ES1187560U - Geocelda formada por unas bandas poliméricas - Google Patents

Abstract

1. Geocelda formada por unas bandas poliméricas, caracterizada porque por lo menos una banda polimérica presenta una tensión de diseño a largo plazo de 2,6 MPa o superior, siendo dicha tensión de diseño a largo plazo la tensión relacionada con la carga que provoca una deformación plástica del 10% o inferior cuando se realiza una medición en la que se aplica el método isotérmico escalonado, SIM, descrito en la norma ASTM D6992 a una muestra de 100 mm de ancho y longitud neta de 50 mm, siendo sometida dicha muestra a una carga estática y a un calentamiento escalonado con las etapas siguientes: {IMAGEN-01} midiéndose la deformación plástica final frente a diferentes cargas.

Description

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DESCRIPCION

Geocelda formada por unas bandas polimericas Campo de la invencion

La presente divulgacion se refiere a un sistema de confinamiento celular, tambien conocido como CCS (del ingles "Celular Confinement System") o geocelda, que es apto para su utilizacion en soportar cargas, tales como las presentes en carreteras, vlas ferreas, zonas de aparcamiento y pavimentos. En particular, las geoceldas de la presente divulgacion conservan sus dimensiones tras grandes numeros de ciclos de carga y ciclos de temperatura; por tanto el confinamiento requerido del relleno se conserva a lo largo de todo el ciclo de vida de diseno de la geocelda.

Estado de la tecnica

Un sistema de confinamiento celular (CCS) es una matriz de celdas de contencion que se asemeja a una estructura en “panal de abeja” que se llena con relleno granular, que puede ser suelo incoherente, arena, grava, balasto, piedra triturada, o cualquier otro tipo de arido granular. Tambien conocidos como geoceldas, los CCS se utilizan principalmente en aplicaciones de ingenierla civil que requieren poca resistencia mecanica y rigidez, tales como proteccion de taludes (para prevenir la erosion) o que proporcionan soporte lateral para taludes.

Los CCS difieren de otros sistemas geosinteticos tales como geomallas o geotextiles en que las geomallas/los geotextiles son planos (es decir, bidimensionales) y se utilizan como refuerzo plano. Las geomallas/los geotextiles proporcionan confinamiento solo para distancias verticales muy limitadas (habitualmente 1-2 veces el tamano promedio del material granular) y estan limitados a materiales granulares que presentan un tamano promedio de mas de aproximadamente 20 mm. Esto limita la utilizacion de dichos sistemas geosinteticos bidimensionales a materiales granulares relativamente caros (balasto, piedra triturada y grava) porque apenas proporcionan confinamiento o refuerzo alguno a materiales granulares de calidad inferior, tales como asfalto reciclado, hormigon triturado, cenizas volantes y desechos de cantera. En cambio, los CCS son estructuras tridimensionales que proporcionan confinamiento en todas las direcciones (es decir a lo largo de toda la seccion transversal de cada celda). Ademas, la geometrla de multiples

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celdas proporciona una resistencia pasiva que aumenta la capacidad de soporte. A diferencia de los sistemas geosinteticos bidimensionales, una geocelda proporciona confinamiento y refuerzo a materiales granulares que presentan un tamano de partlcula promedio menor de aproximadamente 20 mm, y en algunos casos materiales que presentan un tamano de partlcula promedio de aproximadamente 10 mm o inferior.

Las geoceldas las fabrican algunas empresas de todo el mundo, incluyendo Presto. Las geoceldas de Presto, as! como las de la mayorla de sus imitadores, estan compuestas por polietileno (PE). El polietileno (PE) puede ser polietileno de alta densidad (HDPE, del ingles "High Density PE”) o polietileno de media densidad (MDPE, del ingles “Medium Density PE”). El termino “HDPE” se refiere a continuation en la presente memoria a un polietileno caracterizado por una densidad mayor que 0,940 g/cm3. El termino polietileno de media densidad (MDPE) se refiere a un polietileno caracterizado por una densidad mayor que 0,925 g/cm3 a 0,940 g/cm3. El termino polietileno de baja densidad (LDPE) se refiere a un polietileno caracterizado por una densidad de 0,91 a 0,925 g/cm3.

Las geoceldas compuestas por HDPE y MDPE son o bien lisas o bien texturizadas. Las geoceldas texturizadas son las mas comunes en el mercado, puesto que la textura puede proporcionar cierta friction adicional de las paredes de geocelda con el relleno. Aunque el HDPE puede presentar teoricamente una resistencia mecanica a la traction (tension de traction a la fluencia o a la rotura) mayor que 15 megapascales (MPa), en la practica, cuando se toma una muestra de una pared de geocelda y se somete a prueba segun la norma ASTM D638, la resistencia mecanica es insuficiente para aplicaciones de soporte de carga, tales como carreteras y vlas ferreas, e incluso a alta velocidad de deformation del 150%/minuto, que apenas alcanza 14 MPa.

Las deficientes propiedades de HDPE y MDPE son claramente visibles cuando se analizan mediante un analisis mecanico dinamico (DMA, del ingles “Dynamic Mechanical Analysis”) segun la norma ASTM D4065: el modulo de almacenamiento a 23°C es inferior a aproximadamente 400 MPa. El modulo de almacenamiento se deteriora drasticamente cuando aumenta la temperatura y disminuye por debajo de niveles utiles a temperaturas de aproximadamente 75°C, limitando por tanto la utilization como refuerzos de soporte de carga. Estas propiedades mecanicas moderadas son suficientes para la protection de taludes, pero no para aplicaciones de soporte de carga a largo plazo que estan disenadas para dar un servicio de mas de cinco anos.

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Otro metodo para predecir el comportamiento relacionado con el corrimiento a largo plazo de los polimeros es la prueba de corrimiento acelerado mediante el metodo isotermico escalonado (SIM, del ingles "Stepped Isothermal Method”) segun la norma ASTM D6992. En este metodo, se somete una muestra polimerica a carga constante bajo un programa de temperatura escalonada. Los intervalos de temperatura elevada aceleran el corrimiento. El metodo permite la extrapolation de las propiedades de la muestra a lo largo de largos periodos de tiempo, incluso de mas de 100 anos. Habitualmente, cuando se someten a prueba PE y PP, la carga que produce la deformation plastica del 10% se denomina "la resistencia mecanica de diseno a largo plazo” y se utiliza en los sistemas geosinteticos como la resistencia mecanica permitida para los disenos. Las cargas que producen una deformacion plastica mayor quel 10% se evitan, porque el PE y el PP se someten a corrimiento de segundo orden por encima de una deformacion plastica del 10%. El corrimiento de segundo orden es impredecible y el PE y el PP presentan tendencia a "agrietarse” en este modo.

Para aplicaciones tales como carreteras, ferrocarriles y zonas de aparcamiento y almacenamiento con mucha actividad, esta resistencia mecanica de apenas 14 MPa es insuficiente. En particular, las geoceldas con estas propiedades mecanicas moderadas tienden a presentar una rigidez relativamente baja y tienden a deformarse plasticamente a deformaciones de tan solo el 8%. La deformacion plastica hace que la celda pierda su potencial de confinamiento, esencialmente el principal mecanismo de refuerzo, tras cortos periodos de tiempo o un bajo numero de vehiculos pasando (bajo numero de cargas dclicas). Por ejemplo, cuando se somete a prueba una banda tomada de una geocelda tipica en la direction de la maquina (perpendicular al plano de uniones) segun la norma ASTM D638 a una velocidad de deformacion del 20%/minuto o incluso al 150%/minuto, la tension a deformacion del 6% es menor de 13 MPa, a deformacion del 8% es menor de 13,5 MPa, y a deformacion del 12% es menor de 14 MPa. Como resultado, las geoceldas de HDPE se limitan a aplicaciones donde la geocelda esta bajo una baja carga y donde el confinamiento del relleno de soporte de carga no es obligatorio (por ejemplo en estabilizacion del suelo). Las geoceldas no estan ampliamente aceptadas en aplicaciones de soporte de carga, tales como carreteras, vias ferreas, zonas de aparcamiento, o zonas de almacenamiento de recipientes pesados, debido a la alta tendencia de deformacion plastica a bajas deformaciones.

