poliestireno expandido

Universidad Estatal del Sur de Manabí, Jipijapa,

Km 11/2 vía a Noboa

USO DE POLIESTIRENO EXPANDIDO EN VIAS

Profesionales en formaciones: Javier J. Arias Acebo Elvis P. Chele Chele Boris R. Pico Ponce Jonathan N. Santos Piguave

Curso: Séptimo Semestre “A2”

Período académico: Mayo –  Septiembre  Septiembre /2017

RESUMEN En el presente trabajo se dará a conocer una de las tantas aplicaciones que tienen los bloques de EPS (poliestireno expandido) en el campo de la construcción, se analiza los beneficios que tiene este material en nuestro país en zonas con suelos con baja capacidad de carga y como se lo propone como una alternativa eficaz a los métodos de construcción que se emplean en nuestro país. Ah través de estudios y ensayos de flexión, compresión entre otros, se ha comprobado las excelentes propiedades de los bloques de poliestireno expandido (EPS) o geobloques como se conocen en nuestro país, capaces de resistir las cargas de trafico sin deteriorarse o sufrir algún daño, se explicara como es el  proceso constructivo de este tipo de vías, las ventajas que este proporciona y el  beneficio medioambiental que se obtiene al reciclar este material y usarlo como material de relleno alivianado. Palabras claves: Económico, ligero, poliestireno, resistente, reciclable

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ABSTRACT In the present work, one of the many applications of EPS (expanded  polystyrene) blocks in the field of construction will be presented, the benefits of this material in our country are analyzed in areas with soils with low load capacity and how it is proposed as an effective alternative to the construction methods that are used in our country. Ah through studies and tests of bending, compression and others, the excellent properties of expanded polystyrene (EPS) or geoblocks as known in our country have been proven capable of resisting traffic loads without deterioration or damage, Will explain how the construction process of this type of track, the advantages it provides and the environmental benefit obtained by recycling this material and use it as a lightening fill material. Keywords: Economical, light, polystyrene, resistant, recyclable

INTRODUCCIÓN

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El uso del polietileno expandido en la rama de la ingeniería geotécnica es aquella en donde es verdaderamente increíble debido a su implementación en vías, ya que es un nuevo método de innovación en lo que respecta en la construcción de bloques para el uso en vías de primer orden. En este caso se lo utilizara como un remplazo total en la estructura del terraplén en lo que respecta en la (Base, Súbase, Corona), debido a su resistencia y la capacidad portante en los materiales. Además de aquello, el polietileno es un material altamente ligero y por tanto es recomendable, se utilice como una técnica aceptable y económica para problemas de inestabilidad y asentamientos en relación con suelos débiles y altamente compresibles. Una de las fundamentales ventajas es que estos bloques de polietileno es que son fáciles de manejar y debido a esto se opta como alternativa en relleno en terraplenes, en relleno de talud y cimentaciones en zonas pantanosas. El objetivo de esta nueva práctica del uso del polietileno es determinar que en nuestro país sea factible la construcción de bloques de polietileno expandido para el uso en vías de primer orden, en lo que refiere al cambio total de su estructura.

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METODOLOGÍA En la investigación realizada, sobre el material innovador de polietileno expandido de bloques para ser proyectados en la parte estructural de la vía nos hicimos valer gracias a unos de los autores que abrió esta investigación como parte importante de este proyecto revolucionario el DR. Strasky en el año 1960, donde en unos años después el de la idea de una carretera de aislamiento con EPS Geoespuma fue Ahmed Fouad Elragi, donde se dió por primera vez en el año de 1965 y el primer terraplén en donde se utilizó EPS Geoespuma se realizó en 1972 en vías.

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USO DE POLIESTIRENO EXPANDIDO EN VIAS Comportamiento de bloques de poliestireno expandido La norma de registro de Investigación De Transporte de la Academia  Nacional Prensa Washington, D.C. 1994 de los autores T. PREBER, S. BANG, Y. CHUNG, AND Y. CHO, da a mencionar sobre un innovador material de construcción, bloques de poliestireno gastado (EPS bloques), se ha introducido en la ingeniería geotécnica en los últimos años. Debido a su peso extremadamente ligero y facilidad en la manipulación, ofrece una alternativa al relleno convencional, materiales de tierra de terraplén y relleno ligero. Se prevé que el uso de bloques de EPS en la industria de la construcción puede resultar en ahorros sustanciales. Se espera que las nuevas aplicaciones de los bloques EPS como elementos estructurales surjan a medida que los ingenieros aprendan más sobre este material. Se realizaron una serie de pruebas de laboratorio para determinar las propiedades mecánicas de los bloques EPS. Se incluyen los resultados de ensayos triaxiales no drenados con medidas de cambio de volumen para la determinación de una relación constitutiva, una prueba de carga repetida, pruebas de corte por punzonado y una prueba de fluencia a largo plazo. Los resultados de los ensayos muestran una característica distintiva del material, incluyendo una relación tensión-estrazo bilincar y una relación negativa de Poisson que no son comunes en materiales de construcción convencionales. Los resultados de este estudio pueden ser fácilmente incorporados en análisis detallados de varias estructuras de ingeniería geotécnica construidas con bloques EPS. La ingeniería geotécnica y las industrias de la construcción han estado sellando materiales de construcción baratos y ligeros para el relleno contra estructuras de retención, relleno para terraplenes en suelo blando y debajo de pavimentos, y 6

