Malla plástica tridimensional - Leonardo Martínez López

PLÁSTICA

Nota personal

De niño me sentía diseñador mucho antes de sentirme ingeniero; por azares del destino no pude cumplir el anhelo de estudiar la licenciatura, pero diseñador ya era. Estudié ingeniería civil porque no encontré una carrera en Coatzacoalcos que me llamara la atención en ese momento. Durante mis estudios en ingeniería civil logré enfocar mi atención en el análisis y diseño estructural; ya ejerciendo profesionalmente mi experiencia se desarrolló en el diseño de estructuras de concreto, acero, puentes, proyectos geométricos de carreteras, etc , pero seguía sintiendo interés por los diseños que venían en el interior de revistas y que “vestían” las casas. Mi mente de diseñador siempre pensaba en cómo mejorar un objeto si yo lo hiciera o me preguntaba como hacían tal o cual cosa; podía ver una fotografía y hacer una explosión del objeto en mi mente para imaginar en qué orden podían hacer los ensambles, pensar en que otros materiales podía fabricarse.

Años más tarde, decidí buscar la carrera de Diseñador Industrial; toqué puertas en la UNAM, desafortunadamente la opción disponible era sistema escolarizado y no podía dejar Coatzacoalcos por cuestiones laborales y personales. En la búsqueda encontré la Universidad Gestalt de Diseño, que ofrece un plan que se ajusta a lo que tenía en mente. Dos años más tarde de ese viaje, aquí estoy, sintiéndome un poco más diseñador. Curiosamente algo que también acostumbraba hacer y que después de estudiar la Maestría en Diseño Industrial entendí es que un diseñador industrial también puede diseñar procesos además de ser un creador de objetos. En mis años de juventud recuerdo una anécdota y es que viajando en el camión podía pensar cómo hacer para mejorar el servicio, cómo hacer para que el camión no se llenara, cómo organizar el flujo de pasaje, pensar en cómo disminuir accidentes, etc . Hoy entiendo que era mi cerebro de diseñador que hacía eso.

Hoy, soy ingeniero civil además de diseñador y considero estar en el clímax de mi vida profesional. Ingeniero Civil – Diseñador Diseñador – Ingeniero Civil, como dijo el matemático

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francés Pierre Fermat “El orden de los factores no altera el producto” y el producto es el resultado de esas dos carreras. No sé si mi mente de diseñador se complementó con la ingeniería civil o al revés, lo cierto es que gracias a ambas he podido incursionar en cosas que disfruto mucho y que nunca pensé en hacerlo; actualmente puedo entender cómo construyen un puente, pero además entiendo un poco de cómo hacen los objetos que vienen en esas revistas que me gusta hojear, pero lo mejor de todo es que puedo diseñar y construir mis propios objetos. Soy un diseñador.

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RESUMEN

La malla plástica tridimensional es un dispositivo modular que a lo largo de esta investigación queda demostrado puede ser empleado en un pavimento de concreto permeable como una opción asequible para su refuerzo y aumentar su módulo de ruptura (MR). Los modelos matemáticos elaborados en ANSYS y Solidworks, así como las pruebas mecánicas a especímenes (viguetas 15x15x50 cm) y su implementación en el fraccionamiento “La Cúspide” en la ciudad de Xalapa, Ver., así lo confirman.

La metodología Design Thinking fue la base de todo el proceso para la creación de distintas propuestas innovadoras hasta llegar a la opción óptima en términos de beneficios vs costos. Para llevar a cabo esta metodología fue necesario que todo el equipo que intervino en la ejecución del proyecto se compenetrara dentro del “pensamiento de diseñador”.

Para ello se empatizó con la comunidad ambiental y su demandan por soluciones que ayuden al ahorro del agua, resolver problemas por las altas temperaturas en las islas de calor que se forman en los pavimentos, así como disminución de ruido generada por el paso de vehículos en los mismos, pero por otro lado a los usuarios de la infraestructura en las ciudades que quieren evitar vialidades encharcadas originando colisiones vehiculares.

Se generaron una gran cantidad de propuestas con el apoyo de un equipo multidisciplinario situado dentro y fuera del estado. Aunque la mayoría de las propuestas en la lluvia de ideas nació de investigaciones sobre nanoestructuras, también existe un porcentaje de aportación de la naturaleza empleando biomímesis.

El prototipado empleó nuevas tecnologías como la impresión 3D. Fue afortunado contar las herramientas adecuadas para poder aceptar o descartar con relativa facilidad las opciones que se generaban.

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Las pruebas iniciales realizadas a los especímenes de concreto, antes de su implementación, sirvieron para realizar algunas correcciones a los prototipos finales que se elaboraron en la ciudad de Monterrey, NL.

Finalmente, la implementación con la construcción de 220 m2 de pavimento de concreto permeable en el fraccionamiento La Cúspide en Xalapa, Ver., con la satisfacción de los usuarios y el reconocimiento por los resultados obtenidos.

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ABSTRACT

During this research we confirm that the tridimensional plastic mesh is a modular device useful like reinforcement in permeable concrete pavement. This study demonstrated the device increase modulus of rupture (MR). First supporting with FEA (Finite Element Analysis) using ANSYS and Solidworks software, then making concrete beams (15x15x50 cm), and finally implementation at La Cúspide colony in Xalapa, in Veracruz.

Design Thinking methodology support the complete process and is the base to generate many and different innovative proposals until the final which is the best in terms of cost vs benefits.

Communication between the members of the team, all thinking like designers and not just as engineers.

Empathize with ecological issues and the demand for saving water solutions, solving problems about high temperatures originate byheat islands in concrete pavements, reducing noise caused by the traffic over the road, and in the other hand people who use the infrastructure´s cities with their cars do not want to crash each other.

Many proposals were generated with a multidisciplinary team, most of then out of Veracruz (Queretaro and San Luis Potosi). Most come from nanostructures research, but another part come from nature using biomimicry.

The team were lucky because counted with technologies like 3D printing for fast prototyping, in thisway,it can berefuseoracceptedis averyshorttime,andmodifyresultingonnewprototype.

Initial test on concrete beam help us to correct prototypes before the finals ones made on Monterrey, NL.