Cuando se aplica una carga vertical a un sustrato de un material granular, una parte de la carga vertical se traslada a una presion o carga horizontal. La magnitud de la carga

horizontal es igual a la carga vertical multiplicada por el coeficiente de empuje de tierras horizontal (tambien conocido como coeficiente de empuje de tierras lateral o LEPC, del ingles "Lateral Earth Pressure Coefficient”) del material granular. El LEPC puede variar desde aproximadamente 0,2 para los materiales buenos como grava y piedra triturada 5 (generalmente partlculas duras, escasamente gradadas, por lo que la compactacion es muy buena y la plasticidad es minima) hasta aproximadamente de 0,3 a 0,4 para materiales mas plasticos como desechos de cantera o asfalto reciclado (materiales que presentan un alto contenido en finos y alta plasticidad). Cuando el material granular esta humedo (por ejemplo, lluvia o inundacion que satura la capa de asiento y la subbase de 10 una carretera), su plasticidad aumenta, y se desarrollan cargas horizontales superiores, proporcionando tension circular aumentada en la pared de celda.

Cuando el material granular esta confinado por una geocelda, y se aplica una carga vertical desde la parte superior por una tension estatica o dinamica (tal como una presion 15 proporcionada por la rueda de un vehlculo o la via del tren), la presion horizontal se traduce en tension circular en la pared de la geocelda. La tension circular es proporcional a la presion horizontal y al radio de celda promedio, y es inversamente proporcional al grosor de la pared de celda.

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HS =

VP* LEPC* r d

en la que HS es la tension circular (del ingles "Hoop Stress”) promedio en la pared de la geocelda, VP es la presion vertical (del ingles "Vertical Pressure”) aplicada externamente sobre el material granular por una carga, LEPC es el coeficiente de empuje de tierras 25 lateral, r es el radio de celda promedio y d es el grosor de pared de celda nominal.

Por ejemplo, una geocelda compuesta por HDPE o MDPE que presenta un grosor de pared de celda de 1,5 milimetros (incluyendo textura, y refiriendose el termino "grosor de pared” a continuation en la presente memoria a la distancia de un pico a otro en la 30 section transversal de la pared de celda), un diametro promedio (cuando se rellena con

material granular) de 230 millmetros, una altura de 200 millmetros, rellena con arena o desechos de cantera (un LEPC de 0,3), y una carga vertical de 700 kilopascales (kPa), experimental una tension circular de aproximadamente 16 megapascales (MPa). Tal como se observa a partir de la ecuacion de tension circular, las paredes mas finas o de

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diametro mayor (que se prefieren desde el punto de vista de economla de la fabrication) se someten a tensiones circulares significativamente superiores, y por tanto no funcionan bien como refuerzo cuando estan compuestas por HDPE o MDPE.

Las cargas verticales de 550 kPa son comunes para carreteras no pavimentadas. Pueden experimentarse cargas significativamente superiores, de 700 kPa o superior, en carreteras (pavimentadas y no pavimentadas) para camiones pesados, carreteras de servicio industrial o zonas de aparcamiento.

Puesto que las aplicaciones de soporte de carga, especialmente carreteras y vlas ferreas, estan sometidas generalmente a millones de cargas clclicas, es necesario que la pared de la geocelda conserve sus dimensiones originales bajo carga clclica con deformation plastica muy baja. La utilization comercial de geoceldas de HDPE se limita a aplicaciones que no soportan carga, puesto que el HDPE normalmente alcanza su llmite plastico a deformacion de aproximadamente el 8%, y a tensiones por debajo de las tensiones tlpicas encontradas normalmente en aplicaciones de soporte de carga.

Serla deseable proporcionar una geocelda que presente rigidez y resistencia mecanica aumentadas, menor tendencia a deformarse a temperaturas elevadas, mejor retention de su fluencia a temperaturas por encima de la temperatura ambiental (23°C), tendencia reducida a experimentar deformacion plastica bajo cargas repetidas y continuas, y/o largos periodos de servicio.

Description de la invention

En las formas de realizacion, se divulgan unas geoceldas que proporcionan una rigidez suficiente y que pueden aceptar altas tensiones sin deformacion plastica. Dichas geoceldas son adecuadas para aplicaciones de soporte de carga tales como pavimentos, carreteras, vlas ferreas, zonas de aparcamiento, pistas de aeropuertos y zonas de almacenamiento. Tambien se divulgan metodos para obtener y utilizar dichas geoceldas.

En algunas formas de realizacion, se divulga una geocelda fomada por bandas polimericas, presentando por lo menos una banda polimerica un modulo de almacenamiento de 500 MPa o superior cuando se mide en la direccion de la maquina mediante un analisis mecanico dinamico (DMA) segun la norma ASTM D4065 a 23°C y a una frecuencia de 1 Hz.

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Dicha por lo menos una banda polimerica puede presentar un modulo de almacenamiento de 700 MPa o superior, incluyendo un modulo de almacenamiento de 1000 MPa o superior.

Dicha por lo menos una banda polimerica puede presentar una tension a deformacion del 12% de 14,5 MPa o superior cuando se mide segun el procedimiento de Izhar a 23°C, incluyendo una tension a deformacion del 12% de 16 MPa o superior o una tension a deformacion del 12% de 18 MPa o superior.

Dicha por lo menos una banda polimerica puede presentar un coeficiente de expansion termica de 120*10"6/°C o inferior a 25°C segun la norma ASTM D696.

La geocelda puede utilizarse en una capa de un pavimento, carretera, via ferrea o zona de aparcamiento. La geocelda puede llenarse con un material granular seleccionado de entre el grupo que consiste en arena, grava, piedra triturada, balasto, desechos de cantera, hormigon triturado, asfalto reciclado, ladrillos triturados, escombros y residuos de construction, vidrio triturado, cenizas de central electrica, cenizas volantes, cenizas de carbon, escoria de alto horno de hierro, escoria de fabrication de cemento, escoria de acero, y mezclas de los mismos.

En otras formas de realization, se divulga una geocelda fomada por bandas polimericas, presentando por lo menos una banda polimerica un modulo de almacenamiento de 150 MPa o superior cuando se mide en la direction de la maquina mediante un analisis mecanico dinamico (DMA) segun la norma ASTM D4065 a 63°C y a una frecuencia de 1 Hz.

Dicha por lo menos una banda polimerica puede presentar un modulo de almacenamiento de 250 MPa o superior, incluyendo un modulo de almacenamiento de 400 MPa o superior.

Aun en otras formas de realizacion se da a conocer una geocelda fomada por bandas polimericas, presentando por lo menos una banda polimerica una tension de diseno a largo plazo de 2,6 MPa o superior, cuando se mide segun el procedimiento de SIM de PRS.

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Dicha por lo menos una banda polimerica puede presentar una tension de diseno a largo plazo de 3 MPa o superior, incluyendo una tension de diseno a largo plazo de 4 MPa o superior.

Estas y otras formas de realization se describen con mayor detalle a continuation.

Breve descripcion de los dibujos

A continuacion se facilita una breve descripcion de los dibujos, que se presentan para los fines de ilustrar las formas de realizacion a modo de ejemplo divulgadas en la presente memoria y no para los fines de limitar la misma.

La figura 1 es una vista en perspectiva de una geocelda.

La figura 2 es un diagrama que muestra una forma de realizacion a modo de ejemplo de una banda polimerica utilizada en las geoceldas de la presente divulgacion.

La figura 3 es un diagrama que muestra otra realizacion a modo de ejemplo de una banda polimerica utilizada en las geoceldas de la presente divulgacion.

La figura 4 es un diagrama que muestra otra realizacion a modo de ejemplo de una banda polimerica utilizada en las geoceldas de la presente divulgation.

La figura 5 es un grafico que compara los resultados de tension-deformacion de diversas celdas de la presente divulgacion frente a un ejemplo comparativo.

La figura 6 es un grafico que muestra el diagrama de tension-deformacion para las geoceldas de la presente divulgacion.

La figura 7 es un grafico que muestra los resultados de una prueba de carga vertical para una celda a modo de ejemplo de la presente divulgacion frente a un ejemplo comparativo.

La figura 8 es un grafico del modulo de almacenamiento y tangente de delta frente a la temperatura para una banda de control.

