reaching moisture equilibrium. 11.1 Calculate the average puncture resistance and standard deviation for all tests as read directly from the recording NOTE 2—It is recognized that in practice, geotextile materials areinstrument. frequently not weighed to determine when moisture equilibrium has been reached. While such a method cannot be accepted in cases of dispute,1i2t . Report may be sufficient in routine testing to expose the material to the standard atmosphere for a reasonable period of time before the specimens are12.1 State that the specimens were treated as directed in Test tested. A time of at least 24 h has been found acceptable in most caseMs.ethod D 4833. However, certain fibers may contain more moisture upon receipt than after 12.2 Report on the following information: conditioning. When this is known, a preconditioning cycle, as described in 12.2.1 The method of holding the test specimen in the Practice D 1776, may be agreed upon by the contractual parties for routincelamping device. testing. 12.2.2 The average puncture resistance of the specimens 10. Procedure tested. 10.1 Select the load range of the tensile/compression testing 12.2.3 The coefficient of variation (if known) and standard machine such that the rupture occurs between 10 and 90 % odfeviation for each group of specimens. the full-scale load. 12.2.4 The variation, if any, from the described test method. 10.2 Center and secure the specimen between the holdin1g3. Precision and Bias plates ensuring that the test specimen extends to or beyond the outer edges of the clamping plates. 13.1 Precision—The precision of the procedure in this test 10.3 Test at a machine speed of 360010 mm (12 in.6 1⁄ method for measuring the puncture resistance of geotextiles,2 in.)/min until the puncture rod completely ruptures the testgeomembranes, and related materials is being established. specimen. 13.2 Bias—The procedure in this test method for measuring the puncture resistance of geotextiles, geomembranes, and NOTE 3—The rate of testing specified is not an indication of the related materials has no bias because the value of that property performance of the specimen for its end use. can be defined only in terms of a test method. 10.4 Read the puncture resistance from the greatest force registered on the recording instrument during the test. For th1e4. Keywords testing of composite geotextile or composite geomembrane 14.1 geomembranes; geotextiles; puncture; puncture resis- materials, there may be a double peak. If so, the initial valuetance The American Society for Testing and Materials takes no position respecting the validity of any patent rights asserted in connection with any item mentioned in this standard. Users of this standard are expressly advised that determination of the validity of any such patent rights, and the risk of infringement of such rights, are entirely their own responsibility. This standard is subject to revision at any time by the responsible technical committee and must be reviewed every five years and if not revised, either reapproved or withdrawn. Your comments are invited either for revision of this standard or for additional standards and should be addressed to ASTM Headquarters. Your comments will receive careful consideration at a meeting of the responsible technical committee, which you may attend. If you feel that your comments have not received a fair hearing you should make your views known to the ASTM Committee on Standards, at the address shown below. This standard is copyrighted by ASTM, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States. Individual reprints (single or multiple copies) of this standard may be obtained by contacting ASTM at the above address or at 610-832-9585 (phone), 610-832-9555 (fax), or service@astm.org (e-mail); or through the ASTM website (www.astm.org). 4 License # SAP2000 Analysis Report Prepared by Home Model Name: Geotextil.SDB 18 Marzo de 2015 Contents 1. Model geometry ........................................................................................................................................................... 4 1.1. Joint coordinates ................................................................................................................................................. 4 1.2. Element connectivity ............................................................................................ ¡Error! Marcador no definido. 2. Material properties ....................................................................................................................................................... 5 3. Section properties ........................................................................................................................................................ 