Finallyimplementation of 220 m2 of permeable concrete beam with a satisfaction for users and recognition of the results obtained.

2.4.3.5

3.2.2

3.2.3 Selección de la propuesta final para refuerzo ortogonal e impresión 3D

3.3 Propuestas de Refuerzo Triangular-Bidimensional ..............................................................63

3.3.1 Diseño Geométrico del Refuerzo Triangular........................................................................63

3.3.2 Prueba constructiva: Resistencia a la flexión.......................................................................66

3.3.3 Selección de la Propuesta Final Para Refuerzo Triangular e Impresión 3D del Pavimento

3.3.4

3.4 Análisis comparativo entre el refuerzo ortogonal y triangular .............................................70

3.5 Propuestas de Refuerzo Tridimensional..............................................................................71

3.5.1 Diseño Geométrico del Refuerzo Tridimensional 71

3.5.2 Prueba constructiva: Resistencia a la flexión

3.5.3 Selección de la Propuesta Final Para Refuerzo Tridimensional e Impresión 3D del Pavimento Permeable con Refuerzo Tridimensional

3.6 Análisis Comparativo entre los Refuerzos Bidimensionales y Tridimensionales....................77

3.7 Selección de la Propuesta Final Para Refuerzo del Pavimento Permeable en Función de la

4.1.1 Diseño de la producción de refuerzo seleccionado para el pavimento permeable ............80

4.1.2 Implementación y colocación de concreto permeable reforzado

4.2

5.1 Monitoreo y evaluación de concreto

5.2 Propuestas de conservación y mantenimiento....................................................................94 5.3 Conclusión.........................................................................................................................96 6.

ANEXOS

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 . Ingredientes para la rosca de innovación. Fuente propia.....................................................................16

Figura 2. Rosca de innovación terminada. Fuente propia……………………………………………………… 18

Figura 3. Ilustración del proceso de innovación. Fuente: Beckman S. & Barry M. (2007)………………………………………………………………………………………………

Figura 4. Proceso de diseño empleado en el proyecto por el equipo. Design Thinking…………….………….19

Figura 5 De izq. a der. Geometría biaxial, uniaxial y triaxial. Recuperado de: https://www.natlawreview.com/article/superiority-triangular-geogrids-over-uniaxial-and-biaxial-geogridsissue-action-brou

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Figura 6 De izq. a der. Nanoestructura de cerámicos, Vista de Torre Eiffel. Recuperado de: https://ingenieriadematerialesanahuac.wordpress.com/articulos/material-super-fuerteyligero/ y http://www.archdaily.mx/mx/02-81639/clasicos-de-arquitectura-torre-eiffel-gustave-eiffel/1278563559fredrelaix1 26

Figura 7 Zigurat de la antigua Mesopotamia. Reforzado con los materiales disponibles de la época. Recuperado de: https://www.geologics.nl/sample-page/eufraat/ 31

Figura 8 Malla plástica para barrera como defensa en autopistas, delimitación en áreas de construcción y eventos deportivos. Se fabricán en naranja, azul, verde y amarillo; así como diferentes pesos de acuerdo a su aplicación. Para su fabricación se usan polipropileno y polipropileno de alta densidad, en algunos casos se le puede aplicar un estabilizador UV. La presentación principal es en rollos de 50 m de largo por 1 m de ancho. Recuperado de: http://www.globalsources.com/gsol/I/Plastic-meshmanufacturers/b/2000000003844/3000000195281/28444.htm?view=grid ........................................................32

Figura 9 Redes de pesca, fabricadas a base de filamento de plástico extruido, pueden ser a base de PET, PA y PP de 0.06 mm a 2.5 mmm. Recuperado de: https://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_pesca................................32

Figura 10. Redes de seguridad para construcciones, actualmente se construyen en una mayor variedad de materiales como HDPE, PE, PP , en rollos de 50 y 200 m de longitud con distintos anchos. La presentación va

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de 50 a 300 gr por metro cuadrado. Recuperado de: http://www.nets4you.com/certified-fall-arrest-safety-netgreen-10m-x-15m.html

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Figura 11. Puente en Stirling, Escocia 34

Figura 12. Malla fabricada por el método de extrusión. Recuperada de: https://www.geogrid.com/enus/products/stratabase

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Figura 13. Malla fabricada por el método de soldadura. Recuperado de: https://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahU KEwiV-Kr8gvHUAhUGOj4KHcsiDYwQjRwIBw&url=http%3A%2F%2Fwww.abggeosynthetics.com%2F&psig=AFQjCNHqj2CHd5GLDig1UTxuI4kXch8Gfw&ust=1499305636723717

Figura 14. Malla fabricada por el método de tejido. Recuperado de: http://www.abg-geosynthetics.com

Figura 15. De izq. a der.: Isométrico de módulo de malla Truss con ensamble mecánico, Detalle de ensamble para mallas e Isométrico de módulo de malla de Grafeno. Fuente propia.

Figura 16. De izq. a der.: Isométrico de módulo de malla Ortogonal-A con ensamble mecánico, Detalle de ensamble para mallas e Isométrico de módulo de malla de hexagonal. Fuente propia.

Figura 17. Vista en planta. De izq. a der.: Malla de Grafeno, Malla Hexagonal y Malla Ortogonal-A. Fuente propia

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Figura 18. Clasificación de los nanomateriales según su número de dimensiones. Recuperado de: http://eng.thesaurus.rusnano.com/wiki/article1371.............................................................................................43

Figura 19. Nanoestructura del diamante y grafito. Recuperado de: http://carbonoquim.blogspot.mx/2012/05/diferencias-carbono-grafito-carbono.html........................................45

Figura 20. Nanoestructura del Fullereno C60C60. Recuperado de: http://carbonoesvida.blogspot.mx................47

Figura 21. Nanoestructura de nanotubos de carbono de pared simple y de paredes múltiples. Recuperado de: http://www.nanotubo.com.ar/nanotubos-de-carbono.php...................................................................................48

Figura 22. Nanoestructura del grafeno. Grandes cantidades de capas de grafeno juntas sobre una flor. Recuperado de: Recuperado de: http://www.muyinteresante.es/revista-muy/noticias-muy/articulo/larevolucion-de-los-materiales-2d-581435741121 y http://www.libertaddigital.com/cienciatecnologia/ciencia/2013-03-22/aerogel-de-grafeno-el-material-solido-mas-ligero-del-mundo-1276485646/ 49

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Figura 23. De izq. a der.: Estructura básica para malla Grafeno y Estructura básica para malla Ortogonal-A. Fuente propia.

