MX2011007798A

MX2011007798A - Tejido geosintetico con capacidad de exudacion diferencial.

Info

Publication number: MX2011007798A
Application number: MX2011007798A
Authority: MX
Inventors: David M Jones; Wilson Harvie; Kevin King; Brett Albert Johns
Original assignee: Ynthetics North America Nicolon Corp Doing Business As Tencate Geos
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-11-18
Also published as: US7874767B2; US8070395B2; EP2382345A2; EP2382345A4; CA2651132C; CA2651132A1; BRPI1007258B1; US20110058897A1; BRPI1007258A2; WO2010085810A2; EP2382345B1; CO6420365A2; US20090245936A1; WO2010085810A3

Abstract

La presente invención está destinada a un tejido de exudación geosintético para transportar agua desde debajo de estructuras de pavimento para reducir o evitar el daño causado por las expansiones provocadas por heladas y deshielo. Además, la presente invención está destinada a un sistema de drenaje de exudación que emplea el tejido de exudación.

Description

TEJIDO GEOSINTÉTICO CON CAPACIDAD DE EXUDACIÓN DIFERENCIAL CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a tejidos planos. Más específicamente, la presente invención se refiere a tejidos planos geosintéticos y a estructuras de pavimento que emplean los mismos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La expansión por helada y la contracción por deshielo pueden provocar en las regiones norteñas daños en las estructuras de pavimento, tales como zonas de aparcamiento, carreteras, pistas de aterrizaje, etc. La formación de fisuras provocadas por el hielo en las estructuras de pavimento constituye un importante factor de daño, como se muestra en la FIGURA 1. Para que tenga lugar la formación de fisuras provocadas por el hielo, y por tanto la expansión por helada, se requieren tres elementos. Estos son: (1) suelo susceptible al hielo, (2) temperaturas por debajo de congelación y (3) agua. Con frecuencia, el agua se encuentra disponible a partir de la capa freática subterránea, infiltración, acuíferos de agua atrapada en las cavidades de suelos de grano fino. Retirando cualquiera de los tres elementos anteriores, se puede minimizar o eliminar tanto la expansión por helada como la contracción por deshielo.

Se han desarrollado técnicas para mitigar el daño sobre estructuras de pavimento provocado por la expansión por helada y la contracción por deshielo. Uno de dichos procedimientos implica la retirada de suelos susceptibles a heladas y la sustitución por suelos no susceptibles a heladas. El suelo no susceptible a heladas se coloca con un espesor apropiado para reducir la tensión en las capas de suelo susceptible a heladas por debajo de un nivel aceptable. Otros procedimientos incluyen el uso de un aislamiento para reducir la profundidad de la helada o del deshielo. En zonas en las que la retirada de suelos susceptibles a heladas y la reducción de la temperatura de sub-congelación resultan complicados y costosos, la retirada de agua puede dar lugar a ahorros en los costes de construcción mediante la reducción de la formación de fisuras provocadas por el hielo. Mediante la ruptura del conducto de flujo capilar, la acción de hielo puede ser menos intensa.

Una barrera capilar es una capa de suelo de grano grueso o geosintético en un suelo de grano fino que (i) reduce el flujo capilar en sentido ascendente del agua del suelo debido al gradiente de succión generado mediante la evaporación o congelación, y (o) (ii) reduce o evita que el agua se infiltre desde el suelo insaturado de poro fino superyacente hacia el interior del suelo que se encuentra por debajo de la barrera capilar. En el último caso, si la barrera de capilaridad se inclina, el agua de infiltración fluye en el suelo fino en sentido descendente a lo largo de la interfase con la barrera capilar. Se ha encontrado que las redes de drenaje geosintéticas (georedes) sirven como barreras capilares debido a su gran tamaño de poro. Parece que el rendimiento de los geotextiles no tejidos como barreras capilares se encuentra comprometido por la intrusión del suelo en su interior, disminuyendo el tamaño de poro y aumentando la afinidad del material por el agua. Además, según publicó Henry (1998), "The use of geosynthetics to mitígate frost heave in soils", disertación de doctorado, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Washington, Seattle, los geotextiles hidrófobos han resultado más eficaces a la hora de reducir la expansión por helada que los geotextiles hidrófilos.

Las barreras capilares anteriormente mencionadas pretenden cortar el flujo capilar de agua mediante la generación de una capa horizontal con una permeabilidad insaturada muy baja en condiciones de succión. Toda la estructura es permeable a la infiltración del agua de lluvia en sentido descendente. Este tipo de barrera capilar requiere que el espesor de barrera supere la altura de la elevación capilar del agua en ellas. Además, proporciona condiciones apropiadas para el flujo de vapor de agua debido a su elevada porosidad y comparativamente menores grados de saturación de equilibrio.

De este modo, es necesario un tejido plano geosintético con capacidad de exudación diferencial que reduzca o elimine la expansión por heladas en suelos. Por consiguiente, la presente invención está destinada a resolver esta y otras necesidades.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención está destinada a un tejido plano de geotextil de exudación. El tejido de exudación comprende una hebra polimérica dispuesta en un eje del tejido y una pluralidad de fibras de exudación dispuestas sustancialmente paralelas unas con respecto a otras y tejidas con la hebra polimérica en otro eje del tejido. La fibra de exudación comprende una sección transversal no redondeada y no ovalada y tiene un factor de superficie de aproximadamente 100 cc/g/h hasta alrededor de 250 cc/g/h. En un aspecto de la presente invención, la forma de la sección transversal de la fibra de exudación es de multi-conducto, trilobular o de almohada.

En otro aspecto de la presente invención, se divulga un sistema de drenaje de exudación. El sistema de drenaje de exudación comprende una capa de tejido de exudación dispuesta sobre una capa de suelo susceptible a heladas. La capa de suelo no susceptible de heladas está dispuesta sobre el tejido de exudación. De manera opcional, la capa de base para el asfalto de soporte y/o el hormigón se encuentra dispuesta sobre el suelo no susceptible a heladas. El sistema de drenaje de exudación puede además comprender una geomembrana impermeable hidrófoba dispuesta por debajo del tejido de exudación. Además, el tejido de exudación puede estar inclinado con respecto a capa freática de agua y/o a la capa de asfalto y/o hormigón que se encuentra soportada por el sistema de drenaje de exudación.

Además, en otro aspecto de la presente invención, un sistema de drenaje de exudación comprende una capa de tejido de exudación dispuesta sobre una primera capa de suelo susceptible a heladas. Una segunda capa de suelo susceptible a heladas se encuentra dispuesta sobre la capa de tejido de exudación. La capa de geotextil se encuentra dispuesta sobre la segunda capa de suelo susceptible a heladas. La capa de suelo no susceptible a heladas se encuentra dispuesta sobre la capa de geotextil. De manera opcional, una capa de base de asfalto de soporte u hormigón se encuentra dispuesta sobre el suelo no susceptible a heladas. La capa de geotextil puede ser otra capa de tejido de exudación.

Debe entenderse que la fraseología y terminología empleada en el presente documento son con el fin de describir y no deberían interpretarse como limitantes. Como tal, los expertos en la técnica apreciarán que la concepción, sobre la que está basada la presente divulgación, se puede usar de forma sencilla como base para designar otras estructuras, procedimientos y sistemas para llevar a cabo la presente invención. Por tanto, es importante, que se haga referencia a las reivindicaciones en el sentido de incluir dichas construcciones equivalentes en la medida en que no se alejen del espíritu y alcance de la presente invención.

Otras ventajas y capacidades de la invención resultarán evidentes a partir de la memoria descriptiva siguiente, tomadas junto con los dibujos adjuntos que muestran las realizaciones y aspectos de la presente invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención se comprenderá mejor y los objetivos anteriores así como otros objetivos distintos a los explicados anteriormente resultarán evidentes cuando se tienen en consideración la siguiente descripción detallada. Dicha descripción hace referencia a los dibujos adjuntos en los que: La FIGURA 1 muestra una ilustración de la formación de fisuras provocadas por el hielo en una estructura de pavimento; La FIGURA 2 muestra una ilustración de secciones transversales de fibra de exudación empleada en la presente invención; La FIGURA 3 muestra una ilustración de un sistema de drenaje de exudación de acuerdo con la presente invención; La FIGURA 4 muestra una ilustración de otro aspecto del sistema de drenaje de exudación de acuerdo con la presente invención; La FIGURA 5 muestra una ilustración de otro aspecto del sistema de drenaje de exudación de acuerdo con la presente invención; La FIGURA 6 muestra una ilustración de otro aspecto del sistema de drenaje de acuerdo con la presente invención; La FIGURA 7 muestra una gráfica que ilustra un análisis de tamiz de sedimento tomado de un túnel de permafrost CREEL; La FIGURA 8 muestra una gráfica que ilustra el análisis de tamiz de material D1 en Fairbanks; La FIGURA 9 muestra una gráfica que ilustra los resultados de ensayo de compactación para sedimentos de túnel de permafrost CREEL; La FIGURA 10 muestra una gráfica que ¡lustra los resultados de ensayo de compactación para material D1 Fairbanks con 10 % de finos; y La FIGURA 11 muestra una comparación de contenido de agua gravimétrica con respecto a succión matricial para material D1 Fairbanks.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención está destinada a un tejido plano de exudación que optimiza la tensión capilar sustancialmente en un único eje para mejorar la deshidratación alrededor de la zona protegida con tejido frente a los tejidos convencionales. Por ejemplo, la patente de EE.UU. N°. 6.152.653, que se incorpora completamente en el presente documento por referencia, divulga un drenaje de barrera capilar geocompuesto (GCBD) para desplazar agua desde la parte inferior del pavimento. El sistema GCBD emplea una capa de transporte, una barrera capilar y una capa separadora. De manera específica, la capa de transporte GCBD usa las propiedades capilares de un tejido de fibra de vidrio para desplaza agua fuera de la superficie pavimentada. De acuerdo con la presente invención, el nuevo tejido plano descrito anteriormente se puede incorporar al sistema GCBD sustituyendo al tejido de fibra de vidrio. Además, el nuevo tejido plano de la presente invención se puede emplear para sustituir el sistema GCBD.

De acuerdo con la presente invención, el tejido plano de geotextil de exudación comprende un hilo convencional o un filamento en un eje y una fibra de exudación tejida con el hilo o filamento en otro eje para formar el tejido. Por ejemplo, la fibra de exudación puede ser tejida para dar lugar al tejido de exudación bien en la dirección de urdimbre o bien en la de trama. La fibra de exudación presenta una sección transversal no redondeada o no ovalada con un factor de superficie entre aproximadamente ,5 y aproximadamente 3,3. En otro aspecto la fibra de exudación presenta un intervalo de flujo de aproximadamente 100 cc/g/h hasta aproximadamente 250 cc/g/h. En otro aspecto, la fibra de exudación mantiene al menos aproximadamente el 80 % de flujo hasta 60.000 pies-libra/pie3. Además, en otro aspecto la fibra de exudación mantiene la conductividad hidráulica insaturada en entornos que tienen saturaciones entre el 100 % y el 17 %. Como se ha indicado anteriormente, el tejido de la presente invención encuentra utilidad en aplicaciones de ingeniería civil. Los polímeros descritos anteriormente se pueden emplear para preparar el hilo o filamento convencional.

En un aspecto de la presente invención, el tejido de exudación tiene un área superficial específica de 3.650 cm2/g y una permeabilidad de 0,55 cm/s, que es equivalente a un caudal de 1.385 l/min/m2. Además, el tejido de exudación de la presente invención puede mantener una saturación en un ensayo de infiltración de agua tras ser expuesto a evaporación durante tres días.

El tejido de exudación de la presente invención puede tanto drenar el agua fuera del suelo, desde la parte inferior hasta la parte superior del suelo, cuando existe agua en exceso. Este aspecto de la invención proporciona un drenaje rápido de agua en los deshielos primaverales. Además, se puede emplear el tejido de exudación para reducir el contenido de humedad del suelo y mejorar la resistencia del suelo a cizalladura.