6 3.1. Areas ................................................................................................................................................................... 6 4. Load patterns ............................................................................................................................................................... 6 4.1. Definitions ............................................................................................................................................................ 6 5. Load cases .................................................................................................................................................................. 7 5.1. Definitions ............................................................................................................................................................ 7 5.2. Static case load assignments .............................................................................................................................. 7 5.3. Response spectrum case load assignments ....................................................................................................... 7 6. Load combinations....................................................................................................................................................... 8 7. Structure results........................................................................................................................................................... 9 7.1. Mass summary .................................................................................................................................................... 9 7.2. Base reactions ................................................................................................................................................... 10 8. Joint results ................................................................................................................................................................ 10 9. Area results ................................................................................................................................................................ 11 10. Material take-off ......................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. 11. Design preferences ................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. 11.1. Steel design ....................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. 11.2. Concrete design ................................................................................................ ¡Error! Marcador no definido. 11.3. Aluminum design ............................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. 11.4. Cold formed design ........................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. List of Figures Figure 1: Finite element model ........................................................................................................................................ 4 Figure 2: Deformed shape ............................................................................................................................................... 9 List of Tables Table 1: Joint Coordinates, Part 1 of 2 ............................................................................................................................ 4 Table 1: Joint Coordinates, Part 2 of 2 ............................................................................ ¡Error! Marcador no definido. Table 2: Connectivity - Area, Part 1 of 2.......................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Table 2: Connectivity - Area, Part 2 of 2.......................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Table 3: Area Section Assignments ................................................................................ ¡Error! Marcador no definido. Table 4: Material Properties 02 - Basic Mechanical Properties ...................................................................................... 5 Table 5: Material Properties 03a - Steel Data, Part 1 of 2............................................................................................... 5 Table 5: Material Properties 03a - Steel Data, Part 2 of 2............................................................................................... 5 Table 6: Material Properties 03b - Concrete Data, Part 1 of 2 ........................................................................................ 5 Table 6: Material Properties 03b - Concrete Data, Part 2 of 2 ........................................................................................ 5 Table 7: Area Section Properties, Part 1 of 4 .................................................................................................................. 