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La figura 9 es un grafico del modulo de almacenamiento y tangente de delta frente a la temperatura para una banda polimerica utilizada en las geoceldas de la presente divulgacion.

Descripcion detallada de unas formas de realizacion de la invencion

La siguiente descripcion detallada se proporciona para permitir que un experto ordinario en la materia realice y utilice las formas de realizacion divulgadas en la presente memoria y exponga los mejores modos contemplados de poner en practica estas formas de realizacion. Sin embargo, diversas modificaciones seguiran siendo evidentes para los expertos habituales en la materia y deben considerarse como dentro del alcance de esta divulgacion.

Puede obtenerse una comprension mas completa de los componentes, procedimientos y aparatos dados a conocer en la presente memoria haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Estas figuras son meramente representaciones esquematicas basadas en la conveniencia y facilidad de demostrar la presente divulgacion y, por tanto, no se pretende que indiquen tamanos y dimensiones relativos de los dispositivos o componentes de los mismos y/o que definan o limiten el alcance de las formas de realizacion ejemplificativas.

La figura 1 es una vista en perspectiva de una geocelda de una sola capa. La geocelda 10 comprende una pluralidad de bandas polimericas 14. Las bandas adyacentes se unen entre si mediante juntas flsicas diferenciadas 16. La union puede realizarse mediante adhesion, cosido o soldadura, pero generalmente se realiza mediante soldadura. La parte de cada banda entre dos juntas 16 forma una pared 18 de celda de una celda 20 individual. Cada celda 20 presenta unas paredes de celda compuestas por dos bandas polimericas diferentes. Las bandas 14 estan unidas entre si para formar un patron en panal de abeja a partir de la pluralidad de bandas. Por ejemplo, la banda exterior 22 y la banda interior 24 estan unidas entre si mediante juntas flsicas 16 que estan separadas regularmente a lo largo de la longitud de las bandas 22 y 24. Un par de bandas interiores 24 estan unidas entre si mediante juntas flsicas 32. Cada junta 32 esta entre dos juntas 16. Como resultado, cuando se estira la pluralidad de bandas 14 en una direccion perpendicular a las caras de las bandas, las bandas se curvan de manera sinusoidal para formar la geocelda 10. En el borde de la geocelda donde se encuentran los extremos de dos bandas polimericas 22, 24, se obtiene una soldadura 26 de extremo (tambien

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considerada una junta) a corta distancia del extremo 28 para formar una cola 30 corta que estabiliza las dos bandas polimericas 22, 24.

Las geoceldas de la presente divulgacion estan compuestas por bandas polimericas que presentan determinadas propiedades flsicas. En particular, la banda polimerica presenta una tension a la fluencia, o a deformacion del 12% cuando la banda polimerica no presenta llmite de fluencia, de 14,5 MPa o superior cuando se mide en la direction de la maquina (perpendicular al plano de uniones en la celda de geocelda) a una velocidad de deformacion del 20%/minuto o 150%/minuto. En otras formas de realization, la banda polimerica presenta una deformacion del 10% o inferior a una tension de 14,5 MPa, cuando se mide tal como se describe. En otras palabras, la banda polimerica puede resistir tensiones de 14 MPa o superior sin alcanzar su llmite de fluencia. Otros sinonimos para el llmite de fluencia incluyen la tension a la fluencia, el llmite elastico o el llmite plastico. Cuando la banda polimerica no presenta llmite de fluencia, la tension se considera a deformacion del 12%. Estas mediciones se refieren a las propiedades de traction de la banda polimerica en la direccion de la maquina, a 23°C, no a sus propiedades de flexion.

Puesto que muchas geoceldas estan perforadas, la medicion de la tension y la deformacion segun las normas ASTM D638 o ISO 527 generalmente es imposible. Por tanto, las mediciones se toman segun el siguiente procedimiento, que es una version modificada de dichas normas y se denomina en la presente memoria "el procedimiento de Izhar”. Se toma como muestra una banda de 50 mm de largo y 10 mm de ancho en la direccion paralela al nivel del suelo y perpendicular al plano de uniones de la celda (es decir en la direccion de la maquina). La banda esta pinzada de modo que la distancia entre las pinzas es de 30 mm. A continuation, se estira la banda alejando las pinzas entre si a una velocidad de 45 millmetros (mm) por minuto, lo que se traduce en una velocidad de deformacion del 150%/minuto, a 23°C. Se monitoriza la carga proporcionada por la banda en respuesta a dicha deformacion por una celda de carga. Se calcula la tension (N/mm2) a diferentes deformaciones (la deformacion es el aumento de longitud, dividido entre la longitud original). Se calcula la tension dividiendo la carga a deformacion especlfica entre la section transversal nominal original (la anchura de la banda multiplicada por el grosor de la banda). Puesto que la superficie de la banda de geocelda habitualmente esta texturizada, el grosor de la muestra se mide simplemente como la distancia de "pico a pico”, promediada entre tres puntos en la banda. (Por ejemplo, una banda, que presenta un rombo estampado en relieve como textura, y que presenta una

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distancia entre la textura superior del lado superior y la textura inferior del lado inferior de 1,5 mm, se considera como un grosor de 1,5 mm.) Esta velocidad de deformacion del 150%/minuto es mas relevante para pavimentos y vlas ferreas, donde cada ciclo de carga es muy corto.

En otras formas de realization, la banda polimerica puede caracterizarse por presentar:

una deformacion de como maximo el 1,9% a una tension de 8 MPa; una deformacion de como maximo el 3,7% a una tension de 10,8 MPa; una deformacion de como maximo el 5,5% a una tension de 12,5 MPa; una deformacion de como maximo el 7,5% a una tension de 13,7 MPa; una deformacion de como maximo el 10% a una tension de 14,5 MPa; una deformacion de como maximo el 11% a una tension de 15,2 MPa; y una deformacion de como maximo el 12,5% a una tension de 15,8 MPa.

La banda polimerica tambien puede presentar, opcionalmente, una deformacion de como maximo el 14% a una tension de 16,5 MPa; y/o una deformacion de como maximo el 17% a una tension de 17,3 MPa.

En otras formas de realizacion, la banda polimerica puede caracterizarse por presentar una tension de por lo menos 14,5 MPa a una deformacion del 12%; una tension de por lo menos 15,5 MPa a una deformacion del 12%; y/o una tension de por lo menos 16,5 MPa a una deformacion del 12%.

En otras formas de realizacion, la banda polimerica puede caracterizarse por presentar un modulo de almacenamiento de 500 MPa o superior a 23°C, medido en la direction de la maquina mediante un analisis mecanico dinamico (DMA) a una frecuencia de 1 Hz. Al igual con la medicion de tension de traction-deformation, el grosor para el analisis de DMA se toma como la distancia de "pico a pico”, promediada entre tres puntos. Las mediciones de DMA descritas en la presente divulgation se realizan segun la norma ASTM D4065.

En otras formas de realizacion, la banda polimerica puede caracterizarse por presentar un modulo de almacenamiento de 250 MPa o superior a 50°C, medido en la direccion de la maquina mediante un analisis mecanico dinamico (DMA) a una frecuencia de 1 Hz.

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En otras formas de realization, la banda polimerica puede caracterizarse por presentar un modulo de almacenamiento de 150 MPa o superior a 63°C, medido en la direction de la maquina mediante un analisis mecanico dinamico (DMA) a una frecuencia de 1 Hz.

En otras formas de realization, la banda polimerica puede caracterizarse por presentar una tangente de delta de 0,32 o inferior a 75°C, medida en la direction de la maquina mediante un analisis mecanico dinamico (DMA) a una frecuencia de 1 Hz. Estas propiedades nuevas son superiores a las propiedades de las geoceldas tlpicas de HDPE o MDPE.

El analisis mecanico dinamico (DMA) es una tecnica utilizada para estudiar y caracterizar la naturaleza viscoelastica de los pollmeros. Generalmente, se aplica una fuerza de oscilacion a una muestra de material y se mide el desplazamiento clclico resultante de la muestra frente a la carga clclica. Cuanto mayor sea la elasticidad, menor sera el intervalo de tiempo (fase) entre la carga y el desplazamiento. A partir de esto, puede determinarse la rigidez pura (modulo de almacenamiento) de la muestra, as! como el mecanismo de disipacion (modulo de perdida) y la razon entre ellos (tangente de delta). El DMA tambien se comenta en la norma ASTM. DMA es la tecnologla del estado de la tecnica cuando analiza (1) fenomenos que dependen del tiempo, tales como el corrimiento; o (2) fenomenos que dependen de la frecuencia, tales como la amortiguacion, la carga clclica o la fatiga, que son muy comunes en ingenierla del transporte.