Fibras de exudación En un aspecto de la presente invención, se tejen las fibras de exudación, para dar lugar a un tejido de exudación, sustancialmente paralelas unas con respecto a otras. Como resultado de ello, se transporta un fluido, tal como agua, a lo largo de las fibras de exudación hasta la periferia del tejido plano de la presente invención. Es decir, las fibras de exudación mueven el fluido sustancialmente a lo largo un eje sencillo. Las fibras de exudación empleadas en la presente invención presentan un factor de superficie elevada menor que 1 ,5, en comparación con una fibra de sección transversal redondeada del mismo denier que tiene un factor de superficie elevada de 1 ,0. Dichas fibras de exudación generan una mayor acción capilar sobre las fibras de sección transversal redondeada del mismo denier. Se pueden emplear varios tipos de fibras en la presente invención y son como se ha descrito anteriormente.

La patente de EE.UU. N°. 5.200.248, que se incorpora completamente por referencia en el presente documento, divulga fibras poliméricas de conducto capilar que se pueden emplear en la presente invención. Dichas fibras almacenan y transportan líquido y presentan formas de sección transversal no redondeada que incluyen partes relativamente finas. Las formas de sección transversal son sustancialmente las mismas a lo largo de la longitud de la fibra. Además, estas fibras de conducto capilar pueden estar revestidas con materiales que proporcionan una tensión de adhesión con agua de al menos 25 dinas/cm.

La patente de EE.UU. N°. 5.268.229, que se incorpora completamente por referencia en el presente documento, divulga fibras que se pueden emplear en la presente invención. Estas fibras presentan formas de sección transversal no redondeada, específicamente secciones transversales con forma de "u" y ?" con componentes de estabilización. Además, estas fibras son fibras humectables de forma espontánea y presentan secciones transversales que son sustancialmente iguales a lo largo de la fibra.

La patente de EE.UU. N°. 5.977.429, que se incorpora completamente por referencia en el presente documento, divulga fibras que tienen forma de "H" deformada, de "Y" deformada, de "+" deformada, de "U" deformada y forma deformada de una fibra hilada que se denomina "4DG". Dichas fibras se pueden emplear en la presente invención.

La patente de EE.UU. N°. 6.103.376, que se incorpora completamente por referencia en el presente documento, divulga un haz de fibras sintéticas para transportar fluidos que se puede emplear en la presente invención. El haz comprende al menos dos fibras que cuando actúan como fibras individuales son transportadores pobres de fluidos, sin embargo cuando forman parte del haz las fibras proporcionan un haz que es un transportador eficaz de fluidos. Como se ha descrito, el haz presenta un volumen específico mayor que 4,0 centímetros cúbicos por gramo (cc/g), una anchura capilar media entre fibras de 25 a 400 micrómetros y una longitud mayor que un centímetro (cm). Al menos una de las dos fibras presente una sección transversal no redondeada, un Factor de Densidad de Fibra Sencilla mayor que 4,0, un Volumen Capilar Específico menor que 2,0 cc/g o un Área de Superficie Capilar Específica menor que 2000 cc/g, y más del 70 % de los conductos de intra-fibra tienen una anchura de conducto capilar mayor que 300 micrómetros.

Las fibras de exudación empleadas en la presente invención están fabricadas a partir de grupos principales susceptible de hilado en masa fundida. Estos grupos incluyen poliésteres, naílones, poliolefinas y ésteres de celulosa. Las fibras de poli(tereftalato de etileno) y de polipropileno resultan útiles en la presente invención al menos debido a su capacidad de fabricación y al amplio rango de aplicaciones. El denier de cada fibra se encuentra entre aproximadamente 15 y aproximadamente 250, o entre aproximadamente 30 y aproximadamente 170.

Además, se pueden formar las fibras de exudación a partir de otros polímeros que se contraen significativamente cuando se calientan, tales como poliestireno o poliestireno en forma de espuma. La etapa de contracción introduce la deformación en la fibra que aumenta el factor de deformación de intervalo grande (LRDF) y el factor de deformación de intervalo pequeño (SRDF). Los valores relativamente grandes de LRDF y/o SRDF de las fibras divulgadas en la patente de EE.UU. N°. 5.977.429 proporcionan su utilidad como productos absorbentes. La contracción tiene lugar en fibras poliméricas amorfas orientadas cuando éstas se calientan por encima de su valor de temperatura de transición vitrea. La contracción tiene lugar antes de o en ausencia de cristalización considerable.

Como se ha indicado anteriormente, las fibras de exudación de la presente invención pueden estar fabricadas de cualquier material polimérico que sea insoluble en el fluido que se pone en contacto con las estructuras de conducto capilar. Por ejemplo, el polímero usado puede ser un polímero termo-plástico, que se puede someter a extrusión y extracción por medio de un procedimiento de extrusión para conformar el producto final. Ejemplos de materiales poliméricos apropiados, además de poliéster, poliestireno y poliolefinas tales como polietileno y polipropileno, incluyen poliamidas, polímeros químicos a base de celulosa tales como viscosa y di- o tri-ace. También se pueden usar copolímeros y polímeros injertados. Un tipo de polímero termoplástico que se pueden emplear en la presente invención son los poliésteres y los co-polímeros de ácidos di-carboxílicos o sus ésteres y glicoles. Los compuestos de ácido di-carboxílico y éster usado en la producción de los co-polímeros de poliéster son bien conocidos por los expertos en la técnica. Incluyen ácido tereftálico, ácido ¡softálico, ácido ?,?'-difenildicarboxílico, ?,?'-dicarboxidifenil etano, ?,?'-dicarboxidifenil hexano, ?,?'-dicarboxidifenil éter, ?,?'-dicarboxidifenil etano y similares, y sus ésteres de dialquilo que contienen de 1 a aproximadamente 5 átomos de carbono en sus grupos alquilo.

Glicoles alifáticos útiles en la producción de poliésteres y copoliésteres son los glicoles alifáticos acrílicos y alicíclicos que tienen de 2 a 10 átomos de carbono, tales como etilenglicol, trimetilenglicol, tetrametilenglicol, pentametilenglicol decametilenglicol.

Además se contempla de manera adicional el uso de copolímeros y copolímeros injertados, terpolímeros, polímeros modificados químicamente y similares, que exhiben de forma permanente un elevado carácter hidrófilo superficial y que no requieren el uso de agentes de humectación, que se pueden lavar de la superficie de la estructura por contacto con fluidos. Polímeros modificados que pueden exhibir un carácter hidrófilo permanente incluyen polímeros químicos de celulosa tales como acetatos de celulosa. Además, se pueden incluir también pigmentos, deslustrantes o abrillantadores ópticos según los procedimientos conocidos y en las cantidades conocidas.

Un tipo de poliéster que se puede emplear en la presente invención es copoliéster de poli(tereftalnelato de etileno) modificado con glicol (pETG). El pETG apropiado se encuentra disponible en Eastman Chemical Products, Inc. (Kingsport, Tenn., EE.UU.), con el nombre comercial de KODAR TM 6763, con una temperatura de transición vitrea de aproximadamente 81 °C.

Otro factor que afecta a la elección del polímero es la flexibilidad frente a la modificación química de su superficie por aumento, por ejemplo, del carácter hidrófilo. De este modo, para las estructuras de conducto capilar que se pretende que absorban y/o transporten soluciones acuosas, puede resultar ventajoso usar un polímero basado en poliéster mejor que, por ejemplo, un polipropileno. No obstante, no significa que esta opción de selección limite en modo alguno el alcance de la invención. De igual forma, dependiendo del uso pretendido de las estructuras, puede resultar deseable que el material del polímero usado sea flexible a las temperaturas a las cuales se pretenden usar las estructuras. Debido a las paredes relativamente finas y a las bases de sus estructuras, se pueden usar polímeros de módulo relativamente elevado para fabricar estructuras que son por un lado flexibles y por otro suaves, y que de manera sorprendente conservan elevada resistencia al colapso. La flexibilidad depende de factores tales como el espesor y las dimensiones de las paredes del conducto capilar y de la base, así como del módulo de elasticidad. De este modo, la elección del polímero a este respecto se encontrará altamente sometida a las condiciones de uso y de temperatura pretendidas. La elección de dicho material de polímero apropiado está dentro de la capacidad de cualquier experto en la técnica.

Dependiendo del uso pretendido, las estructuras de conducto capilar pueden estar fabricadas a partir de polímeros que son bien hidrófilos o bien oleófilos, o que pueden tratarse para ser hidrófilos u oleófilos.

El carácter hidrófilo superficial de los polímeros usados para preparar las estructuras de conducto capilar de la presente invención se puede incrementar para preparar paredes de conducto capilar más susceptible de humectación frente al agua o a soluciones acuosas, mediante el tratamiento con tensioactivos u otros compuestos hidrófilos (en lo sucesivo, denominados de forma colectiva "agentes hidrofilizantes") conocidos por los expertos en la técnica. Los agentes hidrofilizantes incluyen agentes humectantes tales como poli(monolauratos de etilenglicol) (por ejemplo, PEGOSPERSE.TM. 200ML, un poli(monolaurato de etilenglicol) 200 disponible en Lonza, Inc., Williamsport, Pa., EE.UU), y alcoholes oleílicos etoxilados (por ejemplo, VOLPO.TM-3, disponible en Croda, Inc., New York, N.Y., EE.UU.). También se pueden usar otros tipos de agentes hidrofilizantes y técnicas, incluyendo aquellas bien conocidas por los expertos en la técnica de fibras y materiales textiles, para aumentar el rendimiento de exudación, mejorando las propiedades de liberación del suelo, etc. Estos incluyen, por ejemplo, el injertado superficial de poli(ácido acrílico). Agentes de hidrofilizantes disponibles comercialmente apropiados incluyen agente de liberación de suelo ZELCON.TM, un agente hidrófilo no iónico disponible en DuPont Co., Wilmington, Del. (EE.UU.) y acabado de confort Milease de T.TM disponible en ICI Americas, Inc., Wilmington, Del., EE.UU. Además, se pueden emplear ERGASURF, micro-perlas cerámicas y vinil pirrolidona como aditivos higroscópicos o hidrófilos.

Las estructuras de conducto capilar de las fibras de exudación tienen una base axial y al menos dos paredes que se extienden desde la base, en las que la base y las paredes definen al menos un conducto capilar. Determinadas fibras tienen al menos cinco paredes y al menos cuatro conductos capilares. Otras pueden tener al menos seis paredes y al menos cinco conductos capilares. No existe un número máximo teórico de conductos capilares que su estructura pueda tener, viniendo definido dicho número máximo de conductos capilares más por la necesidad de dichas estructuras y el carácter práctico de se fabricación. En un aspecto de la presente invención, los conductos capilares son sustancialmente paralelos unos con respecto a otros y con sección transversal abierta a lo largo de al menos aproximadamente el 20 % de su longitud, a lo largo de al menos aproximadamente el 50 % de su longitud y a lo largo de al menos el 90 % al 100 % de su longitud.

Las fibras de exudación de la presente invención proporcionan estructuras de conducto capilar flexibles y resistentes al colapso que comprenden una composición de polímero y que tienen al menos un conducto capilar intra-estructural, en el que las estructuras presentan una base axial y al menos dos paredes que se extienden desde la base, normalmente (pero no necesariamente) a lo largo de sustancialmente toda la longitud del elemento de base, de modo que el elemento de base y las paredes definen dicho conducto(s) capilar. En general, las paredes se deben extender desde la base a lo largo de una distancia en la dirección axial de la base durante al menos aproximadamente 0,2 cm. En otro aspecto de la presente invención, la paredes se extienden desde la base a lo largo de una distancia en la dirección axial de la base de al menos aproximadamente 1 ,0 cm. La longitud real de la estructura se encuentra limitada únicamente por motivos prácticos. Aunque sus estructuras de conducto capilar puedan tener un conducto capilar o una pluralidad de conductos capilares, por conveniencia, se usa el término plural "conductos" con la intención de hacer referencia al singular "conducto" en las estructuras que únicamente presentan un conducto o una pluralidad de conductos en estructuras que tienen más que un conducto. Las estructuras se caracterizan porque los conductos capilares son abiertos a lo largo de una longitud considerable de manera tal que se pueda recibir el fluido desde el exterior del conducto como resultado de dicha construcción abierta. En general, normalmente las estructuras presentan un Volumen Capilar Específico (SCV) de al menos aproximadamente 2,0 cc/g, al menos aproximadamente 2,5 cc/g o al menos aproximadamente 4,0 cc/g y un Área Superficial Capilar Específica (SCSA) de al menos aproximadamente 2000 cm2/g, al menos aproximadamente 3000 cm2/g o al menos aproximadamente 4000 cm2/g. Los procedimientos a usar para la medición de SCA y SCSA se proporcionan en al menos una de las patentes incorporadas anteriormente.