6 Table 7: Area Section Properties, Part 2 of 4 .................................................................................................................. 6 Table 7: Area Section Properties, Part 3 of 4 .................................................................................................................. 6 Table 7: Area Section Properties, Part 4 of 4 .................................................................................................................. 6 Table 8: Load Pattern Definitions .................................................................................................................................... 6 Table 9: Load Case Definitions, Part 1 of 2 ..................................................................................................................... 7 Table 9: Load Case Definitions, Part 2 of 2 ..................................................................................................................... 7 Table 10: Case - Static 1 - Load Assignments ................................................................................................................ 7 Table 11: Function - Response Spectrum - User ............................................................................................................ 8 Table 12: Combination Definitions, Part 1 of 3 ................................................................................................................ 8 Table 12: Combination Definitions, Part 2 of 3 ................................................................................................................ 8 Table 12: Combination Definitions, Part 3 of 3 ................................................................................................................ 8 Table 13: Assembled Joint Masses ................................................................................................................................. 9 Table 14: Base Reactions, Part 1 of 3 ........................................................................................................................... 10 Table 14: Base Reactions, Part 2 of 3 ........................................................................................................................... 10 Table 14: Base Reactions, Part 3 of 3 ........................................................................................................................... 10 Table 15: Joint Displacements ...................................................................................................................................... 10 Table 16: Joint Reactions ................................................................................................ ¡Error! Marcador no definido. Table 17: Element Forces - Area Shells, Part 1 of 4 ..................................................................................................... 11 Table 17: Element Forces - Area Shells, Part 2 of 4 ....................................................... ¡Error! Marcador no definido. Table 17: Element Forces - Area Shells, Part 3 of 4 ....................................................... ¡Error! Marcador no definido. Table 17: Element Forces - Area Shells, Part 4 of 4 ....................................................... ¡Error! Marcador no definido. Table 18: Element Stresses - Area Shells, Part 1 of 4 .................................................... ¡Error! Marcador no definido. Table 18: Element Stresses - Area Shells, Part 2 of 4 .................................................... ¡Error! Marcador no definido. Table 18: Element Stresses - Area Shells, Part 3 of 4 .................................................... ¡Error! Marcador no definido. Table 18: Element Stresses - Area Shells, Part 4 of 4 .................................................... ¡Error! Marcador no definido. Table 19: Material List 2 - By Section Property ............................................................... ¡Error! Marcador no definido. Table 20: Preferences - Steel Design - AISC-LRFD93, Part 1 of 2 ................................ ¡Error! Marcador no definido. Table 20: Preferences - Steel Design - AISC-LRFD93, Part 2 of 2 ................................ ¡Error! Marcador no definido. Table 21: Preferences - Concrete Design - ACI 318-05/IBC2003, Part 1 of 2 ................ ¡Error! Marcador no definido. Table 21: Preferences - Concrete Design - ACI 318-05/IBC2003, Part 2 of 2 ................ ¡Error! Marcador no definido. Table 22: Preferences - Aluminum Design - AA-ASD 2000 ............................................ ¡Error! Marcador no definido. Table 23: Preferences - Cold Formed Design - AISI-ASD96, Part 1 of 2 ....................... ¡Error! Marcador no definido. Table 23: Preferences - Cold Formed Design - AISI-ASD96, Part 2 of 2 ....................... ¡Error! Marcador no definido. 