Figura 24. De izq a der.: Estructura básica para malla Truss. Estructura básica para malla Ortogonal B.

Estructura básica para malla hexagonal. Fuente propia.

Figura 25. Logotipo Solidworks y Logotipo Ansys. Recuperado de: http://www.solidworks.com y www.ansys.com

Figura 26. Impresora 3D para prototipado en ABS y Nylon. Fuente propia.

Figura 27. De izq a der.: Malla modificada producto del primer ensayo a 7 días en especímenes y dimensiones de la malla original (malla ortogonal A). Fuente propia

Figura 28. De izq. a der.: Propuesta “square grid” modelado en software CAD. Modelo base y conjunto malla. Fuente propia.

Figura 29. De izq. a der.: Propuesta “hexcama” modelado en software CAD. Modelo base y conjunto malla. Inspirado en la geometría de las placas óseas que componen el caparazón de tortuga. Fuente propia.

Figura 30. Peso de modelos prototipo ortogonales impresos en 3D. Fuente propia.

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Figura 31. Dimensiones de prototipos ortogonales. Fuente propia.......................................................................57

Figura 32. Prueba a flexión del modelo hexcama 1.0. Fuente propia. ..................................................................59

Figura 33. Propuesta final para refuerzo ortogonal bidimendsional “Hexcama 2.0”. Fuente propia. ...................60

Figura 34. Colado de viguetas reforzadas con el modelo hexcama 2.0. Fuente propia.........................................61

Figura 35. Propuesta “Triaxial” modelado en software CAD. De izq. a der.: Modelo base y Conjunto malla.

Fuente propia. .....................................................................................................................................................64

Figura 36. Propuesta GridHex modelado en software CAD. De izq. a der.: Modelo base y Conjunto malla.

Fuente propia.

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Figura 37. Peso de modelos prototipo triangulares impresos en 3D. Fuente propia. ............................................64

Figura 38. Dimensiones prototipos triangulares. Fuente propia.

Figura 39. Prueba a flexión del modelo Triaxial. Fuente propia.

Figura 40. Prueba a flexión del modelo GridHex. Fuente propia.

Figura 41. Propuesta final para refuerzo ortogonal tridimensional “triaxial 2.0”. Fuente propia

Figura 42. Prueba a flexión del modelo Triaxial 2.0. Fuente propia.

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Figura 43. Propuesta “Celosía” modelado en software CAD. De izq. a der.: Modelo base y Conjunto malla.

Fuente propia.

Figura 44. Propuesta “Grafito” modelado en software CAD. De izq. a der.: Modelo base y Conjunto malla.

Fuente propia.

Figura 45. Propuesta “Nexu” modelado en software CAD. De izq. a der.: Modelo base y Conjunto malla

Figura 46. Peso de modelos prototipo tridimensionales impresos en 3D. Fuente propia.

Figura 47. Colado de viguetas reforzadas con el modelo Celosía. Fuente propia

Figura 48. Propuesta final para refuerzo tridimensional. Fuente propia

Figura 49. Router CNC empleado. Fuente propia

Figura 50 Importación del archivo en el software nativo del equipo de corte. Fuente propia.

Figura 51. Momento del corte de la geometría. Fuente propia.

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Figura 52. De izq. a der. Piezas terminadas y embaladas. Lote cero de piezas en almacenamiento. Fuente propia 82

Figura 53. Condiciones iniciales de las vialidades internas del fraccionamiento Cúspide. Fuente propia. 83

Figura 54. Colocación de la capa de polipropileno. Fuente propia. ......................................................................86

Figura 55. Vaciado de la mezcla de concreto permeable de forma directa. Fuente propia. ..................................87

Figura 56. Distribución de la mezcla de manera manual. Fuente propia. .............................................................88

Figura 57. Nivelación uniforme de la mezcla a una altura de 3 cm. Fuente propia. .............................................88

Figura 58. Colocación de refuerzo plástico “Triaxial 2.0”. Fuente propia............................................................89

Figura 59. Colocación de ensamble Nexu tridimensional en franja lateral del sitio de implantación. Fuente propia…..............................................................................................................................................................90

Figura 60. Vaciado de segundo depósito de mezcla de concreto permeable. Fuente propia. 91

Figura 61. Compactación de la superficie. Fuente propia.....................................................................................92

Introducción

Hoy en día, la evolución constante de las tecnologías, la globalización y la rapidez con que se transmite la información, son características fundamentales de nuestro entorno, en el cual, la creación de productos y servicios innovadores que no sólo satisfagan las necesidades de los usuarios, sino que además aporten valores estéticos al producto y se complementen con una correcta funcionalidad, son la demanda actual del mercado, integrando un valor agregado a los bienes y servicios ofrecidos.

Lo anterior, hace que el diseñador industrial se incorpore también en el análisis yplanteamiento de propuestas, en soluciones no solamente de productos tangibles, sino también en el diseño de servicios, la investigación y otras áreas; el diseñador es, entonces, el enlace entre las necesidades de los usuarios y las necesidades de las industrias y/o empresas, buscando un equilibrio entre los beneficios y las soluciones

El presente proyecto reúne el trabajo desempeñado como ingeniero civil y diseñador, a través de la construcción y evaluación de un prototipo con capacidad modulatoria para reforzar estructuras de concreto y estabilización de suelos, a partir de una geometría con base en nanoestructuras de materiales resistentes, brindando de esta manera, mayor capacidad a la flexión de la estructura o suelo. Existen muchas marcas en el mercado empleando geomallas para la estabilización, sin que ninguna comercialice una tecnología basada en nanoestructuras.

Se profundiza también, en cómo han ido evolucionando los métodos de refuerzo a estructuras a lo largo de la historia, así como los antecedentes de productos basados en tecnologías similares que proporcionen información a este proyecto para seguir avanzando en la investigación y las características necesarias en el diseño y evaluación del producto.