Las fibras de exudación de la presente invención presentan una composición superficial que es hidrófila, que puede ser inherente debido a la naturaleza del material usado para fabricarlas o se pueden fabricar mediante aplicación de acabados superficiales. Los acabados superficiales hidrófilos proporcionan estructuras que presentan un gran tensión de adhesión (es decir, que se atraen de forma intensa) con los líquidos acuosos y por tanto resultan preferidos para aplicaciones que implican líquidos acuosos tales como los divulgados a continuación para estructuras de adquisición temporal/distribución y estructuras permanentes de almacenaje. En un aspecto, la superficie hidrófila presenta una tensión de adhesión con agua destilada mayor que 25 dinas/cm, medida sobre una superficie lisa que tiene la misma composición y acabado que la superficie de la fibra. Algunos acabados/lubricantes útiles para proporcionar grandes tensiones de adhesión con líquidos acuosos se divulgan o se aportan a modo de referencia en la patente de EE.UU. N°. 5.611.981 , que se incorpora por completo a modo de referencia. Los acabados superficiales son bien conocidos en la técnica.

Como se ha mencionado anteriormente, las fibras de exudación presentan conductos sobre su superficie que pueden resultar útiles para distribuir o almacenar líquidos cuando la propia componente energética superficial existe sobre la superficie de las fibras, tal como cuando las fibras satisfacen la ecuación anterior relacionada con las fuerzas superficiales específicas. Las componentes energéticas superficiales determinan la tensión de adhesión entre la superficie y cualquier líquido que se encuentre en contacto con ella. Cuanto mayor sea la tensión de adhesión, más intensa es la fuerza de atracción el líquido y la superficie. La tensión de adhesión es un factor de las fuerzas de capilaridad que actúan sobre un líquido en un conducto. Otro factor que influye sobre las fuerzas capilares que actúan sobre un líquido en el interior de un conducto es la longitud del perímetro del conducto. Cuando la anchura del conducto es pequeña, las fuerzas capilares son relativamente intensas en comparación con la fuerza de la gravedad que actúa sobre el líquido, ya que la fuerza de la gravedad que actúa sobre el líquido en el interior del conducto es proporcional al área del conducto.

La FIGURA 2 ilustra secciones transversales de fibras de exudación de multi-conductos, tri-lobular y de tipo almohada que se pueden emplear en la presente invención. No obstante, según queda indicado en la patente mencionada anteriormente, se pueden emplear otras formas en la presente invención. El multi-conducto también se denomina forma "4DG".

En un aspecto de la presente invención, una tejido de exudación fabricado de nailon presenta una capacidad de humectación elevada similar a la de la fibra de vidrio. El tejido de exudación presenta un área superficial específica elevada de 3650 cm2/g y una elevada permeabilidad de 0,55 cm/s (equivalente a un caudal de 1385 l/min/m2).

Ligamentos Ligamentos que se pueden emplear en la presente invención incluyen, pero no se limitan a ligamentos de tafetán, cruzados, en 3D, raso, de satén, nido de abeja, gasa, cesta, oxford o panamá. La Figura 2 es una micro-fotografía de un tejido geosintético de la presente invención.

Sistema de drenaje de exudación En referencia a la FIGURA 3, de acuerdo con la presente invención, se dispone un sistema 10 de drenaje de exudación que comprende un tejido de exudación 20, una capa 30 de suelo no susceptible a heladas dispuesta sobre el tejido de exudación, un capa de base 40, tal como una base tratada de asfalto tratado sobre la capa de suelo 30. Se disponen asfalto y/o hormigón 50 sobre la capa de base 40. Se dispone el tejido de exudación 20 sobre el lecho 60 de suelo susceptible a heladas. Se eleva el lecho 60 de suelo susceptible a heladas por encima de capa freática para formar drenajes laterales 70 que faciliten el drenaje del agua. El espesor del lecho 60 de suelo susceptible a heladas es convencional. Por ejemplo, el lecho de suelo 60 puede estar 40 pulgadas por encima de la capa freática de agua. La capa 30 de suelo no susceptible a heladas, tal como el material D1 con un contenido de finos del 10 % descrito más adelante, debe ser un espesor suficiente para permitir el drenaje de agua desde la capa de base 40 hasta el tejido de exudación 20. En un aspecto de la presente invención, el espesor de la capa 30 de suelo no susceptible a heladas es de aproximadamente 13 pulgadas. No obstante, el espesor puede variar según sea necesario dependiendo de las condiciones del suelo.

En otro aspecto de la presente invención, el sistema de drenaje de exudación comprende una geomembrana hidrófoba impermeable (no mostrada) que se encuentra dispuesta por debajo del tejido de exudación 20. El tejido de exudación 20 permite que el agua del suelo superyacente pase a través del tejido de exudación 20 cuando el suelo superyacente se encuentra saturado y transporta agua lateralmente hasta los drenajes laterales 70. Cuando el suelo superyacente se encuentra saturado, el tejido de exudación puede absorber agua procedente del suelo insaturado superpuesto y transportarla hacia las direcciones laterales. La geomembrana hidrófoba impermeable puede repeler el agua y cortar por completo la elevación capilar del agua subterránea que se encuentra por debajo. En otro aspecto de la presente invención, la geomembrana puede ser un geotextil de válvula de una vía.

En un diseño alternativo, el sistema de drenaje de exudación comprende la configuración que se muestra en la FIGURAS 4-6. Cuando se instala en la estructura de pavimento, se desplaza el tejido de exudación 20 con una pendiente del 5-10 % de manera que el agua de infiltración fluya en profundidad. Además, no deberían existir pliegues que provocaran que el agua se acumule en la parte superior de la capa impermeable. La Figura 4 muestra el sistema 0 de drenaje de exudación de la FIGURA 3 con la configuración desplazada.

Como se muestra en la FIGURA 5, se emplea una segunda capa de tejido de exudación 20 en el sistema 10 de drenaje de exudación. Colocada entre las respectivas capas de tejidos de exudación 20 se encuentra la capa de suelo susceptible a heladas. En otro aspecto de la presente invención, tal y como se muestra en la Figura 6, el tejido de exudación 20 está colocado sobre una capa de suelo 60 susceptible a heladas. Además, se coloca otra capa de suelo 60 susceptible a heladas sobre el tejido de exudación 20. Se coloca una capa 80 de separación de geotextil sobre la segunda capa de suelo 60 susceptible a heladas y se coloca una capa de suelo 30 no susceptible a heladas sobre la capa 80 de separación de geotextil.

El efecto total del sistema de drenaje de exudación es cortar el flujo capilar ascendente de agua y drenar la mayoría de agua infiltrada fuera de la estructura de pavimento a través de la red de drenaje desplazada por medio del tejido de exudación. La fuerza que provoca el flujo de agua en la red de drenaje es la gravedad y las fuerzas que actúan sobre el flujo de agua en el tejido de exudación son la gravedad y la succión generada por la evaporación y la congelación.

EJEMPLOS Ejemplo 1 : Análisis de tamiz y curvas de graduación para dos suelos típicos de Alaska Se recogieron dos suelos típicos empleados en pavimentos de Alaska. Estos suelos fueron sedimentos Fairbanks obtenidos del conducto de permafrost CREEL y material D1 obtenido de University Ready Mix Company. El sedimento es un suelo susceptible a heladas y normalmente se usa como capa de cimentación para los pavimentos en Alaska. Se tamizó el sedimento procedente de conducto de permafrost CREEL para retirar el material orgánico. Se llevó a cabo un análisis de tamiz del sedimento que se muestra en la FIGURA 7.

El material D1 fue material típico no susceptible a heladas que se emplea normalmente como capa de base en los pavimentos en Alaska. Para adquirir la calificación de material D1 , el contenido de finos debe ser inferior al 4 %. En este ejemplo, se llevó a cabo el análisis de tamiz del material D1 Fairbanks y se añadieron finos con un tamaño de grano menor que 0,075 mm para preparar un nuevo material susceptible a heladas con un contenido de finos del 10 %. Las curvas de gradación para los materiales originales y para los D1 fabricados se muestran en la FIGURA 8. Ejemplo 2: Ensayos de compactación proctor modificado Se compactaron los sedimentos Fairbanks y el material D1 con un contenido en finos del 10 % de acuerdo con ASTM D1557 con el fin de simular el procedimiento de compactación en el campo. Las FIGURAS 9 y 10 muestran los resultados del ensayo de compactación.

Ejemplo 3: Curva característica de agua en suelo Se usaron los ensayos de placa de presión de acuerdo con ASTM D2325-68 para obtener la curva característica de retención de agua en el intervalo de 0 a 1500 kPa. Se usaron los ensayos de concentración de sal para medir la curva característica de agua en suelo para valores de succión mayores que 1.500 kPa. La FIGURA 11 muestra los resultados del ensayo para material D1 Fairbanks.

Ejemplo 4: Ensayos en columna de suelo Se construyeron cilindros usando el material D-1 con el 10% de finos y un contenido óptimo de humedad. Se compactaron los cilindros en cinco capas, de 51 impactos cada una. Se colocaron los materiales geosintéticos por encima de la segunda capa. Se prepararon 13 cilindros diferentes sometiendo a ensayo 5 materiales geosintéticos diferentes ((Tejido de exudación de nailon, Tejido de vidrio, cartón HP570, FW402 y HIPS). Se prepararon 5 cilindros, siendo el material geosintético del mismo tamaño que el cilindro, y se prepararon los 5 cilindros con el material geosintético apropiado experimentando profusión hacia afuera, con el fin de comprender los efectos y ventajas de las capacidades de drenaje para cada material geosintético. Se colocó una membrana alrededor de cada cilindro con el fin de retener la humedad en el interior del cilindro. Se establecieron baños para permitir la infiltración de agua a partir de la parte inferior del cilindro. Se midió la evaporación en la habitación en la que se pusieron los baños, llenando un vaso de agua al completo y midiendo el peso del vaso de agua cada día durante una semana. Se añadió agua a los baños de agua a lo largo de la semana.

Ejemplo 5: Ensayo de incremento capilar de laboratorio y curvas características de agua en suelo para diferentes materiales geosintéticos Se sometió a ensayo el comportamiento de seis materiales geosintéticos diferentes, en tres puntos diferentes de los sistemas de pavimento, a través de dos grupos de ensayos de incremento capilar de laboratorio. Las tres ubicaciones se encuentran en la capa de base, entre la capa de base y la capa de cimentación. Se usaron el material D1 con un contenido de finos del 10 % y sedimento de Fairbanks para representar la capa de base y la capa de cimentación de la estructura de pavimento, respectivamente. En el primer grupo de ensayos, se envolvieron en la membrana todos los materiales geosintéticos, lo que se denominó posteriormente en la discusión como "no drenaje". En el segundo grupo de ensayos, únicamente se envolvieron las mitades superior e inferior de las muestras de suelo en la membrana, al tiempo que las muestras de materiales geosintéticos presentaron un tamaño mayor (aproximadamente 6 pulgadas de diámetro) y se expusieron parcialmente al aire para aumentar la evaporación, lo que se denominó posteriormente en la discusión como "con drenaje". Se sometieron a ensayo seis materiales geosintéticos diferentes y se llevaron a cabo 36 ensayos totales para tres localizaciones diferentes. Para cada ubicación, se incluyó un ensayo de suelo de referencia, seis columnas de suelo con materiales geosintéticos en el interior pero sin drenaje y seis columnas de suelo con materiales geosintéticos en el interior y con drenaje. La finalidad de los dos grupos de ensayo fue (1) investigar si los materiales geosintéticos podían cortar el incremento capilar, e (2) investigar la influencia de la evaporación sobre la distribución del contenido de agua de la estructura de pavimento. Se usó el primer grupo de ensayos para simular el material geosintético en el centro de la estructura de pavimento, mientras que el segundo grupo de ensayos se usó para simular el comportamiento en el borde de la estructura de pavimento. Para cada grupo de ensayos, había también una columna de suelo de referencia sin material geosintético en el interior. Las muestras de materiales geosintético usadas en los ensayos, en las que las muestras 1 a 6 fueron materiales compuestos de drenaje de las series Mirafi® FW402 y Mirafi® Serie G, tejido de vidrio, Mirafi® HP570, tejido de exudación de nailon Mirafi e Imp, respectivamente.