1. Modelo Geométrico Esta sección proporciona información geometría del modelo, incluyendo elementos tales como ejes de coordenadas, sujeciones y conectividad elemento. Figure 1: Modelo de elemento finito 1.1. Eje de coordenadas Tabla 1: Eje de coordenadas, Parte 1 de 2 Table 1: Joint Coordinates, Part 1 of 2 punto Sistema de Tipo de X o R Y Z SpecialJt GlobalX coordenada coordenada m m m m 1 GLOBAL Cartesiano -2.00000 -0.90000 0.00000 No -2.00000 2 GLOBAL Cartesiano 2.00000 -0.90000 0.00000 No 2.00000 3 GLOBAL Cartesiano 2.00000 0.90000 0.00000 No 2.00000 4 GLOBAL Cartesiano -2.00000 0.90000 0.00000 No -2.00000 5 GLOBAL Cartesiano -1.90000 -0.90000 0.00000 No -1.90000 6 GLOBAL Cartesiano -1.90000 -0.80000 0.00000 No -1.90000 7 GLOBAL Cartesiano -2.00000 -0.80000 0.00000 No -2.00000 8 GLOBAL Cartesiano -1.90000 -0.70000 0.00000 No -1.90000 9 GLOBAL Cartesiano -2.00000 -0.70000 0.00000 No -2.00000 10 GLOBAL Cartesiano -1.90000 -0.60000 0.00000 No -1.90000 11 GLOBAL Cartesiano -2.00000 -0.60000 0.00000 No -2.00000 12 GLOBAL Cartesiano -1.90000 -0.50000 0.00000 No -1.90000 13 GLOBAL Cartesiano -2.00000 -0.50000 0.00000 No -2.00000 14 GLOBAL Cartesiano -1.90000 -0.40000 0.00000 No -1.90000 15 GLOBAL Cartesiano -2.00000 -0.40000 0.00000 No -2.00000 16 GLOBAL Cartesiano -1.90000 -0.30000 0.00000 No -1.90000 17 GLOBAL Cartesiano -2.00000 -0.30000 0.00000 No -2.00000 18 GLOBAL Cartesiano -1.90000 -0.20000 0.00000 No -1.90000 19 GLOBAL Cartesiano -2.00000 -0.20000 0.00000 No -2.00000 20 GLOBAL Cartesiano -1.90000 -0.10000 0.00000 No -1.90000 21 GLOBAL Cartesiano -2.00000 -0.10000 0.00000 No -2.00000 Table 1: Joint Coordinates, Part 1 of 2 punto Sistema de Tipo de X o R Y Z SpecialJt GlobalX coordenada coordenada m m m m 22 GLOBAL Cartesiano -1.90000 0.00000 0.00000 No -1.90000 2. Propiedades del material Esta sección provee información de las propiedades del material usado en el modelo Tabla 4: Propiedades del material 02 – Propiedades Mecánicas basicas Table 4: Material Properties 02 - Basic Mechanical Properties Material Unidad de Unidad de E1 G12 U12 A1 peso masa KN/m3 KN-s2/m4 KN/m2 KN/m2 1/C 4000Psi 2.3563E+01 2.4028E+00 24855578.28 10356490.95 0.200000 9.9000E-06 A992Fy50 7.6973E+01 7.8490E+00 199947978.8 76903068.77 0.300000 1.1700E-05 Geotextil 1.9613E-03 2.0000E-04 23000.00 8214.29 0.400000 0.0000E+00 Tabla 5: Propiedades del material 03a – Datos del acero, Part 1 of 2 Table 5: Material Properties 03a - Steel Data, Part 1 of 2 Material Fy Fu EffFy EffFu SSCurveOpt SSHysType SHard SMax KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 A992Fy50 344737.89 448159.26 379211.68 492975.19 Simple Kinematic 0.015000 0.110000 Tabla 5: Propiedades del material 03a – Datos del acero, Part 2 of 2 Table 5: Material Properties 03a - Steel Data, Part 2 of 2 Material SRup FinalSlope A992Fy50 0.170000 -0.100000 Tabla 6: Propiedades del material 03b – Datos del concreto, Part 1 of 2 Table 6: Material Properties 03b - Concrete Data, Part 1 of 2 Material Fc LtWtConc SSCurveOpt SSHysType SFc SCap FinalSlope FAngle KN/m2 Degrees 4000Psi 27579.03 No Mander Takeda 0.002219 0.005000 -0.100000 0.000 Tabla 6: Material Properties 03b - Concrete Data, Part 2 of 2 Table 6: Material Properties 03b - Concrete Data, Part 2 of 2 Material DAngle Degrees 4000Psi 0.000 3. Propiedades de sección Esta sección provee información de las propiedades de sección para objetos usados en el modelo 3.1. Áreas Tabla 7: Propiedades de área de sección, Parte 1 de 4 Table 7: Area Section Properties, Part 1 of 4 Sección Material MatAngle AreaType Type DrillDOF Thickness BendThick Arc Degrees m m Degrees ASEC1 Geotextil 0.000 Shell Shell-Thin Yes 0.001600 0.001600 Geotextil Geotextil 0.000 Shell Shell-Thin Yes 0.001600 0.001600 Tabla 7: Propiedades de área de sección, Parte 2 de 4 Table 7: Area Section Properties, Part 2 of 4 Sección InComp CoordSys Color TotalWt TotalMass F11Mod F22Mod KN KN-s2/m ASEC1 Green 0.000 0.00 1.000000 1.000000 Geotextil Green 2.259E-05 2.304E-06 1.000000 1.000000 Tabla 7: Propiedades de área de sección, Parte 3 de 4 Table 7: Area Section Properties, Part 3 of 4 Sección F12Mod M11Mod M22Mod M12Mod V13Mod V23Mod MMod WMod ASEC1 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000 Geotextil 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000 Tabla 7: Propiedades de area de sección, Parte 4 de 4 Table 7: Area Section Properties, Part 4 of 4 Section GUID Notes ASEC1 Added 17/01/2015 09:01:27 p.m. Geotextil Added 17/01/2015 09:01:51 p.m. 4. Patrones de carga This section provides loading information as applied to the model. Esta sección provee la información de carga tal como se aplicó en el modelo 4.1. Definiciones Tabla 8: Definiciones de patrones de carga Table 8: Load Pattern Definitions Patrones de carga Tipo de SelfWtMult AutoLoad GUID Notes diseño DEAD DEAD 1.000000 TIERRA DEAD 0.000000 Table 