Otro aspecto de la geocelda de la presente divulgation es su coeficiente de expansion termica (CTE) inferior en relation con HDPE o MDPE actual. El CTE es importante porque la expansion/contraccion durante el ciclado termico es otro mecanismo que tambien proporciona tensiones circulares adicionales. HDPE y MDPE presentan un CTE de aproximadamente 200*10"6/°C a temperatura ambiental (23°C), y este CTE es incluso superior a temperaturas mayores que la ambiental. La geocelda de la presente divulgation presenta un CTE de aproximadamente 150*10"6/°C o inferior a 23°C, y en formas de realization especlficas de aproximadamente 120*10"6/°C o inferior a 23°C cuando se mide segun la norma ASTM D696. El CTE de la geocelda de la presente divulgation presenta una tendencia inferior a aumentar a temperaturas elevadas.

Otro aspecto de la geocelda de la presente divulgacion es su tendencia de corrimiento inferior a carga constante. La tendencia de corrimiento inferior se mide segun la prueba de corrimiento acelerada mediante el metodo isotermico escalonado (SIM), tal como se

describe en la norma ASTM D6992. En este metodo, se somete una muestra polimerica a una carga constante segun un programa de temperatura escalonada (es decir, la temperatura se aumenta y se mantiene constante durante un periodo predefinido). Las etapas de temperatura elevada aceleran el corrimiento. La prueba del procedimiento de 5 SIM se aplica a una muestra de 100 mm de ancho y longitud neta de 50 mm (distancia entre pinzas). La muestra se carga mediante una carga estatica y se calienta segun un procedimiento que comprende las etapas siguientes:

Etapa

T Tiempo

Celsius horas

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23

0

1

30 3

2

37 3

3

44

3

4

51 3

5

58 3

6

65 3

7

72 3

10 Este procedimiento de SIM se denomina en la presente memoria "el procedimiento de SIM de PRS”. Se mide la deformacion plastica (aumento irreversible en la longitud, dividido entre la longitud inicial) al final del procedimiento. Se mide la deformacion plastica frente a diferentes cargas, y la carga que provoca una deformacion plastica del 10% o inferior se denomina la "carga de diseno a largo plazo”. La tension relacionada con 15 la carga de diseno a largo plazo (dicha carga, dividida entre (anchura original multiplicada por la original)) es la "tension de diseno a largo plazo” y proporciona la tension circular permitida que la geocelda puede tolerar durante un largo periodo de tiempo bajo una carga estatica.

20 Una geocelda de HDPE tlpica, cuando se somete al procedimiento de SIM de PRS, apenas puede proporcionar una tension de diseno a largo plazo de 2,2 MPa.

En algunas formas de realization, la banda polimerica segun la presente divulgation se caracteriza por una tension de diseno a largo plazo de 2,6 MPa o superior, incluyendo 25 una tension de diseno a largo plazo de 3 MPa o superior, o incluso de 4 MPa o superior.

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A diferencia de las geoceldas de HDPE, la geocelda de la presente divulgacion puede proporcionar propiedades significativamente mejores de hasta el 16% de deformacion y en algunas formas de realization de hasta el 22% de deformacion. En particular, la geocelda puede responder elasticamente a tensiones mayores de 14,5 MPa, proporcionando as! las propiedades requeridas para aplicaciones de soporte de carga. La respuesta elastica garantiza la recuperation completa a las dimensiones originales cuando se retire la carga. La geocelda proporcionara al relleno de una capacidad de soporte de carga superior y rebote aumentado para su diametro original bajo cargas repetidas (es decir, cargas clclicas). Ademas, la geocelda de la presente divulgacion puede utilizarse con materiales granulares que generalmente no pueden utilizarse en capas de asiento y subbases, tal como se describe adicionalmente en la presente memoria. La geocelda de la presente divulgacion tambien permite un soporte de carga y una resistencia a la fatiga mejores en condiciones humedas, especialmente cuando se utilizan materiales granulares granulados finos.

La banda polimerica puede incluir un pollmero de polietileno (PE), tal como HDPE, MDPE o LDPE, que se ha modificado tal como se describe adicionalmente a continuation.

La banda polimerica tambien puede incluir un pollmero de polipropileno (PP). Aunque la mayorla de los homopollmeros de PP son demasiado quebradizos y la mayorla de los copollmeros de PP son demasiado blandos para aplicaciones de soporte de carga, algunas calidades de pollmeros de PP son utiles. Dichos pollmeros de PP pueden ser lo suficiente rlgidos para la aplicacion de soporte de carga, aunque lo suficientemente blandos para que la geocelda pueda plegarse. Los pollmeros de polipropileno a modo de ejemplo aptos para la presente divulgacion incluyen copollmeros al azar de polipropileno, copollmeros de impacto de polipropileno, combinaciones de polipropileno con o bien un monomero de etileno-propileno-dieno (EPDM) o un elastomero basado en copollmero de etileno-alfa-olefina y copollmeros de bloque de polipropileno. Dichos pollmeros de PP estan disponibles comercialmente como R338-02N de Dow Chemical Company; copollmero de impacto de calidad PP 71 EK71 PS de SABIC Innovative Plastics; y copollmero al azar PP RA1E10 de SABIC Innovative Plastics. Los elastomeros basados en copollmero de etileno-alfa-olefina a modo de ejemplo incluyen los elastomeros Exact® fabricados por Exxon Mobil y los elastomeros Tafmerr® fabricados por Mitsui. Puesto que los pollmeros de PP son quebradizos a bajas temperaturas (inferiores a aproximadamente menos 20°C) y tienden al corrimiento bajo cargas estaticas o clclicas, las geoceldas de la presente divulgacion que incorporan PP pueden presentar menos

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soporte de carga y ser mas restringidas en cuanto a sus temperaturas de funcionamiento que las geoceldas de la presente divulgacion que incorporan HDPE.

Los pollmeros de PP y/o PE o cualquier otra composition polimerica segun la presente divulgacion se modifican generalmente, a traves de diversos aditivos y/o procedimientos de tratamiento, para lograr las propiedades flsicas requeridas. El tratamiento mas eficaz es el tratamiento tras la extrusion, o bien aguas abajo de la maquina de extrusion, o bien en un procedimiento separado despues. Habitualmente, los pollmeros de cristalinidad inferior, tales como LDPE, MDPE y algunos pollmeros de PP requeriran un procedimiento tras la extrusion tal como orientation, reticulation y/o recocido termico, mientras que los pollmeros de cristalinidad superior pueden extruirse como bandas y soldarse entre si para formar una geocelda sin necesidad de aplicar tratamiento tras la extrusion.

En algunas formas de realization, la banda polimerica comprende una combination (habitualmente como aleacion compatibilizada) de (i) un pollmero de alto rendimiento y (ii) un pollmero de polietileno o polipropileno. La combinacion es generalmente una combinacion inmiscible (una aleacion), en la que el pollmero de alto rendimiento se dispersa en una matriz formada por el pollmero de polietileno o polipropileno. Un pollmero de alto rendimiento es un pollmero que presenta (1) un modulo de almacenamiento de 1400 MPa o superior a 23°C, medido en la direction de la maquina mediante un analisis mecanico dinamico (DMA) a una frecuencia de 1 Hz segun la norma ASTM D4065; o (2) una resistencia mecanica a la traction final de por lo menos 25 MPa. Los pollmeros de alto rendimiento a modo de ejemplo incluyen resinas de poliamida, resinas de poliester y resinas de poliuretano. Los pollmeros de alto rendimiento particularmente aptos incluyen poli(tereftalato de etileno) (PET), poliamida 6, poliamida 66, poliamida 6/66, poliamida 12, y copollmeros de los mismos. El pollmero de alto rendimiento normalmente comprende desde aproximadamente el 5 hasta aproximadamente el 85 por ciento en peso de la banda polimerica. En particular formas de realizacion, el pollmero de alto rendimiento es desde aproximadamente el 5 hasta aproximadamente el 30 por ciento en peso de la banda polimerica, incluyendo desde aproximadamente el 7 hasta aproximadamente el 25 por ciento en peso.