Se compactaron las muestras en tres capas, de 25 impactos cada una. Se compactaron un total de veinte y seis muestras. Cada una era de 4,5 pulgadas de altura. Tras fabricar las muestras, se colocó una barrera capilar en la parte superior de la muestra. Se colocó otra muestra en la parte superior de la barrera capilar. Se colocó una membrana de plástico alrededor de cada muestra para el control de humedad. Se selló la parte superior de las muestras de sedimentos que se colocaron en la parte superior de las barreras capilares para eliminar la evaporación. Se preparó un total de 13 columnas de suelo. Posteriormente, se colocaron las columnas de suelo en una vasija y se añadió agua periódicamente al interior de la vasija para mantener una altura de aproximadamente 0,5 pulgadas con el fin de mojar el suelo desde la parte inferior. Trascurridas dos semanas, se sacaron las muestras fueras de los baños de agua con el fin de medir el contenido de humedad a varias alturas. Se separaron las muestras y se retiró la barrera capilar. Se usó una regla para medir la anchura apropiada de cada sección. La anchura de cada sección fue de 1 ,5 pulgadas. Se cortaron tanto la parte superior como la parte inferior de las muestras en tres secciones iguales. Se uso un cuchillo para cortar cada sección. Una vez se hubo retirado cada sección, se pesó en una escala el tipo de barrera capilar, se registró la altura de sección y se colocó la sección en una vasija que correspondía a esa muestra particular. Esto se hizo para cada muestra. Posteriormente, se colocaron las vasijas en el horno y se pesaron de nuevo 24 horas después con el fin de obtener los pesos secos.

Ejemplo 6: Ensayo de concentración de sal y ensayo de placa de presión Se usaron ensayos de concentración de sal para medir la curva característica de agua en suelo para valores de succión mayores que 1.500 kPa. Las muestras 2 y 3 muestran curvas razonables como se muestra en las Figs. 44 y 45, pero la curva de la muestra 5 presenta un pequeño extraño como se muestra en la Fig. 46. Por este motivo, los resultados se están actualmente rehaciendo. Los resultados pueden estar condicionados por diversos aspectos. El primero de ellos es la manipulación de los materiales. Aunque se usaron guantes y se adoptaron precauciones para evitar que la humedad se escapara de la barrera capilar, esto pudo ser una fuente de error. Esto puede contribuir a los valores extremadamente reducidos de contenido de humedad encontrados. Otro motivo puede ser que se perdieran los niveles de concentración de sal en el interior de los recipientes de ensayo. Un motivo para ello puede ser que la cinta de lona que se usó no experimentó adhesión al recipiente de vidrio tan bien como cabía esperar. Los resultados de los ensayos siguientes deberían resultar útiles para determinar donde se encontraba la fuente de error.

Se usaron las ensayos de placa de presión de acuerdo con ASTM D2325-68 para obtener la curva característica de retención de agua en el intervalo de 0 a 1500 kPa. Actualmente se están recogiendo los datos para el ensayo de placa de presión. Una vez recogidos los datos, será preciso secar las muestras con el fin de determinar el peso seco que se usa para determinar el contenido de humedad. Una vez determinados los contenidos de humedad, se saturaron las muestras y se pusieron de nuevo en el aparato de placa de presión a diferente succión.

Ejemplo 7: Configuración de la sección de pavimento Se llevaron a cabo simulaciones numéricas preliminares del rendimiento del tejido de exudación en suelos expansivos, asumiendo las propiedades materiales del tejido de exudación. La Fig. 47 muestra un ejemplo de una configuración típica de la sección de pavimento estudiada y también se muestran las condiciones mecánicas de frontera.

En el ejemplo, el espesor de la losa de hormigón fue de 0,25 metros (10 pulgadas). Los hormigones de prepararon con áridos de grava de Victoria, Texas, con una proporción de agua-cemento de 0,45 (w/cm). El hormigón presentó un módulo de Young de E = 2 x 107 kPa, una proporción de Poison v = 0,15 y una conductividad hidráulica de K = 1x10"12 m/s. Debido a la simetría de la estructura del pavimento, se escogió un anchura de 5 metros (16,4 pies). Se mantuvo constante la succión a una profundidad de 6,0 m y se supuso que era igual a 10 kPa, que se encuentra justo por encima de la capa freática de agua.

Se supuso que la succión en la superficie del suelo fue de 1000 kPa para la primera aproximación. Para los lados izquierdo y derecho de la estructura, se permitieron únicamente desplazamientos verticales debido a al simetría.

Ejemplo 8: Simulación de la interacción suelo-estructura Se usaron elementos con unión mecánica (contacto) y acoplamiento térmico en ABAQUS/Standard (2002) para simular la interacción en la interfase suelo-losa de hormigón. El lado superior del elemento de contacto es la superficie de la parte inferior de la losa de hormigón y el lado inferior es la superficie del suelo sobre el que descansa la losa de hormigón. Se asigna la cara de la parte inferior de la losa de hormigón como la superficie maestra y la superficie del suelo se asigna como la superficie de subordinada. Concretamente, el hormigón puede penetrar en el suelo, mientras que el suelo no puede penetrar en el hormigón (ABAQUS/Standard 2002).

Se usó la relación de contacto "duro" en ABAQUS para simular el comportamiento normal en la ¡nterfase suelo-losa. Durante la simulación, el programa calcula el espesor de los elementos de contacto en la dirección normal con respecto a la ¡nterfase suelo-estructura. Cuando el suelo y la base de la losa se encuentran en contacto (el espesor del elemento de contacto es cero), se puede transferir cualquier carga compresiva desde la losa al suelo. Cuando el suelo y la base de la losa no están en contacto (el espesor del elemento de contacto es mayor que cero), no se puede transferir carga desde la losa al suelo.

Se usa el modelo de fricción de Coulomb para simular el comportamiento tangencial de la interacción de la estructura del suelo, en el que las dos superficies de contacto pueden compartir tensiones hasta una determinada magnitud a través de sus interfases, antes de comenzar a experimentar deslizamiento relativo una con respecto a otra.

También se supone que no se permite el flujo de agua a través de la ¡nterfase suelo-losa. Esta condición se lleva a cabo definiendo una "conductancia de interespacio" muy baja entre los elementos unidos. Se supone que la conductancia de interespacio de los elementos de contacto es de 10"30 S"1, cuando la losa y el suelo se encuentran en contacto uno con respecto a otro. Se supone que la conductancia de interespacio de los elementos de contacto es 0 cuando la losa y el suelo se encuentran separados.

Ejemplo 9: Discusión de los resultados de simulación Se instaló el tejido de exudación a una profundidad de 1 ,0 m bajo la losa de hormigón. Se supuso que el tejido de exudación estaba a una compresión elevada con un factor de densidad de 1. Presentaba una capacidad de transporte de agua a un caudal de 1 ,48 galones/hora/yarda. Esto corresponde a una capacidad de permeabilidad horizontal de 2 x 10~3 m/s (para un tejido de exudación con un espesor de 1 mm, la transmisividad es de 2x10"6 m2/s). Se consideraron tres tejidos de exudación como se muestra a continuación: 1. La capacidad del tejido de exudación para transportar agua está limitada de forma que el tejido de exudación trabaja como refuerzo únicamente como geotextil. Este caso se denomina "únicamente de refuerzo" en las discusiones siguientes; 2. El tejido de exudación es altamente permeable en todas las direcciones. Este caso es denominado como "tejido de exudación de capa sencilla" en las discusiones siguientes, y 3. El tejido de exudación es altamente permeable en la dirección hacia fuera del pavimento únicamente e impermeable en las otras dos direcciones. Este caso es denominado como "tejido de exudación con capa impermeable" en las discusiones siguientes. Se usó para simular el cuadro de drenaje de exudación propuesto en el informe de progreso anterior.

Se consideraron dos condiciones diferentes. Una es que la losa de hormigón está integrada y no existe fuga alguna desde la losa hacia la capa de cimentación, y la otra es que existía una fuga en el centro de la losa, que provocó la succión dentro del intervalo de 1 ,0 metro por debajo de la línea central fuera igual a 10 kPa (capacidad de campo).

Con el fin de investigar la influencia del tejido de exudación sobre el comportamiento de la estructura del pavimento, se consideraron también las condiciones cuando no hay inclusión de tejido de exudación. Como se muestra en la Tabla 3, se consideraron un total de ocho simulaciones.

Tabla 3 SUMARIO DE LA SIMULACIÓN NUMÉRICA Se llevaron a cabo simulaciones en condiciones de estado estacionario. Se usaron dos parámetros para evaluar el comportamiento de la estructura de pavimento. El primero fue la "longitud de losa no soportada", que es la longitud de losa que no se encontraba soportada por los suelos de la capa de cimentación. Este parámetro se encuentra relacionado con los asientos diferenciales provocados por los suelos expansivos en determinadas condiciones meteorológicas.

El segundo parámetro fue las tensiones de Von Mises. La tensión de Von Mises es una tensión invariante usada en criterios de campo. Se calcula de forma independiente del sistema de referencia coordinado, no lleva información sobre la tensión direccional tal como las tensiones normal y de cizalladura, pero lleva suficiente información para identificar punto críticos cuando se produce el fallo. Cuanto mayores sean la tensiones de Von Mises, mayor es la posibilidad de daño.

En la simulación de la estructura de pavimento construida sobre suelos expansivos sin tejido de exudación y sin fuga, el suelo expansivo que se encuentra por debajo de los pavimentos de hormigón se cubre con la losa de hormigón de manera que no exista evaporación de agua mientras que el suelo que queda fuera de la losa de hormigón está sujeto a evaporación. Como resultado de ello, el suelo que se encuentra debajo de la losa de hormigón presenta valores de succión menores, que corresponden a contenidos de humedad más elevados. Mientras, el suelo que queda fuera de la losa presenta succiones mayores y contenidos de humead más reducidos (secado). La diferencia en el contenido de humedad se debe a que el cubrimiento de la losa de hormigón puede provocar diferentes asientos de gran intensidad. El suelo en el borde de los pavimentos de hormigón se contrae más que el suelo que se encuentra debajo de la losa, lo que provoca un fenómeno denominado "rotación de borde" o caso de "caída de borde". El asiento diferencial puede ser tan grande que parte de la losa de hormigón pierda soporte por parte del suelo de la capa de cimentación y provoque un voladizo en la losa de hormigón. Esto causa momentos de flexión muy grandes en la losa de hormigón, lo que puede provocar daño a la propia losa. Para este caso, la tensión máxima de Von Mises es de 2399 kPa, que tiene lugar en el centro de la losa. Como se muestra en la Tabla 3, la losa y el suelo se encuentran separados en el borde de la losa y la longitud de separación es de 1 ,1 m para una losa de hormigón de 5,0 m.

Caso 2: Sin tejido de exudación, con fuga En la simulación de la estructura de pavimento construida sobre suelos expansivos con fuga y sin tejido de exudación, existe una fuga por debajo del centro de la losa, que hace que el suelo se encuentre más mojado que en el caso anterior. Fuera de la losa, el suelo se encontraba seco debido a la evaporación. Como resultado de ello, los movimientos diferenciales son mayores que en el caso previo. La longitud de la losa no soportada es de aproximadamente 1 ,4 m y la tensión máxima de Von Mises es 3597 kPa, aproximadamente un 50 % mayor que en el caso previo. En resumen, la fuga en la estructura de pavimento provoca asientos diferenciales mucho más intensos y existe una mayor probabilidad de daño sobre la estructura de pavimento. Se usaron los casos 1 y 2 como referencias para demostrar la influencia del tejido de exudación sobre el comportamiento de la estructura de pavimento.