8: Load Pattern Definitions Patrones de carga Tipo de SelfWtMult AutoLoad GUID Notes diseño CARRO LIVE 0.000000 5. Casos de carga Esta sección proporciona la información de casos de carga 5.1. Definiciones Tabla 9: Definiciones de casos de carga, Parte 1 de 2 Table 9: Load Case Definitions, Part 1 of 2 Case Type InitialCond ModalCase BaseCase DesTypeOpt DesignType AutoType DEAD LinStatic Zero Prog Det DEAD None MODAL LinModal Zero Prog Det OTHER None TIERRA LinStatic Zero Prog Det DEAD None CARRO LinStatic Zero Prog Det LIVE None Tabla 9: Definiciones de casos de carga, Parte 2 de 2 Table 9: Load Case Definitions, Part 2 of 2 Caso RunCase CaseStatus GUID Notes DEAD Yes Finished MODAL No Not Run TIERRA Yes Finished CARRO Yes Finished 5.2. Asignaciones de carga de casos estático Tabla 10: Caso estático 1 - Load Assignments Table 10: Case - Static 1 - Load Assignments Case LoadType LoadName LoadSF DEAD Load pattern DEAD 1.000000 TIERRA Load pattern TIERRA 1.000000 CARRO Load pattern CARRO 1.000000 5.3. Espectro de respuesta asignaciones de caso de carga Tabla 11: Respuesta de espectro – función- usuario Table 11: Function - Response Spectrum - User Name Period Accel FuncDamp Sec UNIFRS 0.000000 1.000000 0.050000 UNIFRS 1.000000 1.000000 6. Combinación de cargas Estas sección provee información de la combinación de cargas. Tabla 12: Definición de combinación, Parte 1 de 3 Table 12: Combination Definitions, Part 1 of 3 ComboName ComboType AutoDesign CaseType CaseName ScaleFactor SteelDesign COMB1 Linear Add No Linear Static CARRO 1.000000 No COMB1 Linear Static DEAD 1.000000 COMB1 Linear Static TIERRA 1.000000 Tabla 12: Definción de combinación, Part 2 de 3 Table 12: Combination Definitions, Part 2 of 3 ComboName CaseName ConcDesign AlumDesign ColdDesign GUID COMB1 CARRO No No No COMB1 DEAD COMB1 TIERRA Table 12: Definición de combinación, Part 3 of 3 Table 12: Combination Definitions, Part 3 of 3 ComboName CaseName Notes COMB1 CARRO COMB1 DEAD COMB1 TIERRA 7. Estructura resultados Esta sección provee resultados de la estructura, incluyendo elemento tanto como periodos estructurales y reacciones base. Figure 2: Cuerpo deformado 7.1. Sumatoria de masas Table 13: Punto de ensamble de masas Table 13: Punto de ensamble de masas Punto U1 U2 U3 R1 R2 R3 KN-s2/m KN-s2/m KN-s2/m KN-m-s2 KN-m-s2 KN-m-s2 1 8.000E-10 8.000E-10 8.000E-10 0.0000 0.0000 0.0000 2 8.000E-10 8.000E-10 8.000E-10 0.0000 0.0000 0.0000 3 8.000E-10 8.000E-10 8.000E-10 0.0000 0.0000 0.0000 4 8.000E-10 8.000E-10 8.000E-10 0.0000 0.0000 0.0000 5 1.600E-09 1.600E-09 1.600E-09 0.0000 0.0000 0.0000 6 3.200E-09 3.200E-09 3.200E-09 0.0000 0.0000 0.0000 7 1.600E-09 1.600E-09 1.600E-09 0.0000 0.0000 0.0000 8 3.200E-09 3.200E-09 3.200E-09 0.0000 0.0000 0.0000 9 1.600E-09 1.600E-09 1.600E-09 0.0000 0.0000 0.0000 10 3.200E-09 3.200E-09 3.200E-09 0.0000 0.0000 0.0000 11 1.600E-09 1.600E-09 1.600E-09 0.0000 0.0000 0.0000 12 3.200E-09 3.200E-09 3.200E-09 0.0000 0.0000 0.0000 13 1.600E-09 1.600E-09 1.600E-09 0.0000 0.0000 0.0000 14 3.200E-09 3.200E-09 3.200E-09 0.0000 0.0000 0.0000 15 1.600E-09 1.600E-09 1.600E-09 0.0000 0.0000 0.0000 16 3.200E-09 3.200E-09 3.200E-09 0.0000 0.0000 0.0000 17 1.600E-09 1.600E-09 1.600E-09 0.0000 0.0000 0.0000 18 3.200E-09 3.200E-09 3.200E-09 0.0000 0.0000 0.0000 19 1.600E-09 1.600E-09 1.600E-09 0.0000 0.0000 0.0000 20 3.200E-09 3.200E-09 3.200E-09 0.0000 0.0000 0.0000 21 1.600E-09 1.600E-09 1.600E-09 0.0000 0.0000 0.0000 22 3.200E-09 3.200E-09 3.200E-09 0.0000 0.0000 0.0000 Table 13: Punto de ensamble de masas Punto U1 U2 U3 R1 R2 R3 KN-s2/m KN-s2/m KN-s2/m KN-m-s2 KN-m-s2 KN-m-s2 23 1.600E-09 1.600E-09 1.600E-09 0.0000 0.0000 0.0000 7.2. Reacciones base Tabla 14: Reacciones base, Parte 1 de 3 Tabla 14: Reacciones base, Parte 1 de 3 OutputCase CaseType GlobalFX GlobalFY GlobalFZ GlobalMX GlobalMY GlobalMZ GlobalX KN KN KN KN-m KN-m KN-m m DEAD LinStatic 0.000 0.000 2.259E-05 0.0000 0.0000 0.0000 0.00000 TIERRA LinStatic 0.000 0.000 110.148 8.535E-16 1.443E-15 0.0000 0.00000 CARRO LinStatic 0.000 0.000 19.613 6.561E-20 -1.196E-15 0.0000 0.00000 Table 14: Reacciones base, Parte 2 de 3 Tabla 14: Reacciones base, Parte 2 de 3 OutputCase GlobalY GlobalZ XCentroidF YCentroidF ZCentroidF XCentroidF YCentroidF ZCentroidF X X X Y Y Y m m m m m m m m DEAD 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 TIERRA 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 CARRO 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 Table 14: Reacciones base, Parte 3 de 3 Tabla 14: Reacciones base, Parte 3 de 3 OutputCase XCentroidF YCentroidF ZCentroidFZ Z Z m m m DEAD 1.614E-16 8.274E-18 0.00000 TIERRA -1.310E-17 7.748E-18 0.00000 CARRO 6.095E-17 0.00000 0.00000 8. Resultado conjunto Esta sección provee resultados conjuntos, incluyendo elementos tanto de desplazamiento como reacción Table 15: Desplazamiento conjunto Tabla 