Las propiedades de las bandas polimericas pueden modificarse o bien antes de la formacion de la geocelda (mediante la soldadura de las bandas) o bien despues de la formation de la geocelda. Las bandas polimericas se obtienen generalmente extruyendo una lamina de material polimerico y cortando bandas de dicha lamina de material

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polimerico, y la modification se realiza generalmente en la lamina para obtener eficacia. La modification puede realizarse en lmea con el procedimiento de extrusion, una vez que se ha dado forma a la masa fundida como una lamina y la lamina se enfha hasta una temperatura inferior a la temperatura de fusion, o como procedimiento secundario una vez que la lamina se separa del troquel de la extrusora. La modification puede realizarse tratando la lamina, las bandas y/o la geocelda mediante reticulation, cristalizacion, recocido, orientacion, y combinaciones de los mismos.

Por ejemplo, puede estirarse una lamina que presenta de 5 a 500 cm de ancho (es decir orientation) a un intervalo de temperatura de desde aproximadamente 25°C hasta aproximadamente 10°C por debajo de la temperatura de fusion (Tm) maxima de la resina polimerica utilizada para obtener la lamina. El procedimiento de orientation cambia la longitud de la banda, por lo que la banda puede aumentar en longitud desde el 2% hasta el 500% en relation con su longitud original. Tras el estiramiento, puede recocerse la lamina. El recocido puede realizarse a una temperatura que es de 2 a 60°C inferior a la temperatura de fusion (Tm) maxima de la resina polimerica utilizada para obtener la lamina. Por ejemplo, si se obtiene una lamina de HDPE, MDPE o PP, el estiramiento y/o el recocido se realiza a una temperatura de desde aproximadamente 24°C hasta 150°C. Si se somete a recocido una aleacion polimerica, la temperatura de recocido es de 2 a 60°C inferior a la temperatura de fusion (Tm) maxima de la fase de HDPE, MDPE o PP.

En algunas formas de realization espetificas, se estira una lamina o banda polimerica hasta aumentar su longitud en un 50% (es decir, de modo que la longitud final sea del 150% de la longitud original). El estiramiento se realiza a una temperatura de aproximadamente 100-125°C sobre la superficie de la lamina o banda polimerica. El grosor se reduce en del 10% al 20% debido al estiramiento.

En otras formas de realizacion, se reticula una lamina o banda polimerica mediante irradiation con un haz de electrones tras la extrusion o mediante la adicion de una fuente de radicales libres a la composicion polimerica antes de la fusion o durante el amasado en estado fundido en la extrusora.

En otras formas de realizacion, las propiedades requeridas para la geocelda pueden obtenerse proporcionando bandas polimericas de multiples capas. En algunas formas de realization, las bandas polimericas presentan por lo menos dos, tres, cuatro o cinco capas.

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En algunas formas de realization tal como se muestra en la figura 2, la banda polimerica 100 presenta por lo menos dos capas 110, 120, en la que dos de las capas estan compuestas por composiciones iguales o diferentes y por lo menos una capa esta compuesta por un pollmero de alto rendimiento o pollmero compuesto que presenta (1) modulo de almacenamiento de 1400 MPa o superior a 23°C, medido en la direction de la maquina mediante un analisis mecanico dinamico (DMA) a una frecuencia de 1 Hz segun la norma ASTM D4065; o (2) una resistencia mecanica a la traction final de por lo menos 25 MPa. En formas de realization, una capa comprende un pollmero de alto rendimiento y la otra capa comprende un pollmero de polietileno o polipropileno, que puede ser una combination o aleacion de un pollmero de polietileno o polipropileno con otros pollmeros, cargas, aditivos, fibras y elastomeros. Las resinas de alto rendimiento a modo de ejemplo incluyen poliamidas, poliesteres, poliuretanos; aleaciones de (1) poliamidas, poliesteres o poliuretanos con (2) LDPE, MDPE, HDPE o PP; y copollmeros, copollmeros de bloque, mezclas o combinaciones de dos cualquiera de los tres pollmeros (poliamidas, poliesteres, poliuretanos).

En otras formas de realization tal como se muestra en la figura 3, la banda polimerica 200 presenta cinco capas. Dos de las capas son capas exteriores 210, una capa es una capa de nucleo 230, y las dos capas intermedias 220 unen la capa de nucleo a cada capa exterior (es decir, de modo que las capas intermedias sirven como capas de conexion). Esta banda de cinco capas puede formarse mediante coextrusion.

En otras formas de realizacion, la banda polimerica 200 presenta solo tres capas. Dos de las capas son capas exteriores 210, y la tercera capa es la capa de nucleo 230. En esta realization, no estan presentes las capas intermedias 220. Esta banda de tres capas puede formarse mediante coextrusion.

Las capas exteriores pueden proporcionar resistencia frente a hidrolisis y degradation por luz ultravioleta, y presentan buena soldabilidad. La capa exterior puede estar compuesta por un pollmero seleccionado de entre el grupo que consiste en HDPE, MDPE, LDPE, polipropileno, combinaciones de los mismos, y aleaciones de los mismos con otros compuestos y pollmeros. Estos pollmeros pueden combinarse con elastomeros, especialmente EPDM y copollmeros de etileno-alfa-olefina. La capa de nucleo y/o exterior tambien pueden estar compuestas por aleaciones de (1) HDPE, MDPE, LDPE o PP con (2) una poliamida o poliester. Cada capa exterior puede presentar un grosor de desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 1500 micrometros (micras).

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Las capas intermedias (de conexion) pueden estar compuestas por copolimeros o terpollmeros de HDPE funcionalizados, copolimeros o terpollmeros de PP funcionalizados, un copollmero de etileno polar o un terpollmero de etileno polar. Generalmente, los copollmeros/terpollmeros de HDPE y PP contienen grupos laterales y/o grupos finales reactivos que permiten la formation de uniones qulmicas entre las capas intermedias (capas de conexion) y la capa exterior. Los grupos laterales reactivos a modo de ejemplo incluyen carboxilo, anhldrido, oxirano, amino, amido, ester, oxazolina, isocianato o combinaciones de los mismos. Cada capa intermedia puede presentar un grosor de desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 500 micrometros. Las resinas de capa intermedia a modo de ejemplo incluyen las resinas Lotader® fabricadas por Arkema y las resinas Elvaloy®, Fusabond® o Surlyn® fabricadas por DuPont.

La capa de nucleo y/o exterior pueden comprender un poliester y aleaciones del mismo con PE o PP, una poliamida y aleaciones de la misma con PE o PP, y combinaciones de poliester y poliamida y aleaciones de las mismas con PE o PP. Las poliamidas a modo de ejemplo incluyen poliamida 6, poliamida 66 y poliamida 12. Los poliesteres a modo de ejemplo incluyen poli(tereftalato de etileno) (PET) y poli(tereftalato de butileno) (PBT). La capa de nucleo y/o exterior pueden presentar un grosor comprendido entre aproximadamente 50 y aproximadamente 2000 micrometros.

En otras formas de realization tal como se muestra en la figura 4, la banda polimerica 300 presenta tres capas: una capa superior 310, una capa central 320 y una capa inferior 330. La capa superior es igual que la capa exterior descrita anteriormente; la capa central es igual que la capa intermedia descrita anteriormente; y la capa inferior es igual que la capa de nucleo descrita anteriormente.

Las geoceldas generalmente se estampan en relieve (se texturizan prensando la masa semisolida tras la extrusion contra un rodillo texturizado) para aumentar la friction con el relleno granular o con el suelo. Las geoceldas tambien puede perforarse para mejorar la friccion con el relleno granular y el drenaje de agua. Sin embargo, tanto el estampado en relieve como la perforation reducen la rigidez y la resistencia mecanica de la geocelda. Puesto que estas ayudas de friccion estan habitualmente presentes, es necesario proporcionar resistencia mecanica y rigidez potenciadas a la geocelda, alterando su morfologla y/o composition polimerica.