Caso 3: Con refuerzo de geotextil, sin fuga En este caso, se incluyó un geotextil en la estructura de pavimento a una profundidad de 1 ,0 por debajo del pavimento de hormigón. Se supuso que le geotextil presentaba la misma permeabilidad que los suelos ya que es relativamente fino. Se supuso un valor de su módulo de Young de 200.000 kPa, que es mucho más intenso que el de suelos expansivos. En la simulación de la estructura de pavimento construida sobre suelos expansivos con refuerzo de geotextil y sin fuga, la inclusión del refuerzo de geotextil no ejerció influencia alguna sobre la distribución de la succión. Aunque la longitud de la losa no soportada era de 1 ,1 m (la misma que para el caso 1), la tensión máxima Von Mises fue de 2668 kPa, un 11 % mayor que cuando no existe refuerzo. Este caso indica que la inclusión de un refuerzo no provoca beneficio alguno para la estructura de pavimento para el asiento diferencial provocado por suelos expansivos.

Caso 4: Con refuerzo de geotextil, con fuga En este caso, existe una fuga debajo del centro de la losa de hormigón. Como resultado de ello, la succión fue de 10 kPa en el intervalo de 1 ,0 m por debajo de la losa de hormigón. Justo como en el caso 2, la fuga aumenta sustancialmente los asientos diferenciales en el suelo de la capa de cimentación. Como resultado de ello, la longitud de la losa no soportada es de 1 ,4 m y la tensión máxima de Von Mises es de 3600 kPa, que son básicamente las mismas que en el caso 2. De nuevo, este caso indica que la inclusión de un refuerzo de geotextil no reduce los asientos diferenciales provocados por los suelos expansivos.

Caso 5: Con una capa sencilla de tejido de exudación, sin fuga Se usó este caso para simular el caso en el que se instala el tejido de exudación en una estructura de pavimento. En la simulación de la estructura de pavimento construida sobre suelos expansivos con una capa sencilla de tejido de exudación y sin fuga, debido a la elevada capacidad del tejido de exudación para transportar agua, el tejido de exudación aumenta sustancialmente la succión bajo la losa de hormigón y la distribución de succión en la estructura de pavimento se encuentra distribuida de manera más uniforme con la profundidad. Como resultado de ello, es asiento diferencial en la estructura de pavimento es muy pequeño.

La longitud de la losa no soportada es únicamente de 0,162 m, que se encuentra principalmente limitado a un intervalo muy pequeño próximo al borde de la losa. Debido al hecho de que la mayoría de la losa descansa sobre los suelos de la capa de cimentación y la diferencia de succión por debajo de la losa es pequeña, la tensión en la losa es pequeña (si los asientos diferenciales son cero, la tensión en la losa será la más pequeña).

La tensión máxima de Von Mises es únicamente de 517,5 kPa, menos del 22 % de la tensión máxima de Von Mises para el caso 1 en el que no existe tejido de exudación. Este caso indica que la inclusión del tejido de exudación puede mejorar de forma significativa el comportamiento del pavimento y es mucho menos probable que el pavimento se vea dañado en comparación con el caso 1.

Caso 6: Con capa sencilla de tejido de exudación, con fuga La diferencia entre los casos 6 y 5 es que existe una fuga por debajo de la línea central de la losa de hormigón. Debido a la fuga, el suelo que está debajo de la línea central de la losa se encuentra muy húmedo con una succión de 10 kPa, mientras que la parte exterior permanece en 1000 kPa. La diferencia de succión es grande. Como resultado de ello, los asientos diferenciales son muy grandes. La fuga no sólo causa hinchamiento del suelo por encima del tejido de exudación, sino que también provoca hinchamiento del suelo por debajo del tejido de exudación. La longitud final de la losa no soportada es de 1 ,26 m, y la tensión máxima de Von Mises es de 3527 kPa. En comparación con los casos 2 y 4, la inclusión del tejido de exudación únicamente mejora ligeramente el comportamiento de la estructura de pavimento cuando existe fuga. Merece la pena apreciar que el caso 6 es una simulación de estado estacionario en la que se supone que la fuga dura un período de tiempo importante. En condiciones de simulación real, un episodio de lluvia únicamente dura un período de tiempo corto. Por tanto, la mejora actual provocada mediante la inclusión de un tejido de exudación podría ser mayor que la de la simulación. Este caso se llevó a cabo únicamente con fines de comparación.

Caso 7: Tejido de exudación con capa impermeable, sin fuga Este caso simula la situación en la que se instala el cuadro de drenaje de exudación discutido anteriormente en la estructura de pavimento. En esta simulación de la estructura de pavimento construida sobre suelos expansivos con la instalación del cuadro de drenaje de exudación y sin fuga, el cuadro de drenaje de exudación aumenta de forma considerable la succión bajo la losa de hormigón y las distribuciones de succión en la estructura de pavimento se hacen más uniformes con la profundidad como en el caso 5. El asiento diferencial en la estructura de pavimento es muy pequeño. La longitud de losa no soportada es únicamente de 0,162 m y la tensión máxima de Von Mises es únicamente de 517,5 kPa. Los resultados obtenidos son como los obtenidos en el caso 5. Este caso indica que la inclusión del cuadro de drenaje de exudación puede mejorar de manera considerable el comportamiento del pavimento.

A diferencia del caso 7, en el caso 8 existe una fuga debajo de la línea central de la losa. La fuga provoca un aumento de la succión por debajo de la losa, lo que tiene como resultado una diferencia importante entre la línea central y la parte externa de la losa. No obstante, debido a que el cuadro de drenaje de exudación es impermeable en la dirección vertical, la humectación del suelo se encuentra limitada entre la losa de hormigón en el cuadro de drenaje de exudación. También debido a que el cuadro de drenaje de exudación es permeable por ambos lados, el lado de la parte inferior todavía puede drenar agua fuera de la estructura de pavimento, incluso cuando existe un fuga sobre la parte superior. Como resultado de ello, el suelo en la línea central se está secando por debajo del cuadro de drenaje de exudación.

La humectación del suelo por encima del cuadro de drenaje de exudación provoca que el suelo se hinche, mientras que el secado del suelo por debajo de la cuadro de drenaje de exudación provoca que el suelo se contraiga. Estos dos efectos se contrarrestan y reducen el asiendo diferencial, incluso cuando existe fuga en la línea central de la losa. En el caso 8, la losa y el suelo se encuentran en contacto óptimo con una longitud de losa no soportada de 0,079 m. Por consiguiente, la tensión máxima de Von Mises es de 1425 kPa, aproximadamente del 60 % y el 40 % de las tensiones máximas de Von Mises de los casos 1 y 6, respectivamente. Las tensiones máximas de Von Mises y la longitud de la losa no soportada de los casos 7 y 8 son mucho menores que las correspondientes en situaciones similares. Se concluye que la inclusión del cuadro de drenaje de exudación puede mejorar sustancialmente el comportamiento de la estructura de pavimento.

Caso 10: Comportamiento en condiciones meteorológicas de lluvia Se investigó el estudio del comportamiento de los distintos materiales geosintéticos en condiciones meteorológicas de lluvia por medio de dos grupos de ensayos diferentes. El primero, el comportamiento de materiales geosintéticos diferentes colocados entre material D1 completamente saturado con el 10 % de finos y sedimento Fairbanks. El segundo, el comportamiento de materiales geosintéticos diferentes colocados entre material D1 completamente saturado con el 10 % de finos y material D1. Los materiales geosintéticos sometidos a ensayo fueron materiales compuestos de drenaje Mirafi® FW402, Mirafi® serie G, Mirafi® HP570 y un tejido de exudación de nailon preparado de acuerdo con la presente invención.

La interfase es donde se coloca cada uno de los materiales geosintéticos. El material por encima de la interfase tiene que estar completamente saturado así como también el propio material geosintético con el fin de comprender de manera precisa el efecto de la lluvia sobre el comportamiento de los materiales geosintéticos. Se enrollaron las membranas alrededor de la parte exterior de los materiales compactados con el fin de controlar la pérdida de humedad debida a la exposición. Los ensayos en los que los materiales geosintéticos se enrollaron en una membrana se denominan "sin drenaje". El ensayo en el que los materiales geosintéticos quedan expuestos parcialmente al aire se denomina como que presentan "drenaje".

Se preparó al material D1 y se dejó asentar sin exposición al aire. Esto permitió que el contenido de humedad se distribuyera a la largo de toda la muestra. A continuación, se compactaron los materiales preparados en un molde de cilindro de plástico en 3 capas de 25 impactos cada una. Tras compactar el material, se suavizó la superficie y se retiró del molde. Se cortaron los orificios en la parte inferior de los moldes de plástico con el fin de permitir la infiltración de agua. Se elevaron los moldes de plástico usando espaciadores para tal fin. Para evitar la pérdida de material durante la extracción, se hizo un corte a lo largo de la longitud del molde que permitió encajar de forma cuidadosa el molde alrededor del material compactado D1. Una vez el molde se encontraba en su sitio, se usó cinta de lona para sellar el corte que se había hecho y para sujetar el material D1 compactado firmemente en su sitio. Se colocó papel de filtro entre el material D1 compactado y los orificios que se habían cortado en el interior de los moldes de plástico con el fin de evitar la pérdida de material. A medida que aumenta el nivel de agua en el interior del baño de agua, también aumenta el nivel de agua en el interior del cilindro.

Se evaluó el comportamiento del tejido de exudación de nailon bajo condiciones meteorológicas de lluvia. Para ambos ensayos de infiltración de agua D-1/D-1 y D-1/Sedimento con drenaje, el tejido de exudación de nailon se comportó presentando distribuciones con el menor contenido de humedad tanto por encima como por debajo de la interfase. Para el ensayo de infiltración de agua D-1/D-1 sin drenaje, el tejido de exudación se comportó presentando la distribución con el contenido más bajo de humedad tanto por encima como por debajo de la interfase. El tejido de exudación de nailon demostró que resulta eficaz tanto en aplicaciones de drenaje como en aplicaciones in drenaje.

Ejemplo 11 : Comportamiento en condiciones meteorológicas de lluvia Se llevó a cabo el ejemplo 1 1 como el ejemplo 10 exceptuando que: 1. En lugar de material D1 , se empleó arena uniforme para representar el material de base grueso. Esto aumenta sustancialmente las uniformidades de las muestras de suelo mientras que las propiedades hidráulicas de los dos suelos son similares. 2. En lugar de usar muestras de suelo compactadas, se empleó una suspensión de suelo para preparar muestras de suelo que se puedan aproximar a la uniformidad de las muestras de suelo. Otras razones por las que se usó una suspensión de suelo en lugar de suelos compactados son las siguientes: (i) los suelos compactados con contenidos óptimos de humedad normalmente presentan buenas propiedades mecánicas y muestran menor probabilidad de experimentar problemas de estructura de pavimento, mientras que los suelos con elevados contenidos de humedad sí que la presentan. Tras la expansión por helada, cuando el suelo experimenta el deshielo, el contenido de humedad del suelo es tan elevado o incluso más elevado que el de la suspensión de suelo. Si el uso de un tejido de exudación puede reducir el contenido de humedad de suelos con contenido de humedad elevado en la estructura de pavimento, resultará altamente beneficioso desde el punto de vista del comportamiento de la estructura de pavimento. (ii) Contenidos elevados de humedad en las muestras de suelo significan permeabilidades insaturadas elevadas, lo que puede conducir a un tiempo experimental corto para los ensayos. 3. En lugar de colocar materiales geosintéticos en el centro de las columnas de suelo, los materiales geosintéticos se colocan en la parte inferior de las muestras de suelo (8 pulgadas de altura). Se usaron dos suelos diferentes: sedimentos de Fairbanks y arena de granulometría media uniforme. El experimento se puede usar para investigar el impacto de los materiales geosintéticos en los suelos que se encentran por encima de ellos después de producirse infiltraciones por agua de lluvia. 4. Con el fin de investigar la influencia de los materiales geosintéticos sobre el suelo que se encuentra por debajo de ello, también se llevaron a cabo varias series de ensayos. Para facilitar la discusión, este grupo de ensayos se denomina en las siguientes secciones como "Ensayo de Infiltración de Agua de Lluvia/Superior". Las condiciones para los ensayos de laboratorio de columna de suelo con infiltración de agua de lluvia se consiguieron usando sedimento y arena de granulometría media. Con el fin de medir la eficacia del material geosintético en condiciones de suelo saturado debido a la meteorología, se prepararon las suspensiones a partir de sedimentos Fairbanks.