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La meta es diseñar, desarrollar, construir y evaluar una geomalla plástica en tres dimensiones (largo, ancho y espesor), que soporten mayores esfuerzos, optimizando los recursos utilizados, basada en nanoestructuras que provean una resistencia mayor, mejor distribución de esfuerzos y mejor flexibilidad que las existentes.

De las aplicaciones visualizadas para la malla se encuentran, entre otras, el refuerzo a pavimentos permeables, refuerzo para muros de mampostería y en general como refuerzo a estructuras de concreto. Para efectos del presente trabajo, se implantará y evaluará el desempeño de la malla en un pavimento permeable para tránsito pesado en la ciudad de Xalapa.

La ingeniería civil, es un área que se centra en el desarrollo de la sociedad urbana y rural, buscando soluciones integrales a los problemas de las poblaciones; y, de acuerdo al Consejo Internacional de Sociedad de Diseño Industrial (ICSID, por sus siglas en inglés) el diseño industrial, es una actividad técnica, intelectual, creativa y proyectual, que permite mediante el empleo de una metodología una solución objetiva para la fabricación seriada de cualquier tipo de objeto. Conjuntar estas dos disciplinas logrará obtener un producto que brinde un equilibrio entre la innovación de productos a través del diseño industrial y los beneficios y soluciones ofertados al mercado.

Objetivos

Objetivo general

Para efectos de desarrollar el presente proyecto, el objetivo planteado es:

o Construir un prototipo con capacidad modulatoria para reforzar estructuras de concreto y estabilización de suelos a partir de una geometría basada en nanoestructuras de materiales resistentes proporcionando mayor capacidad a la flexión.

Objetivos específicos

o Realizar la investigación correspondiente a la utilización de nanoestructuras para su aplicación en malla tridimensional

o Diseñar y construir prototipo de una malla tridimensional proporcionando una geometría topológica y euclidiana

o Documentar los resultados obtenidos para determinar la factibilidad de realizar pruebas en ambiente real

0. DESIGN THINKING

Para entender mejor lo que es esta filosofía, realiza una analogía como si fuera un panadero al cual se le encarga la elaboración de una rica rosca de innovación. El tazón “empatía” se colocan los ingredientes: las necesidades, que bajo un enfoque del ser humano pueden ser todas aquellas que surgen de nuestras actividades diarias, pero que también existen en la conservación del planeta; la tecnología, que son todos los conocimientos que nos permiten diseñar una solución a nuestras necesidades y, los requisitos o requerimientos del proyecto, son aquellos que debe cumplirse para llevar la actividad exitosamente. Mezclamos e integramos perfectamente nuestros ingredientes hasta hacer una masa, la retiramos del tazón vaciándola en el molde que meteremos al horno. Después de cocinarla a fuego lento, sin prisa ni buscar atajos tenemos nuestra rica rosa de innovación.

EMPATÍA

Figura 1 . Ingredientes para la rosca de Innovación.

Esta analogía se realiza con base en las palabras de Tim Brown, presidente de la importante empresa de diseño IDEO.

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La generación de IDEAS inicia con la abstracción de necesidades, para proceder a realizar una síntesis y calcular cuál es la mejor solución a la problemática que se plantea.

ABSTRACT

ANALYSIS

3. Ilustración de1 proceso de innovación.

CONCRETE

SYNTHESIS

Figura 2 Rosca de innovación terminada

Figura

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA ESTRUCTURAS DE CONCRETO

Para el proyecto de la Malla Plástica Tridimensional para Estructuras de Concreto se empleó la filosofía Design Thinking con las siguientes etapas.

Definición del reto

Hallazgos

Análisis de resultado

Pruebas con usuarios

Entrevista de opinión

APRENDER

PROBAR

DEFINIR

GENERAR CONOCER

Investigación del contexto

Definición del reto del equipo

Encuestas

Entrevistas

Observaciones

Identificación de necesidades

Ideas personales / Sesiones brainstorming

Combinación y selección de conceptos

Figura 4. Proceso de diseño empleado en el proyecto por el equipo

DEFINIR: La definición queda identificada en los primeros capítulos, principalmente en la justificación del proyecto y problema o área de oportunidad; definiendo la metodología y las estrategias de investigación. El reto del equipo fue tener una buena comunicación puesto que nos

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encontrábamos en distintos sitios; Xalapa y Coatzacoalcos en Veracruz, Querétaro y San Luis Potosí, además de ser un equipo multidisciplinario: arquitectos, ingenieros y diseñadores.

CONOCER: Es la investigación general en México y otras partes del mundo de cómo están atendiendo la problemática. Tuvimos platicas muycercanas con investigadores en Querétaro sobre productos químicos, ingenieros encargados de plantas concreteras para la elaboración del concreto permeable e ingenieros químicos en Coatzacoalcos para entender cómo mejorar las reacciones químicas durante el fraguado del concreto.

GENERAR: Esta etapa es la más creativa y por consecuencia la más divertida. Generamos una grancantidaddesolucionesbasadasprincipalmenteennanoestructuras ybiomimetismo.Almismo tiempo se hicieron combinación entre las soluciones y de éstas surgían nuevas soluciones. Podríamos seguir en esta etapa de no ser que existía un programa de tiempos que cumplir.

PROBAR: Es la etapa que considero un parteaguas en cualquier proyecto, pero que puede estar llena de satisfacciones o de decepciones, porque probamos si nuestras ideas o soluciones tienen alguna probabilidad de funcionar. En nuestro proyecto fue de gran ayuda contar con la tecnología de la impresión 3D y el corte CNC, gracias a éstas fue posible probar y corregir las soluciones planteadas. Se realizaron especímenes de concreto para evaluar en forma el fast track ydeterminar la resistencia a la flexión.

APRENDER: Etapa final empleada principal para el análisis de resultados. El equipo realizó un monitoreo en el sitio donde se implementó el concreto permeable reforzado con la malla plástica. Resultado de lo anterior se tomó nota de algunos hallazgos que no fueron parte del convenio con CONACYT, pero que pueden ser base para futuras investigaciones.