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La banda polimerica puede comprender ademas aditivos para lograr las propiedades flsicas requeridas. Tales aditivos pueden seleccionarse de, entre otros, agentes de nucleacion, cargas, fibras, nanopartlculas, estabilizadores frente a la luz con aminas impedidas (HALS), antioxidantes, absorbentes de luz UV y negro de carbono.

Las cargas pueden estar en forma de polvos, fibras o fibras cortas monocristalinas. Las cargas a modo de ejemplo incluyen un oxido de metal, tal como oxido de aluminio; un carbonato de metal, tal como carbonato de calcio, carbonato de magnesio o carbonato de calcio-magnesio; un sulfato de metal, tal como sulfato de calcio; un fosfato de metal; un silicato de metal (especialmente talco, caolln, mica o wollastonita; un borato de metal; un hidroxido de metal; una sllice; un silicato; un alumino-silicato; yeso; talco; dolomita; una fibra o fibra corta monocristalina organica o inorganica; un metal; partlculas inorganicas recubiertas con metal; arcilla; caolln; ceniza industrial; polvo de hormigon; cemento; o mezclas de los mismos. En algunas formas de realization, la carga presenta un tamano de partlcula promedio de menos de 10 micrometros, y en algunas formas de realizacion, tambien presenta una razon de aspecto mayor que uno. En formas de realizacion especlficas, la carga es mica, talco, caolln y/o wollastonita. En otras formas de realizacion, las fibras presentan un diametro inferior a 1 micrometro.

Pueden anadirse nanopartlculas a la composition polimerica para diversos fines. Por ejemplo, las nanopartlculas solidas inorganicas que absorben UV practicamente no presentan movilidad y por tanto son muy resistentes frente a la lixiviacion y/o la evaporation. Las nanopartlculas solidas que absorben UV tambien son transparentes en el espectro visible y se distribuyen muy uniformemente. Por tanto, proporcionan protection sin ninguna contribution al color o tono del pollmero. Las nanopartlculas que absorben UV a modo de ejemplo comprenden un material seleccionado de entre el grupo que consiste en sales de titanio, oxidos de titanio, oxidos de zinc, haluros de zinc y sales de zinc. En formas de realizacion particulares, las nanopartlculas que absorben UV son dioxido de titanio. Ejemplos de partlculas que absorben UV disponibles comercialmente son SACHTLEBEN™ Hombitec RM 130F TN, de Sachtleben, oxido de zinc ZANO™ de Umicore, oxido de zinc NanoZ™ de Advanced Nanotechnology Limited y oxido de zinc AdNano™ de Degussa.

Las bandas polimericas de las que esta formada la geocelda se obtienen mediante diversos procedimientos. Generalmente, el procedimiento comprende fundir una composicion polimerica, extruir la composicion a traves de un troquel de extrusora como

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una lamina fundida, formar y opcionalmente texturizar la lamina resultante, tratar la lamina segun sea necesario para obtener las propiedades deseadas, cortar la lamina para dar bandas, y soldar, coser, unir o remachar las bandas formadas a partir de la lamina entre si para dar una geocelda. En primer lugar, se amasan en estado fundido los diversos componentes, tales como las resinas polimericas y cualquier aditivo deseado, habitualmente en una extrusora o co-amasadora. Esto puede realizarse, por ejemplo, en una extrusora, tal como una extrusora de doble husillo o extrusora de un solo husillo con suficientes elementos de mezclado, lo que proporciona el calor y cizallamiento necesarios con degradation minima para el pollmero. La composition se amasa en estado fundido de modo que cualquier aditivo se dispersa completamente. A continuation, se extruye la composicion a traves de un troquel y se prensa entre calandrias de metal para dar una forma de lamina. Los tratamientos a modo de ejemplo proporcionados aguas abajo del troquel de extrusora incluyen texturizar la superficie de la lamina, perforar la lamina, orientation (unidireccional o bidireccional), irradiation con haz de electrones o rayos X y recocido termico. En algunas formas de realizacion, la lamina se trata con calor para aumentar la cristalinidad y para reducir las tensiones internas. En otras formas de realizacion, la lamina se trata para inducir reticulacion en la resina polimerica por medio de haz de electrones, rayos X, tratamiento con calor, y combinaciones de los mismos. Tambien se contemplan combinaciones de los tratamientos anteriores.

Pueden formarse bandas a partir de la lamina resultante y soldarse, coserse o unirse entre si para formar una geocelda. Tales metodos se conocen en la tecnica. La geocelda resultante pude conservar su rigidez bajo ciclos de carga sostenidos a lo largo de periodos prolongados de tiempo.

Las geoceldas de la presente divulgacion son utiles para aplicaciones de soporte de carga para las que no pueden utilizarse las geoceldas actuales. En particular, las presentes geoceldas tambien pueden utilizar materiales de relleno que normalmente no son aptos para aplicaciones de soporte de carga para capas de asiento, subbases y subsuelos

En particular, las geoceldas de la presente divulgation permiten la utilization de materiales para el relleno que anteriormente no eran aptos para su utilizacion en aplicaciones de soporte de carga, tales como capas de asiento y subbases, debido a su rigidez insuficiente y resistencia a la fatiga relativamente escasa (en los materiales granulares, la resistencia a la fatiga tambien se conoce como modulo de resiliencia). Los

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materiales de relleno granulares a modo de ejemplo que pueden utilizarse ahora incluyen desechos de cantera (la fraccion fina que queda tras la clasificacion de materiales granulares de buena calidad), hormigon triturado, asfalto reciclado, ladrillos triturados, escombros y residuos de construction, vidrio triturado, cenizas de central electrica, cenizas volantes, cenizas de carbon, escoria de alto horno de hierro, escoria de fabrication de cemento, escoria de acero, y mezclas de los mismos.

La presente divulgation se ilustrara adicionalmente en los siguientes ejemplos de trabajo no limitativos, entendiendose que se pretende que estos ejemplos sean unicamente ilustrativos y que no se pretende que la divulgacion se limite a los materiales, condiciones, parametros de procedimiento y similares citados en la presente memoria.

Ejemplos

Se obtuvieron algunas geoceldas y se sometieron a prueba para determinar su respuesta de tension-deformacion, propiedades de DMA y su impacto sobre la capacidad de soporte de material granular.

En general, las propiedades de tension de traction-deformation se midieron mediante el procedimiento de Izhar descrito anteriormente.

Se midio la carga a diferentes desviaciones o se tradujo en Newtons (N). La desviacion se mide o se traduce en millmetros (mm). La tension se calculo dividiendo la carga a una desviacion especlfica entre la reticulation original de la banda (anchura original multiplicada por grosor original, donde el grosor es la distancia de pico a pico nominal entre la cara superior y la cara inferior). La deformation (%) se calculo dividiendo la desviacion especlfica (mm) entre la longitud original (mm) y multiplicando por 100.

Ejemplo comparativo 1

Se obtuvo una geocelda compuesta por polietileno de alta densidad (HDPE) disponible comercialmente de Presto Geosystems (Wisconsin, EE.UU.) y se sometieron a prueba sus propiedades. El grosor promedio de la pared de celda fue de 1,5 mm y la banda presentaba una textura de rombo como celdas verticales. La geocelda no se perforo. Su respuesta de tension-deformacion segun el procedimiento de Izhar y se muestra en la tabla 1.

Tabla 1

Tension

7,874 10,499 12,336 13,386 13,911 14 14 14

(MPa)

Deformacion

2 4 6 8 10 12 14 16

(%)

5 A deformacion de aproximadamente el 8% y una tension de aproximadamente 13,4 MPa, el ejemplo comparativo comenzo a experimentar deformacion plastica intensa y realmente alcanzo su llmite de fluencia aproximadamente a una deformacion del 8%. En otras palabras, tras la liberation de tension, la muestra no recupero su longitud original, sino que se mantuvo mas larga permanentemente (deformaciones residuales 10 permanentes). Este fenomeno es indeseable para sistemas de confinamiento celular para aplicaciones de soporte de carga (especialmente los sometidos a muchos ciclos (10.0001.000.000 y mas ciclos durante el ciclo de vida del producto) y es el motivo para el escaso rendimiento de las geoceldas de HDPE como soportes de carga para pavimentos y vlas ferreas.