Tras haber preparado la suspensión, se colocó en un molde de plástico cilindrico. Se llenó el molde de plástico con la suspensión y se niveló en la parte superior. Para densificar el suelo, se perforó el lado del molde de plástico. Se colocaron un material geosintético inicialmente saturado y una membrana impermeable por debajo de la suspensión. Se colocó la membrana impermeable directamente bajo el material geosintético y se colocó el material geosintético directamente bajo la suspensión de suelo.

Se hicieron orificios en la parte superior de cada molde de plástico usando un martillo y un objeto metálico afilado. La razón para hacer los orificios fue para disminuir la succión provocada por el drenaje de agua que, de otro modo, inhibiría el flujo de humedad a través de la suspensión de suelo. Se hicieron los orificios tras completar la configuración del experimento. Se permitió drenar el agua durante 3 días. De manera inicial, todos los materiales geosintéticos estaban saturados y permanecieron saturados. Se drenó parte del exceso de agua debido a la gravedad y la cantidad de flujo de agua disminuyó rápidamente con el tiempo durante los primeros minutos. Hubo 2 ensayos llevados a cabo para cada material geosintético. Los materiales geosintéticos usados en el experimento se sometieron a chequeo periódico para ver si al material geosintético permanecía todavía saturado.

Se encontró que en el intervalo en el que descansaban las columnas de suspensión de suelo, en la dirección de los tejidos de exudación de nailon, el tejido de exudación de nailon permaneció húmedo tras más que tres días de ensayo, mientras que en la parte exterior del intervalo en el que descansaban las columnas de suspensión de suelo, el tejido de exudación de nailon se secó de forma rápida en menos que un día.

Fuera del intervalo en el que descansaban las columnas de suspensión de suelo, los materiales compuestos de drenaje Mirafi® Serie G permanecieron relativamente húmedos después de tres días, mientras que los materiales Mirafi® FW402 y Mirafi® HP570 se secaron rápidamente en menos que un día.

Después de 3 días, se retiraron los moldes. A continuación se cortó el suelo en 6 capas ¡guales. Se registró el peso inicial de cada capa y se introdujo cada capa en el interior de un horno para secar durante 24 horas. Trascurridas 24 horas, se sacó cada capa del horno y se obtuvo el peso final. Usando los pesos inicial y final, se encontraron los contenidos de humedad de cada capa.

Los ensayos de infiltración de agua de lluvia/superior se llevaron a cabo con un contenido de humedad del 28 %, usando arena. Hubo 2 configuraciones de ensayo para cada material geosintético. La primera, se mezclaron la arena y el agua juntos para obtener el contenido de humedad correcto. Se introdujo la suspensión de arena en e interior de un molde de plástico hasta una altura que dejaba 1 ,33 pulgadas sobre la parte supenor. Se colocó el material geosintético en el molde a esta altura. Se cortaron los extremos de cada material geosintético de manera que permanecieran por debajo de la marca de 1 ,33 pulgadas a lo largo de la parte exterior del molde de plástico durante todo el ensayo. Cada material geosintético usado en el ensayo estaba inicialmente saturado. Tras colocar el material geosintético de manera firme en su sitio, se colocó el resto de la suspensión de arena sobre la parte superior del material geosintético y se llenó hasta la parte superior del molde de plástico. Se usó papel de aluminio para cubrir la suspensión de suelo por encima del material geosintético con el fin de evitar la evaporación de la humedad en el interior de la suspensión. Una vez que las partes superiores de los moldes se habían cubierto, se dejó reposar el experimento durante 5 días. Trascurridos 5 días, se registró la distribución de humedad para cada ensayo.

Se llevaron a cabo las mismas observaciones durante el ensayo de infiltración de agua lluvia/superior que en los ensayos de laboratorio modificados de columna de suelo para infiltración de agua de lluvia. Los materiales compuestos de drenaje Mirafi® Serie G y el tejido de exudación de nailon Mirafi permanecieron saturados durante un período de tiempo más largo que el Mirafi® FW402 y el Mirafi® HP570.

Se llevaron a cabo dos series de ensayos para cada material geosintético. Se encontró la distribución media de humedad entre las series de ensayos para cada material geosintético. También se encontró el contenido medio de humedad a lo largo de cada distribución media de humedad. No se usaron los datos registrados en los ensayos preliminares para el análisis ya que había contenidos de humedad originales diferentes.

Para el ensayo de infiltración de agua de sedimento que usaba tejido de exudación de nailon Mirafi, los contenidos de humedad cerca de la parte superior de la muestra variaron hacia la izquierda y fueron ligeramente menores que los contenidos de humedad cerca de la parte inferior. Este observación puede deberse a la influencia de la gravedad. La distribución de humedad para cada serie de ensayos es relativamente estable ya que la tendencia de la distribución de humedad no cambia drásticamente. En tres días, el contenido de humedad medio se redujo del 53 % a aproximadamente el 40 %.

Para las distribuciones de humedad del ensayo de infiltración de agua de sedimento que usaba Mirafi® HP570, los contenidos de humedad cerca de la parte superior de la muestra variaron hacia la izquierda y fueron ligeramente menores que los contenidos de humedad cerca de la parte inferior. Había también una ligera inflexión en la distribución de humedad para cada serie de ensayos. En tres días, el contenido medio de humedad se redujo desde el 53 % a aproximadamente el 43,35 %.

Las distribuciones de humedad para el ensayo de infiltración de agua de sedimento que usaba materiales compuestos de drenaje Mirafi® Serie G, se observó un contenido de humedad menor en la parte superior, una ligera inflexión en el medio y un descenso del contenido de humedad en la parte inferior. En tres días, el contenido medio de humedad se redujo desde el 53 % a aproximadamente el 43,54 %.

Para las distribuciones de humedad del ensayo de infiltración de agua de sedimento que usaba Mirafi® FW402, el contenido de humedad se localizó en la zona central del cilindro. Los contenidos de humedad más bajos están en la parte inferior en lugar de en la parte superior. En tres días, el contenido medio de humedad se redujo desde el 53 % a aproximadamente el 42,09 %.

De las distribuciones medias de humedad para el tejido de exudación de nailon Mirafi, los materiales compuestos de drenaje Mirafi® FW402 y Mirafi® Serie G, el tejido de exudación de nailon Mirafi presentó la distribución de humedad más baja. Se encontró la distribución media de humedad tomando la media de los resultados para la primera y la segunda serie de ensayos de infiltración de agua. El contenido medio de humedad a lo largo de cada distribución media de humedad muestra que el tejido de exudación de nailon Mirafi ha retirado la mayoría de la humedad de la suspensión de sedimento y la diferencia en los contenidos de humedad varió del 2 % al 3,5 %. Se sabe que se puede incrementar la resistencia a la cizalladura sin drenaje de los suelos de granos fino aproximadamente el 20 % para una reducción del 1 % del contenido de humedad. Esto significa que usando el tejido de exudación, la resistencia a la cizalladura sin drenaje de la suspensión de suelo puede ser del 45 % hasta el 90 % mayor, en comparación con el suelo tratado con otros materiales geosintéticos.

Los resultados de los ensayos anteriores presentan importantes implicaciones sobre el uso del tejido de exudación de la presente invención en la estructura de pavimento. Normalmente, después de construir la estructura de pavimento, el contenido de humedad de la estructura de pavimento aumenta debido a las siguientes razones: 1. se evita la evaporación en la dirección vertical por el pavimento de asfalto; 2. acumulación de infiltración de agua de lluvia a través de las grietas en el pavimento, y 3. aumento capilar de agua inducido por la expansión por heladas y por otros motivos.

Como resultado de ello, pudo haber un exceso de agua en la estructura de pavimento que puede ser mucho mayor que el contenido óptimo de humedad cuando el suelo se compactó originalmente. Por consiguiente, habrá un asiento diferencial creciente y una menor resistencia a la cizalladura del suelo. A partir de estos resultados, se puede concluir que la inclusión del tejido de exudación en la estructura de pavimento puede dar lugar a un menor contenido de humedad, a una mayor resistencia del suelo a la cizalladura y a un menor asiento diferencial. Se espera que todos estos factores mejoren sustancialmente el comportamiento de la estructura de pavimento y la vida útil.

Los ensayos de infiltración de agua de lluvia para arena de granulometría media simularon las situaciones en las que hay una capa de drenaje tradicional de grava en la estructura de pavimento. En Alaska, normalmente se usa un material D1 de 4 pulgadas de espesor con fines de drenaje así como para evitar la expansión por heladas y la contracción por deshielo. Su característica es similar a la de la arena que se usa en los ensayos de infiltración de agua de lluvia. Cuando existe infiltración por agua de lluvia, una cantidad considerable de agua queda: atrapada en esta capa y no puede ser drenada fuera de la estructura de pavimento. La arena se encuentra próxima a saturación, cuando se expone al aire, el contenido de agua no puede ser drenado debido a una succión negativa pequeña. El contenido de humedad es de aproximadamente el 25 %. Bajo esta situación, la inclusión de Mirafi® FW402 y de Mirafi® HP570 pueden no servir de ayuda para drenar el agua, mientras que el tejido de exudación puede contribuir a reducir el contenido de humedad transportando agua fuera de la estructura de pavimento.

Cuando existe infiltración de agua de lluvia desde la parte superior de la estructura de pavimento, una cantidad considerable de agua queda atrapada tanto en la capa de drenaje como en la capad de suelo de sedimento. En situación de humedad, la humedad relativa del aire es menor del 90 %, lo que corresponde a un valor de succión de 10 MPa. Como resultado de ello, el suelo expuesto al aire se seca de forma rápida y se hace casi impermeable en condiciones de presión de agua de poro negativa (succión). El suelo en el borde trabaja como un molde de plástico grande. Con una capa de refuerzo de material geosintético tal como Mirafi® FW402 y Mirafi® HP570, los asientos diferenciales serán todavía grandes, ya que ninguno de Mirafi® FW402 y Mirafi® HP570 pueden transportar agua en condiciones de presión de agua de poro negativa (succión). Los materiales compuestos de drenaje Mirafi® Serie G no pueden trabajar muy bien debido a su diseño para transportar agua en condiciones de presión de agua de poro negativa. Existe un concentración elevada de tensión en la estructura de pavimento.

Por el contrario, cuando hay una capa de tejido de exudación fabricado de acuerdo con la presente invención en la estructura de pavimento que presenta un elevada capacidad de transporte de agua en condiciones de presión de agua de poro negativa en la dirección transversal, el contenido de agua se distribuirá de manera más uniforme en la estructura de pavimento a lo largo del tejido de exudación ya que cualquier diferencia de succión puede traducirse en flujo de agua. Debido: a que el valor de succión en el borde es más elevado, es posible (1) reducir el contenido de humedad en la estructura de pavimento y (2) hacer que el contenido de humedad se distribuya de manera uniforme en la capa superior de suelo en la dirección transversal. Ambos efectos resultan beneficiosos para mejorar el comportamiento del pavimento y la vida útil. Cuando existe menos en la estructura de pavimento, también cabe esperar que haya menos probabilidad de expansión por heladas durante el invierno.

El tejido de exudación fabricado de acuerdo con la presente invención contribuye a reducir el contenido de humedad del suelo. Durante el verano cuando el suelo se encuentra completamente descongelado, la succión en el centro de la estructura del pavimento es pequeña, lo que corresponde a una humedad relativa elevada (normalmente mayor del 99,9 %). En la mayoría de las situaciones, la humedad relativa en el aire es menor del 90 %, lo que corresponde a una succión muy elevada. Una vez instalado en la estructura del pavimento, el tejido de exudación puede proporcionar un buen conducto de transporte de agua en condiciones de saturación, el suelo de ambos lados del tejido de exudación tiende a estar tan seco como el suelo que se encuentra en los bordes de la estructura de pavimento con el fin de mantener un equilibrio en la succión matriz (o humedad relativa). De este modo, se puede generar una zona con bajo contenido de agua y por consiguiente baja permeabilidad insaturada. Esta zona puede funcionar como barrera capilar cuando llega el invierno debido a la reducido permeabilidad insaturada del suelo. Además, dado que existe menos agua in-situ, existe también menos expansión por heladas.