material de repacto para estabilización de pendientes. El uso de materiales ligeros ha sido considerado una solución técnicamente aceptable y económica para muchos problemas de inestabilidad y asentamiento relacionados con suelos débiles y altamente compresibles. Los bloques de poliestireno expandido superligero (bloques EPS) se han utilizado en la industria de la construcción de carreteras como material ligero durante casi tres décadas. La literatura indica que el Laboratorio Noruego de Investigación Vial ha utilizado exitosamente bloques EPS en más de 100  proyectos. Se ha informado que los bloques EPS no producen prácticamente  presión lateral sobre el pilar del puente. Los bloques de EPS también se han utilizado extensamente como layas de la helada en carreteras en Europa y  Norteamérica. Uno de los primeros proyectos en los que se utilizaron bloques EPS en los Estados Unidos fue un puente cerca de Pickford, Michigan, donde una gran  parte de la aleta del pilar fue reemplazada por bloques EPS. Otro proyecto de gran envergadura en los Estados Unidos fue la reconstrucción en 1987 de una sección fallida de 60 m de longitud de EE.UU 160 cerca de Durango, Colorado. EPS  bloques fueron seleccionados principalmente porque la frágil pendiente no podía soportar más peso que la carretera en sí. El poliestireno expandido se ha utilizado típicamente como aislante y material de embalaje. Su densidad es de aproximadamente 0,15 a 0,3 kN /m3, equivalente a /6o a V la densidad de agua. Por lo tanto, es extremadamente ligero, produciendo casi ningún estrés inducido  por la gravedad, y es fácil de manejar. También tiene una conductividad ihermal extremadamente baja y por lo tanto puede ser utilizado como material de aislamiento en regiones frías con suelos susceptibles a la escarcha. Es estable químicamente, y no está sujeto decaer. Sin embargo, debe ser protegido de 7

destilados de petróleo, fuego, luz ultravioleta y vandalismo. Debido a su peso ligero, el coste del trabajo de tierra convencional se puede reducir dramáticamente si los bloques del EPS se utilizan bajo ciertas circunstancias. Se espera que las estructuras de ingeniería construidas con bloques de EPS experimente estratos inferiores a los de la manguera construida con materiales convencionales, dando como resultado secciones estructurales más pequeñas y, por lo tanto, ahorros de costos sustanciales. Según Carlos Brun, la construcción de terraplenes sobre suelos sin ningún tratamiento previo trae inherencia a los asentamientos, fruto de la compresibilidad del suelo blando bajo la carga del terraplén produciendo interiormente en la masa del suelo blando una presión de poro, en donde lentamente el agua va evadiéndose, el suelo blando se va comprimiendo y el terraplén se originan decadencias en donde en ocasiones son muy grandes y ocasionan el colapso de la estructura de  pavimento. Los asentamientos son problemas muy complejo y las dos características más negativas son que generalmente en un proceso que se amplía mucho en el campo y que en general no es sencillamente controlable. Según Ahmed Fouad Elragi, la idea de una carretera de aislamiento con EPS Geoespuma se dió por primera vez en el año de 1965 y el primer terraplén en donde se utilizó EPS Geoespuma se realizó en 1972 en vías. Los suelos compresibles se determinan por su elevada deformabilidad, dando lugar a asentamientos de magnitud considerable, produciendo afectación a las estructuras que se encuentran sobre ellos, ocasionando deformaciones en los firmes. 8

INVESTIGACIÓN DE LABORATORIO Se realizó una serie de ensayos de absorción de agua, resistencia a la compresión, resistencia a la flexión y triaxial para estudiar el comportamiento de la geoespuma EPS. Las densidades de EPS geoespuma utilizadas en este estudio son 12, 15 y 20 kg / m3. Los materiales estaban disponibles en forma cilíndrica, rectangular y en forma de cubo que diferentes tamaños de los especímenes fueron muestreados según ASTM D7557-09 especificación para diferentes ensayos. El trabajo de corte de muestras se llevó a cabo en Packshield Industries Limited, que es un fabricante y proveedor de EPS geofoam en Mumbai, India.