15: Desplazamiento conjunto Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3 R1 R2 R3 m m m Radians Radians Radians 1 DEAD LinStatic 0.000000 0.000000 -1.569E-12 0.000000 2.753E-11 0.000000 1 TIERRA LinStatic 0.000000 0.000000 -7.649E-06 0.000000 0.000134 0.000000 1 CARRO LinStatic 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.174E-13 0.000000 2 DEAD LinStatic 0.000000 0.000000 -1.569E-12 0.000000 -2.753E-11 0.000000 2 TIERRA LinStatic 0.000000 0.000000 -7.649E-06 0.000000 -0.000134 0.000000 2 CARRO LinStatic 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -1.174E-13 0.000000 3 DEAD LinStatic 0.000000 0.000000 -1.569E-12 0.000000 -2.753E-11 0.000000 3 TIERRA LinStatic 0.000000 0.000000 -7.649E-06 0.000000 -0.000134 0.000000 3 CARRO LinStatic 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 -1.174E-13 0.000000 4 DEAD LinStatic 0.000000 0.000000 -1.569E-12 0.000000 2.753E-11 0.000000 4 TIERRA LinStatic 0.000000 0.000000 -7.649E-06 0.000000 0.000134 0.000000 Tabla 15: Desplazamiento conjunto Joint OutputCase CaseType U1 U2 U3 R1 R2 R3 m m m Radians Radians Radians 4 CARRO LinStatic 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.174E-13 0.000000 5 DEAD LinStatic 0.000000 0.000000 -3.138E-12 0.000000 5.554E-12 0.000000 5 TIERRA LinStatic 0.000000 0.000000 -0.000015 0.000000 0.000027 0.000000 9. Resultados de área Esta sección provee resultados de área, incluyendo elementos tanto como fuerza y esfuerzos Tabla 17: Elementos de área - Area Shells, Parte 1 de 4 Table 17: Element Forces - Area Shells, Part 1 of 4 Area AreaElem ShellType Joint OutputCase CaseType F11 F22 F12 KN/m KN/m KN/m 1 1 Shell-Thin 1 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 1 1 Shell-Thin 5 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 1 1 Shell-Thin 6 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 1 1 Shell-Thin 7 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 1 1 Shell-Thin 1 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 1 1 Shell-Thin 5 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 1 1 Shell-Thin 6 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 1 1 Shell-Thin 7 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 1 1 Shell-Thin 1 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 1 1 Shell-Thin 5 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 1 1 Shell-Thin 6 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 1 1 Shell-Thin 7 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 7 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 6 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 8 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 9 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 7 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 6 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 8 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 9 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 7 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 6 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 8 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 2 2 Shell-Thin 9 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 9 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 8 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 10 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 11 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 9 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 8 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 10 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 11 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 9 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 8 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 10 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 3 3 Shell-Thin 11 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 4 4 Shell-Thin 11 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 4 4 Shell-Thin 10 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 4 4 Shell-Thin 12 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 4 4 Shell-Thin 13 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00 4 4 Shell-Thin 11 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 4 4 Shell-Thin 10 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 4 4 Shell-Thin 12 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 4 4 Shell-Thin 13 TIERRA LinStatic 0.00 0.00 0.00 4 4 Shell-Thin 11 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 Table 17: Element Forces - Area Shells, Part 1 of 4 Area AreaElem ShellType Joint OutputCase CaseType F11 F22 F12 KN/m KN/m KN/m 4 4 Shell-Thin 10 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 4 4 Shell-Thin 12 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 4 4 Shell-Thin 13 CARRO LinStatic 0.00 0.00 0.00 5 5 Shell-Thin 13 DEAD LinStatic 0.00 0.00 0.00