Durante el invierno, el tejido de exudación de la estructura de pavimento puede contribuir a evitar la expansión por heladas. El procedimiento de congelación comienza desde fuera hacia adentro de la estructura de pavimento. Cuando el suelo a lo largo de los bordes se congela, el agua libre de suelo del suelo se convierte en hielo, que reduce el contenido de agua no congelada del suelo e incrementa la succión en el suelo que se encuentra en el borde. Normalmente, el suelo que se encuentra en el centro de la estructura de pavimento presenta un contenido de humedad más elevado y un valor de succión bajo. Como resultado de ello, el agua fluye desde la parte central hasta el borde de la estructura de pavimento, lo que genera una zona con menor contenido de humedad del que debería tener si no existiese el tejido de exudación. A medida que el frente de congelación se aproxima al tejido de exudación desde la parte superior, habrá menos expansión por heladas.

A partir de los resultados del ensayo de infiltración de agua de lluvia/superior, se concluye que la inclusión del tejido de exudación en la estructura de pavimento también contribuye a mejorar el comportamiento de la estructura de pavimento durante la temporada de deshielo. Cuando tiene lugar el deshielo, comienza desde el exterior hacia el interior. El procedimiento de deshielo puede no ser uniforme y provocar la acumulación de agua en la estructura de pavimento ya que los suelos congelados normalmente son impermeables. A partir de los resultados del ensayo de infiltración de agua de lluvia/superior, se comprobó que el tejido de exudación drena agua desde la parte superior, lo que resulta muy útil para la reducción de agua.

A partir de los análisis anteriores, se pueden sacar las siguientes conclusiones: 1. La capa de drenaje granular tradicional no puede drenar agua fuera de la estructura de pavimento en condiciones de valor pequeño de succión. El material granular puede conservar una cantidad considerable de agua en la capacidad de campo. 2. Los materiales compuestos de drenaje Mirafi® HP570, Mirafi® FW402 y Mirafi® Serie G no pueden drenar agua fuera del suelo en condiciones insaturadas. Se comprobó que estos materiales geosintéticos se secan de forma rápida cuando son expuestos al aire. Cuando estos materiales geosintéticos se secan, son impermeables al flujo de agua insaturada. 3. El tejido de exudación de la presente invención puede mantener la humedad y trabajar como un conducto muy bueno para el transporte de agua en condiciones de valor de succión elevado. Todos los resultados de los ensayos indican que el tejido de exudación contribuye de forma eficaz a reducir el agua del suelo en condiciones de presión de agua de poro negativa. 4. El análisis indica que si existe un diseño apropiado, la inclusión de un tejido de exudación en la estructura de pavimento puede reducir de manera eficaz el contenido de humedad en la estructura de pavimento en todas las estaciones. Ejemplo 12: Migración de humedad Se llevaron a cabo dos ensayos para investigar el comportamiento de diferentes materiales geosintéticos durante el procedimiento de expansión por heladas: ensayos de migración de humedad exterior e interior. En los ensayos de migración de humedad exterior, se rodearon las dos mitades superiores de cada muestra de suelo con una capa geosintética e impermeable que se envolvió alrededor de material geosintético. En los ensayos de migración de humedad interior, se colocó cada material geosintético en sentido vertical en el interior de cada muestra de suelo. El material usado fue un suelo de sedimento tomado de conducto de permafrost Fairbanks CREEL. Los materiales geosintéticos usados en los ensayos incluyeron materiales compuestos Mirafi® FW 402, Mirafi® Serie G, Mirafi® HP570 y tejido de exudación de nailon Mirafi. También se preparó al menos una referencia para cada grupo de ensayos. La principal finalidad de los dos grupos de ensayos fue evaluar el comportamiento de migración de humedad de cada material geosintético.

En los ensayos preliminares, se dejó infiltrar agua en el suelo a partir de un baño de agua en el interior del aparato de expansión por heladas. Se usó un martillo en los ensayos preliminares. Se preparó el suelo con un contenido de humedad del 25 %. A continuación se instalaron las muestras de suelo en el aparato de expansión por helada para llevar a cabo los ensayos de expansión por heladas. Durante el ensayo de expansión por heladas, se congelaron los suelos en sentido descendente manteniendo la temperatura en -7 °C en la parte superior de la muestra y en 1 °C en la parte inferior. Se rodearon las muestras de suelo con materiales aislantes en la parte lateral con el fin de garantizar que el procedimiento de congelación tenía lugar en una dimensión. Durante el procedimiento de congelación, se midió la temperatura en cinco puntos diferentes de las muestras para controlar el procedimiento de congelación. Se mide la expansión por helada en la parte superior de las muestras usando LVDTs. Normalmente, los ensayos duraron al menos tres días hasta que la muestra de suelo se congeló por completo.

Los ensayos que sucedieron a los ensayos preliminares se llevaron a cabo de forma diferente del siguiente modo. En primer lugar, en los ensayos de migración de humedad vertical interior, no se dejó que el agua se infiltrara en el suelo. En segundo lugar, el suelo no se compactó usando un martillo. En lugar de ello, se perforaron los bordes de los moldes de plástico para eliminar huecos y/o burbujas de aire en el interior del suelo. En tercer lugar, se aumentó el contenido de humedad hasta el 40 %. En este grupo de ensayos también se muestra la cantidad de expansión por helada con respecto al tiempo.

Tras el ensayo de expansión por helada, se tomó cada muestra y se cortó en seis partes aproximadamente iguales a lo largo de la altura. Todas las partes se introdujeron en el interior de un horno y se determinaron los contenidos de humedad. De 0 a 4 pulgadas, la distribución de humedad de Mirafi® FW 402 permanece relativamente constante y centrada en el contenido de humedad original del 25 %. De 4 a 8 pulgadas, la humedad migró hacia la parte superior. En lugar de una distribución constante de humedad, como se muestra en la parte de 0 a 4 pulgadas, la distribución de humedad de 4 a 8 pulgadas muestra contenidos de humedad mayores en la parte superior y contenidos de humedad menores en la parte inferior.

Existe un ligero aumento del contenido de humedad justo antes de la marca de 4 pulgadas. Esto es debido a la capa impermeable que impide la migración de agua, que dio lugar a una ligera formación de fisuras provocadas por el hielo. Aunque se trata de un sistema abierto, la distribución de humedad por debajo de la marca de 4 pulgadas alcanza una distribución de humedad constante que es ligeramente mayor que el contenido de humedad original, indicando que existe una pequeña migración de agua hacia el interior del suelo.

De 0 a 4 pulgadas, la distribución de humedad de los materiales compuestos de drenaje Mirafi® Serie G aumento del 25 % al 28 %. De 4 a 8 pulgadas, la humedad migró hacia la parte superior. El contenido de humedad en la parte superior de las muestras de suelo alcanzó el 32,8 %, un 7,8 % mayor que el contenido de humedad original del 25 %. En la marca de 6 pulgadas, el contenido de humedad fue del 21 ,9 %, un 3,1 % menor que el contenido de humedad original. La parte inferior presentó un contenido de humedad del 23 %, un 2 % menor que el contenido de humedad original. También se encontró que en la parte superior de la interfase, el suelo está relativamente seco. Todo ello indicó que existe una migración de agua en la zona de 4 a 8 pulgadas.

Para el Mirafi® HP 570, de 0 a 2 pulgadas, la distribución de humedad permanece relativamente constante y centrada con respecto al contenido de humedad original del 25 %. De 2 a 4 pulgadas, el contenido de humedad aumentó del 25 % al 28,1 %, debido a la captación de agua en este sistema abierto. La capa impermeable impide la migración de agua y se espera la formación de un contenido de humedad en la marca de 4 pulgadas por debajo de la interfase. De 4 a 8 pulgadas, la humedad ha migrado hacia la parte superior. En lugar de una distribución de humedad relativamente constante como se observa en la parte de 0 a 4 pulgadas, la distribución de humedad de 4 a 8 pulgadas muestra contenidos de humedad mayores en la parte superior y contenidos de humedad más bajos en la parte inferior. El contenido de humedad en la parte superior fue del 30,7 %, un 5,7 % mayor que el contenido de humedad original, mientras que en al parte inferior fue del 18,8 %, un 6,2 % menor que el contenido de humedad original. Estos resultados, así como los resultados anteriores, muestran claramente que la humedad migró durante el procedimiento de congelación. Dado que la parte superior era un sistema cerrado, el contenido total de humedad debería mantenerse igual.

Se determinó la distribución de humedad del tejido de exudación de nailon de Mirafi, promediando los resultados de dos ensayos diferentes llevados a cabo con tejido de exudación de nailon de Mirafi en las mismas condiciones. De 0 a 4 pulgadas, la distribución de humedad del tejido de exudación de nailon de Mirafi aumentó ligeramente. De 4 a 8 pulgadas, la humedad migró hacia la parte superior. En lugar de una distribución de humedad relativamente constante como se muestra en la zona de 0 a 4 pulgadas, la distribución de humedad de 4 a 8 pulgadas muestra contenidos de humead mayores en la parte superior y contenidos de humedad menores en la parte inferior. El contenido de humedad en la parte superior fue del 30,6 %, un 5,6 % mayor que el contenido de humedad original, mientras que el contenido de humedad en la parte inferior fue del 15,8 %, un 9,2 % menor que el contenido de humedad original. Estos resultados así como los resultados previos muestran claramente que la humedad migró durante el procedimiento de congelación. Dado que la parte superior era un sistema cerrado, el contenido total de humedad debería mantenerse igual.

Con respecto a la muestra de suelo de referencia, la diferencia entre la muestra de suelo de referencia y la muestra previa es que no existe material geosintético en la muestra de suelo de referencia. La tendencia de las distribuciones de humedad es similar a la que tienen materiales geosintéticos. De 0 a 4 pulgadas, existe un ligero incremento del contenido de humedad debido a la captación de agua y el contenido medio de humedad aumentó del 25 % hasta aproximadamente el 26 %, con una distribución relativamente constante. De 4 a 8 pulgadas, la distribución de humedad aumentó linealmente con la altura el 15,2 % en la parte inferior, el 22,9 % en el medio y el 29,6 % en el parte superior. Esta distribución indicó que existió migración de agua desde la parte inferior hasta la parte superior durante la expansión por heladas.

En el ensayo de migración de humedad exterior, el contenido de humedad original del suelo fue del 40 %, con el fin de simular una situación en la que existe exceso de agua en la estructura de pavimento.

Para las muestras con Mirafi® FW 402, la parte inferior (de 0 a 4 pulgadas) presenta migración de agua durante el procedimiento de congelación. Por encima de una altura de 3 pulgadas, el contenido de humedad de la muestra de suelo es mayor que el contenido de humedad original del 40 %, indicando que existe captación de agua. Por debajo de 3 pulgadas, el contenido de humedad es menor del 40 %, indicando que el suelo se está secando. Se consideró que el contenido de humedad en la parte inferior de la muestra de suelo es el contenido de humedad inicial debido al libre acceso al agua. Estos resultados indicaron que, para este suelo específico, cuando el contenido de humedad inicial del suelo es elevado, la migración de agua en la muestra de suelo es suficiente para alcanzar el procedimiento de congelación, mientras que la captación de agua procedente del baño de agua es muy pequeña.

Esto se puede verificar por medio de los resultado obtenidos a partir de la parte superior (de 4 a 8 pulgadas), el medio de la muestra de suelo en 6 pulgadas básicamente tenía el mismo contenido de humedad que el contenido de humedad inicial. Por encima de 6 pulgadas, el contenido de humedad es mayor del 40 %, indicando que había captación de agua. Por debajo de 6 pulgadas, el contenido de humedad es menor del 40 %, indicando que había pérdida de agua. La mitad superior es un sistema cerrado y la humedad total se mantuvo constante.

Para las muestras de suelo con inclusión de materiales compuestos de drenaje Mirafi® Serie G, la parte inferior (de 0 a 4 pulgadas) tiene migración de agua durante el procedimiento de congelación. Por encima de la altura de 3 pulgadas, el contenido de humedad de la muestra de suelo es mayor que el contenido de humedad original del 40 %, indicando que hay captación de agua. Por debajo de la altura de 3 pulgadas, el contenido de humedad es menor del 40 %, lo que indica que el suelo se esta secando. Estos resultados de ensayo indicaron que para esta configuración específica, cuando el contenido de humedad inicial del suelo es elevado, la migración de agua en la muestra de suelo resulta insuficiente para alcanzar el procedimiento de congelación, mientras que la captación de agua procedente del baño de agua es muy pequeña.