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Ejemplo 1

Se extruyo una banda de HDPE y se grabo en relieve para proporcionar una textura similar a la del ejemplo comparativo 1. La banda presentaba un grosor de 1,7 mm, y 20 entonces se estiro a una temperatura de 100°C (sobre la superficie de la banda) de modo que la longitud se aumento en el 50% y el grosor se redujo en el 25%. Se midio la respuesta de tension-deformacion de esta banda de HDPE segun el procedimiento de Izhar y se muestra en la tabla 2.

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Tabla 2

Tension (MPa)

8 10,8 12,5 13,7 14,5 15,2 15,8 16,5 17,3

Deformacion (%)

1,9 3,3 4,8 6 6,6 7,6 8,8 10,5 12

La banda del ejemplo 1 mantuvo una respuesta elastica hasta una deformacion del 12% sin un llmite de fluencia y sin alcanzar su llmite plastico y a tensiones mayores de 17

MPa. La recuperacion de las dimensiones iniciales, tras la liberation de la carga, fue proxima al 100%.

Ejemplo 2

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Se extruyo una composition de aleacion polimerica de alto rendimiento que comprendla el 12% en peso de poliamida 12, el 10% en peso de poli(tereftalato de butileno), el 5% de polietileno injertado con compatibilizador de anhldrido maleico (Bondyram® 5001 fabricado por Polyram) y el 73% de HDPE para formar una lamina texturizada de 1,5 mm 10 de grosor. Se midio la respuesta de tension-deformacion de una banda formada a partir de la composicion segun el procedimiento de Izhar y se muestra en la tabla 3.

Tabla 3

Tension

8 10,8 12,5 13,7 14,5 15,2 15,8 16,5 17,3

(MPa)

Deformacion

1,9 3,6 5,2 6,8 7,9 8,9 10 12 14

(%)

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La banda del ejemplo 2 mantuvo una respuesta elastica hasta una deformation del 14% y a tensiones mayores de 17 MPa, sin un llmite de fluencia y sin alcanzar su llmite plastico. La recuperacion de las dimensiones iniciales, tras la liberacion de la carga, fue proxima al 100%.

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La figura 5 es un grafico que muestra los resultados de tension-deformacion para el ejemplo comparativo 1, el ejemplo 1 y el ejemplo 2. Se ha anadido un punto adicional a (0,0) para cada resultado. Tal como puede observarse, el ejemplo 1 y el ejemplo 2 no presentaron un llmite de fluencia marcado y mantuvieron el aumento en la tension sin 25 fluencia hasta una deformacion del 12-14% a tensiones mayores de 17 MPa, mientras que el ejemplo comparativo 1 alcanzo su llmite de fluencia a una deformacion del 8-10% y una tension de aproximadamente 14 MPa. Esto se traduce en un mayor intervalo en que se mantiene una respuesta elastica. El hecho de que no se observara llmite de fluencia para el ejemplo 1 y el ejemplo 2 es importante cuando se esperan cargas clclicas 30 y la capacidad para volver a las dimensiones originales (y por tanto, el confinamiento de relleno maximo) es crucial.

La figura 6 es un grafico que muestra la diferencia entre el resultado de tension- deformacion del ejemplo comparativo 1 y una banda polimerica de la presente divulgacion que se caracteriza por presentar una deformacion de como maximo el 1,9% a una tension de 8 MPa; una deformacion de como maximo el 3,7% a una tension de 5 10,8 MPa; una deformacion de como maximo el 5,5% a una tension de 12,5 MPa; una

deformacion de como maximo el 7,5% a una tension de 13,7 MPa; una deformacion de como maximo el 10% a una tension de 14,5 MPa; una deformacion de como maximo el 11% a una tension de 15,2 MPa; una deformacion de como maximo el 12,5% a una tension de 15,8 MPa; una deformacion de como maximo el 14% a una tension de 16,5 10 MPa; y una deformacion de como maximo el 17% a una tension de 17,3 MPa. El area de la izquierda de la llnea discontinua define las combinaciones de tension-deformacion segun la presente divulgacion.

Ejemplo 3

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Se sometieron a prueba dos celdas para demostrar la mejora en el refuerzo del material granular y la capacidad de soporte de carga aumentada. Estas celdas eran una celda individual, no una geocelda completa. Como control, se utilizo una celda correspondiente al ejemplo comparativo. Para la comparacion, se obtuvo una celda a partir de una 20 composition segun el ejemplo 2, se texturizo y presento un grosor de 1,5 mm.

Las paredes de cada celda presentaban 10 cm de alto, 33 cm entre uniones, estaban grabadas en relieve, no perforadas y presentaban un grosor de 1,5 mm. La celda estaba abierta de modo que su "radio” largo era de aproximadamente 260 mm y su radio corto 25 era de aproximadamente 185 mm. Se lleno con arena una caja de arena de 800 mm de longitud y 800 mm de anchura hasta una profundidad de 20 mm. La distribution de gradation de arena se facilita en la tabla 4.

Tabla 4

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Apertura de tamiz (mm)

0,25 0,5 0,75 1 2 4

% de paso acumulativo

10-20 35-55 50-70 60-80 80-90 90-100

Se coloco la celda sobre la superficie de esta arena y se lleno con la misma arena. La celda expandida presentaba una forma aproximadamente eliptica, de aproximadamente 260 mm en el eje largo y aproximadamente 180 mm en el eje corto. A continuation, se coloco arena adicional en la caja de arena para rodear la celda y enterrar la celda de 5 modo que una capa superior de 25 mm cubriera la celda. Entonces se compacto la arena hasta una densidad relativa del 70%.

Se coloco un piston de 150 mm de diametro por encima del centro de la celda y se aumento la carga para proporcionar presion sobre la superficie de arena en incrementos 10 de 50 kPa (es decir, se aumento la presion cada 1 minuto en 50 KPa). Se midieron la desviacion (penetration del piston en la arena confinada) y la presion (carga vertical dividida entre el area del piston).

Se utilizo el piston sobre (1) arena solo; (2) una celda del ejemplo comparativo 1; y (3) 15 una celda del ejemplo 2. Los resultados se muestran en la tabla 5.

Tabla 5

Carga vertical (kPa)

100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

Desviacion en arena solo (mm)

1 2 3 >10 >15 >20 >20 >20 >20 >20

Desviacion con celda del ejemplo comparativo 1 (mm)

0,7 1,3 2 2,5 3 4 5 >10 >15 >20

Desviacion con celda del ejemplo comparativo 2 (mm)

0,6 1 1,1 1,7 2 2,5 2,9 4 5 7

20 La celda del ejemplo 2 continuo comportandose elasticamente a presiones mayores de 400 kPa, mientras que la celda del ejemplo comparativo 1 no. Debido a la fluencia de la pared de HDPE, se observo escaso confinamiento en la celda del ejemplo comparativo 1. El limite de fluencia para el ejemplo comparativo 1 fue a presion vertical de aproximadamente 250 KPa, y si se calcula la tension circular promedio (el diametro 25 promedio de celda es de 225 mm) a esa presion vertical, se obtiene un valor de

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aproximadamente 13,5 MPa. Este numero presenta una concordancia muy buena con los valores de llmite de fluencia obtenidos mediante las mediciones de traction de tension- deformacion segun el procedimiento de Izhar. Los resultados mostraron que habla una correlation fuerte y significativa entre la rigidez y la resistencia a la fluencia (capacidad para portar tensiones circulares mayores de 14 MPa) y la capacidad para soportar una gran carga vertical. Debe observarse que esta prueba solo proporciono una sola carga, mientras que en aplicaciones practicas la carga que va a soportarse es clclica. Como resultado, la resistencia a la deformation plastica es muy importante y no estaba presente en la celda del ejemplo comparativo 1.

La figura 7 es un grafico que muestra los resultados en la tabla 5. La diferencia en resistencia a la penetration (es decir, lo bien que la celda soporto la carga vertical) es muy clara.

Ejemplo 4

Se obtuvo una banda polimerica segun el ejemplo 2.

Como control, se proporciono una banda de HDPE de 1,5 mm de grosor segun el ejemplo comparativo 1.