1. DEFINIR

1.1 Justificación del proyecto Hoyen día,el empleodelas geomallassehaido diversificando desdelaestabilización desuelos blandos, siendo común la presencia de asentamientos diferenciales en terrenos arcillosos o donde también ocurre el fenómeno de licuefacción en suelos granulares como las arenas; utilizando la mallaplásticaen laredistribución delaspresiones transmitidas porlacarga vehicular; disminución de capas granulares en terraplén, aumento de la capacidad de carga de los suelos base yreduciendo las deformaciones en la superficie de rodamiento otorgando una mayor vida útil a los pavimentos. Los espacios entre los elementos de la malla provoca una trabazón de los agregados y debido a ésta (la trabazón) se logra optimizar la distribución de los esfuerzos sobre el suelo donde se desplaza la estructura, esto genera y aumenta el confinamiento y resistencia. En vialidades, es frecuentemente empleada como refuerzo en pavimentos asfálticos e hidráulicos reduciendo las fisuras en las carpetas asfálticas y aumentando la resistencia a la fatiga en los materiales bituminosos, como refuerzo en terraplenes empleados como plataformas para construcciones, vías de comunicación y prácticamente cualquier obra de ingeniería civil, así como en muros y taludes.

Sin embargo, con esta nueva tecnología de mallas tridimensionales, el uso de impresoras 3D y máquinas de control numérico, la fabricación de estos mecanismos de reforzamiento (mallas), sus aplicaciones y geometría será más amplia.

Existen muchas marcas en el mercado, pero hasta ahora ninguna comercializa una tecnología basada en una ciencia de reciente descubrimiento (20 años) como lo son las nanoestructuras. Dentro de las aplicaciones para esta ciencia se tienen a la medicina, conductividad eléctrica, propiedades mecánicas, estructuras, arquitectura y muchas más. Con esta ciencia se buscan las

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ventajas de sus propiedades cuando se estudian a escala nanométrica. Los productos que se encuentran en el mercado básicamente se diferencian por el tipo de polímero con que se elaboran, ya que pueden ser poliéster, polipropileno y polietileno de alta densidad y, también de acuerdo a su proceso de fabricación, soldadas, tejidas o extruidas, sin embargo en su geometría sólo se tienen dos opciones: las triangulares (triaxiales) y las rectangulares (biaxiales). Con el estudio de la nanotecnología se pueden aportar nuevas estructuras geométricas, por lo que su configuración plana puede cambiar, teniendo ahora las tres dimensiones (largo, ancho y espesor)

1.2 Problema y/o área de oportunidad

Actualmente existen en el mercado geomallas (bidireccionales y tridireccionales) que apoyan en el refuerzo de taludes y terraplenes para la construcción de pavimentos, pero muchas veces estos refuerzos son insuficientes y muchas veces se recurre al empleo de dos capas para lograrlo,

elevando el costo de la obra. El objetivo del proyecto es diseñar, desarrollar y construir una geomalla plástica de tres dimensiones (largo, ancho y espesor) ya que las actuales son planas, que pueda soportar mayores esfuerzos que las actuales, basada en nanoestructuras que provean una resistencia mayor, una mejor distribución de esfuerzos y mejor flexibilidad que las existentes.

Alternativamente las geomallas son usadas en cimentaciones, en especial cimentaciones superficiales por lo que su empleo para este tipo de uso puede llegar a tener gran mercado, ya que un gran porcentaje de las cimentaciones construidas son superficiales para pequeñas cargas. Al usar este tipo de malla para reforzar el terreno donde se desplantará la cimentación se pretende es aumentar su capacidad de carga y disminuir los asentamientos al distribuir los esfuerzos. Un uso más moderno de las mallas es en la disminución y control de la erosión hídrica y eólica.

Desafortunadamente no existen en México estimaciones del tamaño de mercado, pero se tiene cifras estimadas para EE.UU yde acuerdo a Freedoniagroup1 el mercado para los geosintéticos en Estados Unidos se incrementa 6.6% por año y para el 2017 se estiman ventas de 1.3 billones de yardas cuadradas ya que su empleo más fuerte es en construcción de autopistas, uno de los grandes rubros en cada gobierno. En este estudio se tiene contemplado que es repartido entre 40 empresas para la fabricación de las geomallas.

1 Geosinthetics- Demand and Sales Forecast, Market Share, Market Size, Market Leaders http://www.freedoniagroup.com/Geosynthetics.html

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En México no existen ventas de ese tamaño, pero de acuerdo a la Secretaria de Comunicaciones y Transporte2, los primeros dos años del presente gobierno de Enrique Peña Nieto se realizaron inversiones por 163 mil millones de pesos en el sector carretero, lo cual proporciona un panorama de la inversión que realizan los gobiernos en el rubro de comunicaciones terrestres.

La propuesta de malla plástica tridimensional tendrá tres dimensiones (largo, ancho y espesor) a diferencia de las mallas que actualmente se encuentran en el mercado que son totalmente planas, la innovación en la malla dotada de espesor se enriquecerá con el estudio de nanoestructuras que aportarán a la malla una mejor distribución de esfuerzos. Está comprobado que la nano-tecnología contribuye al diseño, la creación, manipulación y aplicación de nuevos materiales y estructuras, debido a que lo materiales cuando se encuentran a escala nanométrica modifican sus propiedades fisicoquímicas, aparte de que ofrecen diferentes ventajas de aplicación3 .

Con el espesor en la malla se tendrán dos líneas de distribución de los esfuerzos yno solamente una línea como las mallas convencionales. Las dos mallas (superior e inferior) están unidas por estructura diseñada a partir de la nanoestructura seleccionada. Esta estructura de enlace entre los dos lechos de las mallas proveerá un sistema de muelleo continuo neutralizando la carga aplicada y entrando en función la tercera ley de Newton, donde cada muelle distribuye también la presión en sentido opuesto a la dirección de la aplicación de la carga.

Este sistema, aplicándolo en cimentaciones superficiales, tendrá mejores resultados, ya que parte de la de la presión aplicada, se distribuye hacia el terreno donde se desplantará y otra se distribuye por los sistemas de muelles continuos, distribuyéndola en la superficie total.