Para la parte superior (de 4 a 8 pulgadas), la mitad de la muestra de suelo a 6 pulgadas básicamente presenta el mismo contenido de humedad que el contenido de humedad inicial. Por encima de 6 pulgadas, el contenido de humedad es mayor del 40 %, indicando que había captación de agua. Por debajo de 6 pulgadas, el contenido de humedad es menor del 40 %, indicando que hubo pérdida de agua. La parte superior es un sistema cerrado y el contenido de humedad total se mantuvo constante.

Los resultados para las muestras de suelo con inclusión de Mirafi® HP 570 fueron distintos. Para la parte inferior (de 0 a 4 pulgadas), el contenido de humedad fue menor que el contenido de humedad inicial. Todavía, el contenido de humedad se distribuyó de manera relativamente uniforme, lo cual no resultó coherente con los resultados procedentes de los otros ensayos en este grupo. No obstante, el resultado fue similar a los resultados en los ensayos de migración de humedad exterior preliminares. Es decir, cuando el contenido de humedad inicial fue bajo, los contenidos de humedad de las mitades inferiores de las muestras de suelo se distribuyeron de manera relativamente uniforme.

Para la parte superior (de 4 a 8 pulgadas), el medio de la muestra de suelo a 6 pulgadas básicamente presentó un contenido de humedad del 35,1 %, menor que el contenido pretendido del 40 %. El contenido de humedad por encima de la marca de 7 pulgadas es del 45,1 %, mayor que el contenido pretendido del 40 %. La distribución del contenido de humedad muestra la migración de humedad durante el procedimiento de congelación.

Los resultados de ensayo para las muestras de suelo con inclusión de tejido de exudación de nailon Mirafi y la muestra de suelo sin inclusión de materiales geosintéticos, respectivamente, fueron similares a los que presentaban inclusiones de materiales compuestos de drenaje Mirafi® FW 402 y Mirafi® Serie G. Tanto la parte superior como la inferior indicaron migración de agua desde la parte inferior hasta la parte superior.

El contenido de humedad para los suelos de las mitades superiores de las muestras de este grupo básicamente presentó distribuciones con pendiente similar, indicando que existe migración de agua durante el procedimiento de congelación. Las diferencias en las distribuciones de humedad entre los diferentes materiales geosintéticos fueron insignificantes exceptuando los materiales compuestos de drenaje de Mirafi® Serie G. El contenido de humedad en exceso en la muestra de suelo con inclusión de materiales compuestos de drenaje Mirafi® Serie G fue debido al hecho de que los materiales compuestos de drenaje Mirafi® Serie G se humectaron inicialmente y contenían más agua. Para las partes inferiores, no deberían haber existido diferencias en las distribuciones de contenido de humedad ya que todos las muestras de suelo presentaron la misma configuración y acceso a la captación de agua.

El ensayo de migración de humedad vertical interior empleó suelo que tenía una contenido de humedad original del 40 %. Exceptuando para la referencia a las muestras de suelo, se incluyeron diferentes materiales geosintéticos verticalmente en el centro de las muestras de suelo. Se sellaron ambos extremos de todas las muestras de suelo sin acceso alguno al agua. Se congelaron todas las muestras de suelo desde la parte inferior con una temperatura constante de -7 °C en la parte superior y de 1 °C en la parte inferior.

Para irafi® FW 402, las distribuciones de contenido de humedad por debajo de la marca de 6 pulgadas fueron básicamente uniformes con un contenido de humedad que varió del 37,0 % al 37,5 %. Por encima de la marca de 6 pulgadas, el contenido de humedad aumentó hasta el 48,4 % a una altura de aproximadamente 7 pulgadas. Los resultados indicaron que hubo migración de agua importante al comienzo del procedimiento de congelación. A medida que el frente de congelación se movió hacia abajo, la velocidad de la migración de agua se redujo. Esto quedó demostrado por el descenso del contenido de humedad con la altura. La migración de agua alcanzó de forma gradual el frente de congelación en movimiento y dio lugar a una distribución de contenido de humedad aproximadamente uniforme por debajo de la marca de 6 pulgadas.

Para los materiales compuestos de Mirafi® Serie G, las distribuciones de contenido de humedad por debajo de la marca de 3 pulgadas fueron básicamente uniformes con un contenido de humedad que varió del 36,6 % hasta el 36,8 %. Por encima de la marca de 6 pulgadas, el contenido de humedad aumentó del 36,7 % en la marca de 3,5 pulgadas hasta el 52,9 % en la marca de aproximadamente 7 pulgadas. En comparación con la muestra de suelo previa con inclusión de Mirafi® FW 402, la distribución de humedad con pendiente ocurrió a una profundidad mayor que 3,7 pulgadas. El contenido de humedad por debajo de la marca de 3,7 pulgadas fue también menor el de la muestra de suelo previa con inclusión de Mirafi® FW 402.

La distribución de humedad de Mirafi® HP 570 presentó el mismo patrón que la muestra de suelo con inclusión de materiales compuestos de drenaje Mirafi® Serie G. La diferencia fue que la distribución de humedad con pendiente fue únicamente dentro del intervalo por encima de la marca de 5 pulgadas y el contenido de de humedad por debajo de la marca de 5 pulgadas fue básicamente uniforme.

Para el tejido de exudación de nailon Mirafi, el contenido de humedad fue el más elevado en la parte superior (46,5 %). Disminuyó hasta el 35,9 % hasta la marca de 3 pulgadas y posteriormente aumentó ligeramente hasta el 36,3 % y se mantuvo relativamente uniforme por debajo de la misma. Esto fue un sistema cerrado y el contenido de humedad inicial fue del 40 % en todas partes, es evidente que la migración de humedad fue inducida por el hielo.

Los resultados experimentales para la muestra de suelo de referencia fueron similares a los descritos anteriormente, exceptuando que el suelo de referencia transportó más agua hacia la parte superior.

Se puede concluir que cuando existe un acceso libre al agua, el tejido de exudación de nailon Mirafi puede transportar agua mejor, en comparación con otros materiales geosintéticos. A través de los grupos de ensayos anteriores, se puede extraer varias conclusiones: Durante el procedimiento de congelación, se pueden generar fuerzas capilares (succión) debidas a la congelación del agua libre. Cuando un suelo se encuentra bajo la influencia de la succión, el suelo está insaturado y existe todavía migración de agua. La migración de agua debida al procedimiento de congelación es la razón para la expansión por heladas. En estos ensayos de grupo, se observa que el tejido de exudación de nailon Mirafi, un tejido de exudación fabricado de acuerdo con la presente invención, presenta elevada transmisividad en condiciones insaturadas. Dicha propiedad, cuando se usa de forma apropiada, se puede emplear para evitar la expansión producida por heladas en los pavimentos de las zonas frías.

Con respecto a la descripción anterior, es preciso señalar que las relaciones dimensionales óptimas para las partes de la invención, incluyendo variaciones de tamaño, materiales, forma, función y modo de operación, ensamblaje y uso se consideran evidentes y obvias para el experto en la técnica, y se pretende que todas las relaciones equivalentes a las que se ilustran en los dibujos y se describen en la memoria descriptiva queden englobadas por la presente invención.

Por tanto, se considera lo anterior únicamente a modo ilustrativo de los principios de la invención. Además, se pueden llevar a cabo varias modificaciones de la invención sin que ello suponga alejarse de su alcance y por tanto, resulta deseable que dichas limitaciones únicamente se presenten de igual forma que las impuestas por la técnica anterior y que se exponen en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un tejido plano de exudación de geotextil, caracterizado porque comprende: una hebra polimérica dispuesta en un eje del tejido, y una pluralidad de fibras de exudación dispuestas sustancialmente paralelas unas con respecto a otras y tejidas con la hebra polimérica en otro eje del tejido, comprendiendo la fibra de exudación una sección transversal no redondeada o no ovalada y teniendo un factor de superficie de aproximadamente 100 cc/g/h hasta aproximadamente 250 cc/g/h.

2. Un tejido plano de exudación de geotextil, caracterizado porque comprende: una hebra polimérica dispuesta en un eje del tejido, y una pluralidad de fibras de exudación tejidas con la hebra polimérica en otro eje del tejido, teniendo la fibra de exudación un factor de superficie mayor que aproximadamente 1 ,5 y un intervalo de flujo de aproximadamente 100 cc/g/h hasta aproximadamente 250 cc/g/h.

3. Un tejido plano de exudación de geotextil, caracterizado porque comprende: una hebra polimérica dispuesta en un eje del tejido, y una pluralidad de fibras de exudación tejidas con la hebra polimérica en otro eje del tejido, comprendiendo la fibra de exudación al menos un conducto capilar de intraestructura y un intervalo de flujo de aproximadamente 100 cc/g/h hasta aproximadamente 250 cc/g/h, y manteniendo la fibra de exudación al menos aproximadamente el 80 % de flujo hasta 60.000 pies-libras/pie3.

4. El tejido de exudación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la forma de la sección transversal de la fibra de exudación es de multiconducto, trilobular o de almohada.

5. El tejido de exudación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la fibra de exudación es un poliéster, un nailon, una poliolefina o ésteres de celulosa. '

6. El tejido de exudación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la fibra de exudación comprende nailon.

7. El tejido de exudación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la fibra de exudación es un poliestireno, un poliestireno alveolar, un poli(tereftalato de etileno) o un polipropileno.

8. El tejido de exudación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la fibra de exudación tiene un área superficial de 3650 cm2/g.

9. El tejido de exudación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la fibra de exudación tiene una permeabilidad de 0,55 cm/s.

10. El tejido de exudación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la fibra de exudación está entre aproximadamente 15 y aproximadamente 250 denier por filamento.

11. El tejido de exudación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la fibra de exudación tiene un Volumen Capilar Específico de al menos 2,0 cc/g.

12. El tejido de exudación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado porque la fibra de exudación tiene un Área Superficial Capilar Específica de al menos 2.000 cc/g.

13. El tejido de exudación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque la fibra de exudación mantiene la conductividad hidráulica insaturada en entornos que tienen saturaciones entre el 100 % y el 17 %.

14. Un tejido plano de exudación de geotextil, caracterizado porque comprende: una hebra polimérica en un eje del tejido, y una pluralidad de fibras de exudación tejidas con la hebra polimérica en otro eje del tejido, comprendiendo la fibra de exudación un haz de al menos dos fibras que tienen un volumen específico mayor que 4,0 cc/g y una anchura media de capilaridad de interfibra de 25 a 400 micrómetros; teniendo al menos una de las al menos dos fibras una sección transversal no redondeada, un Factor de Densidad de Fibra Sencilla mayor que 4,0 y un Volumen Capilar Específico menor que 2,0 cc/g; y teniendo más del 70 % de los conductos de intrafibra una anchura de conducto capilar mayor que 300 micrómetros.

15. Un sistema de drenaje de exudación, caracterizado porque comprende: una capa de tejido plano de exudación dispuesta sobre una capa de suelo susceptible a heladas, y una capa de suelo no susceptible a heladas dispuesta sobre el tejido de exudación.

16. El sistema de drenaje de exudación de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque comprende una geomembrana hidrófoba impermeable dispuesta por debajo del tejido de exudación.

17. El sistema de drenaje de exudación de conformidad con las reivindicaciones 15 ó 16, caracterizado porque el tejido de exudación se inclina con respecto a la capa freática de agua del suelo sobre el cual se encuentra dispuesto el sistema de drenaje de exudación.

18. El sistema de drenaje de exudación de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque comprende: otra capa de suelo susceptible a heladas dispuesto entre la capa de suelo no susceptible a heladas y la capa de tejido de exudación, y una capa de geotextil dispuesta entre la otra capa de suelo susceptible a heladas y la capa de suelo no susceptible a heladas.

19. El sistema de drenaje de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la capa de geotextil es otra capa de tejido de exudación.

20. El sistema de drenaje de exudación de conformidad con las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque además comprende una capa de base para soportar asfalto u hormigón dispuesta sobre el suelo no susceptible a heladas.

21. El sistema de drenaje de exudación de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el tejido de exudación es el tejido que se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

22. El sistema de drenaje de exudación de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el tejido de exudación es el tejido que se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.