A continuation, se analizaron las dos bandas mediante un analisis mecanico dinamico (DMA) a una frecuencia de 1 Hz segun la norma ASTM D4065. Se sometio a prueba la banda de HDPE de control a lo largo de un intervalo de temperatura de aproximadamente -150°C a aproximadamente 91°C. Se calento la banda de control a 5°C/min y se midieron la fuerza, el desplazamiento, el modulo de almacenamiento y la tangente de delta. Se sometio a prueba la banda polimerica del ejemplo 2 a lo largo de un intervalo de temperatura de aproximadamente -65°C a aproximadamente 120°C. Se calento la banda de control a 5°C/min y se midieron la fuerza, el desplazamiento, el modulo de almacenamiento y la tangente de delta.

La figura 8 es un grafico del modulo de almacenamiento (elastico) y la tangente de delta frente a la temperatura para la banda de HDPE de control.

La figura 9 es un grafico del modulo de almacenamiento (elastico) y la tangente de delta frente a la temperatura para la banda polimerica del ejemplo 2.

El modulo de almacenamiento del HDPE disminuyo mas rapidamente que el modulo de almacenamiento del ejemplo 2. El modulo de almacenamiento para la banda del ejemplo 2 fue casi tres veces superior al modulo de almacenamiento para la banda de HDPE a 23°C Para obtener el mismo modulo de almacenamiento que presentaba la banda de 5 HDPE a 23°C, la banda del ejemplo 2 tuvo que calentarse hasta casi 60°C, es decir la banda del ejemplo 2 mantuvo mejor su modulo de almacenamiento.

La tangente de delta para la banda de HDPE aumento exponencialmente partiendo de aproximadamente 75°C, lo que indica una perdida de elasticidad (es decir, el material se 10 vuelve demasiado plastico y no conservarla suficiente rigidez y elasticidad), de modo que la banda era viscosa y plastica. Esto no es deseable, ya que las geoceldas pueden calentarse aun cuando se coloquen de manera subterranea (tal como en una carretera). La tangente de delta para la banda del ejemplo 2 mantuvo sus propiedades a temperaturas de hasta 100°C. Esta propiedad es deseable ya que proporciona un factor 15 de seguridad adicional. Puesto que el rendimiento a temperaturas elevadas es un modo de predecir el rendimiento a largo plazo a temperaturas moderadas (tal como se describe en la norma ASTM D6992), el hecho de que HDPE comience a perder su elasticidad y por tanto su potencial de soporte de carga a aproximadamente 75°C en el plazo de segundos, proporciona cierta percepcion sobre su escasa resistencia al corrimiento y 20 tendencia a deformarse plasticamente. A diferencia de HDPE, la composition segun la presente divulgacion, mantiene su elasticidad (baja tangente de delta) a temperaturas muy altas, sugiriendo por tanto que presenta el potencial de conservar sus propiedades durante muchos anos y muchos ciclos de carga.

25 Ejemplo 5

Se sometieron a prueba tres bandas segun el procedimiento de SIM de PRS para determinar su tension de diseno a largo plazo (LTDS). Como control, se obtuvo una banda de HDPE segun el ejemplo comparativo 1. La primera banda de prueba fue una 30 obtenida segun el ejemplo 2. La segunda banda de prueba fue una obtenida segun el ejemplo 2, entonces se oriento a 115°C para aumentar su longitud original en el 40%). Los resultados se muestran en la tabla 6 a continuation.

Tabla 6

Geocelda

Ejemplo comparativo 1 Ejemplo 2 Ejemplo orientado 2

LTDS (MPa)

2,2 3 3,6

Tal como puede observarse en este caso, el ejemplo 2 y el ejemplo orientado 2 tuvieron 5 ambos LTDS superiores en comparacion con el ejemplo comparativo 1.

Aunque se han descrito formas de realization particulares, a los solicitantes u otros expertos en la materia pueden ocurrlrseles alternativas, modificaciones, variaciones, mejoras y equivalentes sustanciales que se preven o pueden preverse actualmente. Por 10 consiguiente, se pretende que las reivindicaciones adjuntas tal como se presentan y tal como pueden modificarse abarquen dichas alternativas, modificaciones variaciones, mejoras y equivalentes sustanciales.

Claims (13)

1. Geocelda formada por unas bandas polimericas, caracterizada por que por lo menos una banda polimerica presenta una tension de diseno a largo plazo de 2,6 MPa o 5 superior, siendo dicha tension de diseno a largo plazo la tension relacionada con la carga que provoca una deformacion plastica del 10% o inferior cuando se realiza una medicion en la que se aplica el metodo isotermico escalonado, SIM, descrito en la norma ASTM D6992 a una muestra de 100 mm de ancho y longitud neta de 50 mm, siendo sometida dicha muestra a una carga estatica y a un calentamiento escalonado con las etapas 10 siguientes:

Etapa

T Tiempo

Celsius horas

0

23

0

1

30 3

2

37 3

3

44

3

4

51 3

5

58 3

6

65 3

7

72 3

midiendose la deformacion plastica final frente a diferentes cargas.

2. Geocelda segun la reivindicacion 1, caracterizada por que dicha por lo menos una 15 banda polimerica presenta una tension de diseno a largo plazo de 3 MPa o superior,

cuando se realiza dicha medicion.

3. Geocelda segun la reivindicacion 1, caracterizada por que dicha por lo menos una banda polimerica presenta una tension de diseno a largo plazo de 4 MPa o superior,

20 cuando serealiza dicha medicion.

4. Geocelda segun la reivindicacion 1, caracterizada por que dicha por lo menos una banda polimerica presenta una tension a deformacion del 12% de 14,5 MPa o superior cuando se realiza una medicion de tension a 23°C en la que partiendo de una muestra de

25 una banda de 50 mm de largo y 10 mm de ancho paralela al nivel del suelo, que se encuentra pinzada de modo que la distancia entre las pinzas es de 30 mm, se estira la

5

10

15

20

25

30

35

muestra alejando las pinzas entre si a una velocidad de 45 millmetros por minuto, hasta conseguir dicha deformacion del 12%; y en la que dicha tension a deformacion del 12% se calcula dividiendo la carga proporcionada por la banda en respuesta a dicha deformacion entre una seccion transversal nominal que resulta de multiplicar la anchura de la banda por el grosor de la banda promediado en tres puntos.

5. Geocelda segun la reivindicacion 4, caracterizada por que dicha por lo menos una banda polimerica presenta una tension a deformacion del 12% de 16 MPa o superior cuando se realiza dicha medicion de tension a 23°C.

6. Geocelda segun la reivindicacion 4, caracterizada por que dicha por lo menos una banda polimerica presenta una tension a deformacion del 12% de 18 MPa o superior cuando se realiza dicha medicion de tension a 23°C.

7. Geocelda segun la reivindicacion 1, caracterizada por que dicha por lo menos una banda polimerica presenta un coeficiente de expansion termica de 120 x 10"6/°C o inferior a 25°C segun la norma ASTM D696.

8. Geocelda segun la reivindicacion 1, caracterizada por que presenta por lo menos una banda polimerica un modulo de almacenamiento de 500 MPa o superior cuando se mide en la direction de la maquina mediante un analisis mecanico dinamico (DMA) segun la norma ASTM D4065 a 23°C y a una frecuencia de 1 Hz.

9. Geocelda segun la reivindicacion 8, caracterizada por que dicha por lo menos una banda polimerica presenta un modulo de almacenamiento de 700 MPa o superior.

10. Geocelda segun la reivindicacion 8, caracterizada por que dicha por lo menos una banda polimerica presenta un modulo de almacenamiento de 1000 MPa o superior.

11. Geocelda segun la reivindicacion 1, caracterizada por que presenta por lo menos una banda polimerica un modulo de almacenamiento de 150 MPa o superior cuando se mide en la direccion de la maquina mediante un analisis mecanico dinamico (DMA) segun la norma ASTM D4065 a 63°C y a una frecuencia de 1 Hz.

12. Geocelda segun la reivindicacion 11, caracterizada por que dicha por lo menos una banda polimerica presenta un modulo de almacenamiento de 250 MPa o superior.

13. Geocelda segun la reivindicacion 11, caracterizada por que dicha por lo menos una banda polimerica presenta un modulo de almacenamiento de 400 MPa o superior.