2 Detona SCT inversiones por 163 mil mdp en carreteras durante los dos primeros años de esta administración, http://www.sct.gob.mx/despliega-noticias/article/detona-sct-inversiones-por-163-mil-mdp-en-carreterasdurante-los-dos-primeros-anos-de-esta-administ/

3 Gustavo López, “Nanoestructuras metálicas. Síntesis, caracterización y aplicaciones”

2. CONOCER

2.1 Estado del arte

Las geomallas estuvieron por primera vez disponibles en el Reino Unido finales de la década de los 70 y en los primeros de los 80 por el Dr. Frank Brian Mercer (1927-1998), quien vendió a su vez su diseño a la compañía Tensar, hoy pionera en el mercado. A la fecha se siguen trabajando en tres tipos de geomallas: las originales que son las geomallas perforadas y estiradas, después nació una segunda categoría, las de tipo textil, que son fibras de poliéster forradas de polietileno, diseñadas también en el Reino Unido (1980) y la tercera categoría fabricadas con láser y ultrasonido. Es importante señalar que para un diseñador este tipo de tecnología es muyinteresante al ser dinámica, no solo en el aspecto de métodos de fabricación, sino por la información técnica que puede proporcionar.

En el plano internacional el desarrollo y mejora continua en las tecnologías relacionadas con la inclusión de materiales geosintéticos como una herramienta más en la solución de problemas de ingeniería se encuentra en constante crecimiento. Son muchas las empresas encargadas de investigar, probar y desarrollar nuevas formas, materiales y productos finales en la rama de los geosintéticos, sin embargo a nivel nacional no existen empresas encargadas de desarrollar nuevas tecnologías. Actualmente únicamente se pueden encontrar distribuidores de los productos que desarrollan empresas extranjeras.

La revista internacional “Geosynthetics”, una publicación de la Sociedad Norteamericana de Geosintéticos (NAGS, por sus siglas en inglés) en conjunto con la Asociación de Materiales Geosintéticos, presentó en 2015 su guía de especificaciones. En el apartado referente a geomallas se pueden encontrar los principales productores y distribuidores, así como las propiedades de cada uno de los productos ofertados.

La evolución en la geometría se ha centrado en 3 grupos principalmente: las uniaxiales, las biaxiales y triaxiales (Figura 5), siendo estas últimas las más recientes en salir al mercado, sin embargo su patente fue registrada desde 2003. Con lo anterior se observa que desde sus inicios en los años 80 a la fecha (35 años) la tecnología de este tipo de implementos se ha desarrollado en sus materiales y método de fabricación, no así su geometría.

Figura 5. De izq a der. Geometría Biaxial, Uniaxial y Triaxial

Las tres geometrías tienen propiedades de una geometría euclidiana, pero las uniaxiales y biaxiales (figura de la izquierda y central) comparten la característica de poseer ángulos rectos, formando cuadrados o rectángulos reforzados en sus aristas. Para las triaxiales (figura de la derecha) los ángulos que la componen son agudos y también presenta refuerzo en las aristas.

Al respecto, pero fuera del campo de la mallas, recientemente (2014) investigadores del CTI (Instituto de Tecnología de California) diseñaron un nuevo tipo de material basado en nanoestructuras de cerámicos (Figura 6), yse prevé utilizarlo en la fabricación de aviones ybarcos por su resistencia y ligereza4. Posee una geometría que ha sido comparada con la estructura de la Torre Eiffel (Figura 6), con diagonales cruzadas trabajando en forma de armadura, transmitiendo las fuerzas de tensión y compresión a todo el módulo, haciendo que los esfuerzos se transfieran a lo largo del cuerpo.

4 Greer Julia, “Welcome to Greer Group”, http://www.jrgreer.caltech.edu/home.php

Con esta geometría y el uso de diagonales la investigadora Julia Greer determinó que con el cuidadoso diseño de estos elementos y sus uniones, se podía diseñar un elemento capaz de recuperarse después de ser comprimidos por una presión externa, tal y como trabaja una esponja.

En la geometría fractal desarrollada por la Dra. Greer, parte de la hipótesis que un cuerpo como la torre Eiffel, de 324 m de altura y con 9500 toneladas de peso, es 600 veces más ligera que la pirámide de Giza de 147 m de altura, pero que tiene la particularidad de ser una estructura abierta, no sólida, con gran porcentaje de vacíos. Está aplicación que usa la Dr. Greer, creando nuevo material basándose en la nanoestructura de un material distinto, utilizando su geometría para crear otro es lo que se quiere desarrollar en esta investigación, actualizando la geometría de las geomallas y para desarrollar un nuevo elemento de reforzamiento en elementos de concreto y estabilización de suelo.

Figura 6. De izq. a der. nanoestructura de cerámicos y vista de Torre Eiffel.

2.2 Marco conceptual

A continuación se describen una serie de conceptos para el mejor entendimiento del proyecto y que además son la base para las investigaciones realizadas.

El desarrollo de instrumentos, equipamiento y una serie de técnicas fueron cimentando una nueva ciencia con aplicaciones en la química, física y biología, que se enfoca en la manipulación de materiales y estructuras con medidas en el orden de nanómetros (escala atómica, molecular y supramolecular); a esta ciencia se le conoce como nanotecnología5

Las bases de la investigación se asentaron en esta ciencia, teniendo como objetivo final el desarrollo y construcción a tamaño macroescala6 de una malla plástica tridimensional.

Conociendo de la nanotecnología y sus aplicaciones en diversas áreas de la ciencia, la investigación se enfoca en definir los tamaños de las estructuras que pueden replicarse a una macroescala útil en el proyecto. Es así como se define al tamaño intermedio entre partículas moleculares y microscópicas a las nanoestructuras7. Cuando la superficie se encuentra sin textura, poseen una nanoescala con un grosor de 0.1 y 100 nm. La nanoescala con dos dimensiones se les denomina nanotubos, y los diámetros se encuentran entre los 0.1 y 100 nm, teniendo su longitud la posibilidad de ser mucho mayor. Finalmente las nanoestructuras esféricas tienen tres dimensiones, cada dimensión es entre 0.1 y 100 nm en el espacio.