PRUEBAS DE ABSORCIÓN DE AGUA La prueba de absorción de agua se realizó de acuerdo con ASTM C272-12 método de ensayo estándar. Se utilizaron las muestras de ensayo con una dimensión de 75 mm de longitud, 75 mm de ancho y 13 mm de grosor. Los especímenes fueron marcados según sus densidades. La masa seca de los especímenes se tomó con un equilibrio sensible y una precisión de 0,001 g. El ensayo se realizó sumergiendo la muestra de ensayo en un recipiente horizontalmente bajo una cabeza de agua de 150 mm durante 24 horas. Después se retiraron los especímenes del acondicionador y se limpió toda la superficie del agua con un paño seco y limpio hasta que no hubo agua visible y se pesó inmediatamente la masa húmeda de los especímenes y se registró con la misma  precisión. La absorción de agua de la geoespuma de EPS en porcentaje se calcula como la masa de agua absorbida por la muestra de geoespuma EPS a su masa seca inicial. Se probaron tres especímenes de cada muestra de densidad y se calculó su valor medio.

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ENSAYOS DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN Este método de ensayo proporciona información sobre el comportamiento de los materiales geoespumados EPS bajo cargas de compresión. La prueba de resistencia a la compresión se realizó de acuerdo con el método de ensayo estándar ASTM D1621-10 en la máquina de ensayo de resistencia a compresión digital. La instalación de prueba consiste en dos placas planas, una unida a la base estacionaria del instrumento de prueba y la otra unida al cruce móvil para suministrar la carga a la muestra de ensayo. Los tamaños de estas placas eran mayores que la superficie de carga de la muestra para asegurar que la carga de la muestra es uniforme. Los especímenes de ensayo eran de sección transversal cúbica con tamaños de 50 mm, 100 mm y 150 mm para cada densidad de 12, 15 y 20 kg / m3. Los especímenes colocados entre las placas de compresión y su línea central se alinearon en la línea central de las placas de compresión y la carga se distribuyó uniformemente sobre toda la superficie de carga de la muestra. El desplazamiento de la platina de compresión y los datos de carga correspondientes se registraron hasta que la muestra se ha comprimido el 15% de su grosor original a una velocidad de deformación constante de 2,5 mm / min.

ENSAYOS DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN El ensayo de resistencia a la flexión se llevó a cabo en geoespuma EPS de acuerdo con ASTM C203-12 en una máquina de prueba universal computarizada utilizando el método de prueba de tres puntos. La configuración de prueba consiste en una disposición típica del tramo con una longitud de tramo de 250 mm. El espécimen de prueba de geoespuma de EPS fue considerado como una viga en dos soportes del tramo y cargado por medio de un acoplamiento de carga a medio

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camino entre los soportes. Se utilizó la muestra de ensayo con una dimensión de 300 mm x 100 mm x 25 mm. La muestra se cargó con una velocidad de deformación de 4,2 mm / min. La velocidad de deformación se calculó a partir de la ecuación empírica dada en la especificación de ensayo. La carga con la correspondiente deformación de la muestra de ensayo se registró hasta su fallo. Se probaron cuatro muestras de ensayo con cada densidad y se calculó el valor medio.

TRIAXIALES Se realizaron ensayos triaxiales no drenados (UU) no consolidados en las muestras de geoespuma EPS con dimensiones de 75 mm de diámetro y 150 mm de altura, para diferentes densidades bajo presiones de 50 kPa, 100 kPa y 150 kPa. La influencia de la presión celular aplicada y la densidad de EPS en el comportamiento de la geoespuma EPS se investiga en la prueba. La probeta de ensayo se cubrió con una membrana de caucho y se equipó con una placa de carga superior usando un ensanchador de membrana. La cámara transparente se montó entonces adecuadamente y la probeta se montó centralmente sobre el pedestal de la celda triaxial con la placa de carga superior. La configuración de prueba triaxial UU con la muestra de ensayo se muestra en la Fig.1. Se llenó agua dentro de la cámara que actúa como un fluido operativo. La carga axial se aplicó con una velocidad de deformación constante de 1,5 mm / min según el método de ensayo ASTM D2850-15. Cada ensayo se llevó a cabo hasta una tinción axial máxima del 15%. El tiempo medio de carga requerido para cada muestra fue de aproximadamente 15 minutos. La carga de desviación se midió mediante una célula de carga de 5 kN de capacidad y el desplazamiento vertical se midió