El objetivo del proyecto, es diseñar una estructura plástica capaz de reforzar estructuralmente a un cuerpo de concreto y proveer estabilización a un terraplén; por lo anterior, es importante determinarlanano geometríaqueprovea los mejores resultados para cumplirel objetivo, originada

5 Real Academia Española, http://www.rae.es/

6 Enciclopedia Libre, “Wikipedia”, http://es.wikipedia.org/wiki/Nanotecnolog%C3%ADa

7 Enciclopedia Libre, “Wikipedia”, http://es.wikipedia.org/wiki/Nanoestructura

en sus enlaces químicos y las estructuras que se forman a nivel atómico y molecular de los diferentes compuestos y/o elementos.

Dentro de los antecedentes que dan origen a este proyecto se encuentran los productos planos manufacturados con polímeros y que son empleados en suelos, rocas y otras geotécnicas relacionadas como una parte integral de un proyecto de ingeniería civil, estructura o sistema. A estos productos se les conoce como geosintéticos8 y están fabricados de polímeros sintéticos, polipropileno, poliéster y polietileno.

Un complemento importante a la definición es mencionar que son fabricados con transformación industrial y son convertidos en láminas, fibras, películas, malla, tejidos y perfiles9 .

Otro producto conocido como Geomallas10 está relacionado con las investigaciones de este proyecto y es fabricado generalmente de material sintético, cuya característica es poseer tejidos estrechos, en un patrón de arreglo regular, con huecos entre los tejidos ylas bandas. Es el esfuerzo de tensión entre el tejido y los huecos de la banda el que proporciona la estabilización en los proyectos donde es utilizado

Existen fundamentos del diseño que también son esenciales en el desarrollo del proyecto, algunos de los cuales se comprenden mejor en el libro Fundamentosdediseñobiytridimensional, de Wucius Wong.

El primer concepto se vincula con las relaciones espaciales, su principal pensamiento es la continuidad y no importan las dimensiones. Esta rama de las matemáticas se le conoce como la geometría topológica o topológica

8 Idaho Transportation Deparment, http://itd.idaho.gov/enviro/stormwater/BMP/PDF%20Files%20for%20BMP/Chapter%205/PC8%20%20Geosynthetics.pdf

9 Geo-Productos Mexicanos, Definiciones, http://www.geoproductos.com.mx/geoweb/definiciones.html

10 Ground Trade for Change, Geogrid, http://www.groundtradesxchange.com/geosynthetics/geogrid.htm

Existe un concepto que involucra postulados muy importantes y que el proyecto aplica para cada uno de los modelos que se generaron. Los siguientes postulados de Euclides definen la geometría euclidiana:

1. Cada lado de los modelos se encuentra definido por segmentos de rectas delimitadas entre dos puntos.

2. Este segmento de recta se puede extender indefinidamente hasta formar una línea recta.

3. Algunos elementos se formaron a partir de un segmento de recta circunscrito por una circunferencia dada por un centro y un radio.

4. Los ángulos rectos formados en la geometría de los modelos son iguales entre sí.

5. Existen paralelas trazadas en un punto exterior de una recta.

6. Si una línea recta corta a otras dos, de tal manera que la suma de los ángulos interiores del mismo lado sea menor que dos ángulos rectos, las otras dos rectas se cortan, al prolongarlas, por el lado en el que están los ángulos menores que dos rectos.

Dentro de las características más importantes para el proyecto, pensando en una fabricación industrial, destaca una que consiste en un diseño compuesto por una cantidad de formas idénticas o similares entre sí, son formas unitarias o módulos que aparecen más de una vez en el diseño.

También existe una repetición de módulos y ocurre cuando todos los elementos visuales de los módulos: figuras, tamaño, color, constituyen una repetición. Para el proyecto es importante que éste ocurra en ambas dirección (ancho y largo) de la estructura que se requiere reforzar.

Cuando una parte de la estructura lineal de los módulos se presenta dentro de otro espacio delimitado por otra estructura lineal se le conoce como interpretación

En todos los modelos diseñados se presentan las líneas enlazadas sobre un plano, ya que los puntos que forman una línea son unidos con los puntos que forman otra línea.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Un matemático francés de origen polaco, Benoit Mandelbrot, en 1975 propone una geometría

que se presenta cuando el objeto o estructura básica es fragmentada o irregular, que se repite a diferentes escalas. Del latín fractus, quebrado o fracturado es la geometría fractal. Esta geometría

se presenta en varios de los prototipos diseñados, pero algunos fueron descartados posteriormente.

2.3 Marco histórico

Se tienen registros de la antigua Mesopotamia en el siglo sexto antes de Cristo, que usaban esteras tejidas de junco como refuerzo en suelos arcillosos para desplantar sus zigurats (antiguos templos de la civilización. Ver Figura 7).

Estetipo deestructuras frecuentementerebasabanlos 45m dealtura yalgunas hanpermanecido por más de 8000 años en pie11. Se le atribuye como creador de este tipo de tecnología en tiempos más modernos a Frank Brian Mercer, inventor yhombre de negocios de origen inglés. Fue gracias a su origen en la ciudad de Blackburn, donde la sociedad está muy involucrada a negocios de tejido, teñidos y acabados que lo inspiró para que en 1950 inventara el Proceso Netlon; para muchos este proceso es considerado el invento más innovador en la Gran Bretaña en el siglo XX. El proceso consiste en extruir hilos de plástico para formar una red y su campo de aplicación

11 P. R. S. Moorey. (1999). Ancient Mesopotamian Material and Industries. USA: Oxford University.

Figura 7. Zigurat de la antigua Mesopotamia. Reforzado con los materiales disponibles de la época.

MALLA PLÁSTICA

permanece muy usado actualmente, desde barreras contra impacto en autopistas (figura 8) hasta las redes para pesca (figura 9), pasando por bolsas para el mandado y carga de vegetales, así como redes de seguridad en construcciones12 (figura 10).

Figura 8. Malla plástica para barrera como defensa en autopistas, delimitación en áreas de construcción y eventos deportivos. Se fabricán en naranja, azul, verde y amarillo; así como diferentes pesos de acuerdo a su aplicación. Para su fabricación se usan polipropileno y polipropileno de alta densidad, en algunos casos se le puede aplicar un estabilizador UV. La presentación principal es en rollos de 50 m de largo por 1 m de ancho

Figura 9. Redes de pesca fabricadas a base de filamento de plástico extruido, pueden ser a base de PET, PA y PP de 0.06 mm a 2.5 mmm.