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mediante un transformador diferencial lineal variable (LVDT) conectado a un indicador digital. Los aparatos de medición fueron calibrados antes de su uso

Fig. 1. Ensayos triaxiales. ( a) vista en boceto de EPS ( b) colocación de la muestra de ensayo ( c) carga de la muestra EPS en celda triaxial

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL POLIESTIRENO Las ventajas en la utilización de un terraplén de EPS (geobloque) son diversos1: 

Facilidad y rapidez de construcción

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Imposición de condiciones climáticas adversas

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Posible eliminación de la necesidad de precarga, recargos, y etapas de la construcción, disminución de los costos de mantenimiento, la mitigación de la necesidad de adquirir adicional derecho de vía  para la construcción de pistas planas debido a la baja densidad de EPS-bloque o el uso de un terraplén vertical, debido a la forma de los bloques de EPS,

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Gonzalo Duque Escobar, C. E. (2002). Mecánica de suelos. Manizales. 12

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La reducción de la tensión lateral sobre los pilares del puente de aproximación,

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Una excelente durabilidad.

USO DEL POLIESTIRENO EN LA CONSTRUCCIÓN DEL PAVIMENTO La fase más compleja es la compactación y colocación de la capa  preliminar de suelo sobre los geobloques o de la capa de separación. Los vehículos y equipos que se utilizan en la construcción (como retroexcavadoras) no deben  poseer acercamiento con los bloques. Sin embargo, los tipos y tamaños de los equipos de la obra deben estar limitados para no sobrepasar los esfuerzos elásticos de los geobloques EPS. Para minimizar los deteriodos de los geobloques es conveniente usar equipo liviano para empujar cerca de 300 mm de suelo en el EPS  previamente al compactar el material a utilizar. Una vez completada la distribución al sistema de pavimento, las cargas que poseen los vehículos no deberán sobrepasar al del diseño de cargas de tráfico estudiado. Las consideraciones que se deben tener en cuenta en las cargas en el diseño del terraplén de geobloques de EPS, en suelo flácido son: fuerzas sísmicas, tráfico, agua, cargas de viento y fuerzas de gravedad. En el procedimiento del cálculo de la fase del límite último ULS se utiliza las cargas totales en circunstancias extremas. Se debe tener presente las fuerzas críticas ya que afectan sus condiciones la cual si se realiza el diseño para neutralizar el desplazamiento del geobloque, la seguridad sísmica o alejamiento por gestión del agua, la peor parte se obtiene de las cargas muertas de los EPS en períodos secos, por otro lado en el diseño de seguridad de talud, el peor problema que poseen son de los geobloques

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con una ampliación del peso unitario razón de la filtración de agua, principalmente donde se hallarán permanentemente o temporal sumergidos. La carga por gravedad es considerada en el análisis externo e interno de terraplén.

 Figura 1. Componentes de un terraplén trapezoidal y vertical

Definición de sus partes A. El peso de la capa del sistema de pavimento incluida una losa de concreto utilizada para separar al EPS de este sistema y así evitar contactos con materiales contaminantes (gasolina entre otros químicos). Los detalles del uso de la losa de hormigón se determinan en el diseño del sistema de pavimento y en la evaluación interna del terraplén. B. El peso del cobertor del talud o suelo ubicado a los extremos del terraplén, o el peso de los elementos de contención dentro de un terraplén vertical. 14

C. El peso integral efectivo de cualquier material ubicado entre el suelo existente (suelo fundación) y la superficie inferior de la primera capa de bloques EPS.

F igura 2. F uerzas hidráulicas a un lado del terraplén.

En lo que respecta del análisis de estabilidad interna y externa se especifican los procedimientos para evaluar la sobrecarga requerida la cual se contrarrestar los efectos de deslizamiento horizontal y flotación de los geobloques EPS ocasionada por efecto del agua.

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CONCLUSIÓN En la presente investigación sobre (poliestireno expandido) EPS en  bloques se logró llegar a resultados factibles y esperados como practica validada  para la implementación y ejecución en vías de primer orden, dando una solución atractiva viéndolo en lo económico, duradero, resistente y de construcción por su fácil colocación y manipulación a diferencia del terraplén normal que se utiliza maquinaria pesada para su construcción así mejorando e innovado la estructura de una carreta o vía de comunicación ambos lados verticales e inclinadas, como una inclusión compresible detrás de muros de contención, en relleno de talud y cimentaciones en zonas pantanosas.

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