12 Tensar, Company History, http://www.tensarcorp.com/History

Figura 10. Redes de seguridad para construcciones, actualmente se construyen en una mayor variedad de materiales como HDPE, PE, PP , en rollos de 50 y 200 m de longitud con distintos anchos. La presentación va de 50 a 300 gr por metro cuadrado. Recuperado de: http://www.nets4you.com/certified-fall-arrest-safety-net-green-10m-x-15m.html

En 1956 patentó el sistema Netlon y continuó realizando investigaciones y mejoras. Sus extensas investigaciones permitieron que vendiera su patente a Tensar en 1978. Una malla plástica que puede llegar a ser más resistente que el propio acero.

Tensar International Limited, empresa que nace en 1983 de la unión de Gulf Canada Limited y Netlon Limited, tiene sus oficinas generales en Atlanta, Georgia, EEUU, pero inicialmente estuvo en el Reino Unido. En 1984, se colocan los primeros 175,000 pies cuadrados de malla uniaxial y biaxial, basándose en la tecnología desarrollada por Netlon.

Esta tecnología se empleaba para hacer estructuras poliméricas usando la extrusión de hojas de polietileno mediante una red abierta con cierta uniformidad y uniones integrales. La revolución completa sobre este tipo de nuevas estructuras empieza en 1984 en el Simposio sobre mallas de polímeros como reforzamiento, dando pie a las pruebas que deberá realizarse a estas estructuras que inicialmente solo eran de polipropileno o polietileno. Fue en 1987 donde este tipo de

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

ESTRUCTURAS DE CONCRETO

dispositivos es aceptado por la Agencia de Carreteras del Reino Unido, en sustitución de la malla de acero que era empleada en ese tiempo. Es interesante observar como con el descubrimiento de un polímero como refuerzo, da pie a la apertura para la utilización de otros materiales en la construcción, como la ceniza de combustible pulverizado, que no se podía emplear cuando se utilizaba exclusivamente la malla de acero, debido a la degradación química11 .

Para 1988, los aproches en un puente en el Centro de Escocia (figura 11) se basaron en la información emitida después del simposio y se empleó por primera vez una malla de Polietileno de alta densidad (HDPE) como refuerzo y la ceniza de combustible pulverizado como relleno.

Fue a lo largo de la década de los 80 cuando se expande y amplía la variedad de mallas y estuvieron disponibles en el mercado, además de emplearse para la estabilización y reforzamiento. Los métodos de manufactura se incrementaron con soldadura, tejido, de punto y la inicialmente extruida (figura 12). En la búsqueda de resistencia a largo plazo, bajo cargas para su empleo principalmente en la estabilización, fue como dio pie al empleo de más materiales polímeros y es creada la forma biaxial. En los inicios de la década de los 90 se hace cada vez más importante la certificación de los productos en muchos países, esto da como resultado la creación de muchos

Figura 11. Puente en Stirling, Escocia

departamentos dedicados exclusivamente en su diseño y por consiguiente desarrollo; por ejemplo en Hong Kong Geotechnical Engineering Office (GEO) y en Alemania, Institut Für Bautechnik (Instituto de la Tecnología de la Construcción). En 1995 nace un subcomité de desarrollo británico (BS8006) British Standard el cual se convierte rápidamente en una autoridad para el empleo mundial de este producto, proporcionando una guía para el diseño11 .

Para el siglo XXI (2009) se lanza al mercado en Estados Unidos de América la tecnología Triaxial y rápidamente desplaza los productos uni y biaxiales. Ya en este tiempo el desarrollo de una gran variedad de polímeros ha sido probada, específicamente el Cuerpo de la Armada de Ingenieros de los Estados Unidos (United States Army Corps of Engineers) Entre los polímeros empleados en la fabricación de estas estructuras están polietileno de alta densidad (HDPE), polipropileno (PP), poliester tereftalato (PET) y el polivinil (PVC).

A la par del desarrollo de los materiales, también hubo progresos en el perfeccionamiento de los métodos de manufactura. Ya no sólo se podía fabricar mediante la extrusión de las hojas de polietileno11 (figura 12).

Figura 12. Malla fabricada por el método de extrusión

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA ESTRUCTURAS DE

CONCRETO

Ahora, también se podía alimentar las costillas o fibras a un equipo soldador, donde a través del equipo pasan las costillas yson soldadas juntas (figura 13), formando aperturas predeterminadas13 .

13. Malla fabricada por el método de soldadura Recuperado de: https://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8& ved=0ahUKEwiV-Kr8gvHUAhUGOj4KHcsiDYwQjRwIBw&url=http%3A%2F%2Fwww.abggeosynthetics.com%2F&psig=AFQjCNHqj2CHd5GLDig1UTxuI4kXch8Gfw&ust=149930563672 3717

13 Naue (2012), “Geogrid Introduction”, http://www.viacon.fi/wp-content/uploads/2014/10/Secugrid-esite.pdf

Figura

Figura 14. Malla fabricada por el método de tejido

MALLA

Y por último lasmallas tejidas14 (figura 14), que proporcionan una gran resistencia a la tensión, muy superior a las uni y biaxiales con recubrimientos contra rayos UV.

Es así como desde hace más de 60 años, con el primer producto diseñado por el ingeniero Mercer, hasta la fecha con varias empresas alrededor del mundo lanzando sus productos al mercado, se puede observar que la variedad y amplitud de productos disponibles se han basado en descubrir nuevos métodos de manufactura y la utilización de nuevos materiales ya disponibles en el mercado; sin embargo su geometría ha estado siendo prácticamente la misma a lo largo de este tiempo. Con el advenimiento de una nueva ciencia como la nanotecnología y los nuevos equipos disponibles como impresoras 3D y máquinas CNC, se pueden ampliar las herramientas de manufactura y configuraciones de su geometría. Es posible proponer nuevos diseños que amplíen aún más la variedad en el mercado y que al término de unos años también puedan ser aplicados en distintos proyectos.

14 ACE Geosynthetics, thttp://www.geoace.com/e/acetex-pp.htm

MALLA PLÁSTICA

2.4 Marco teórico

2.4.1 Modularidad del diseño

El proyecto de la malla fabricada con base en un polímero sintético requiere de un diseño modular que permita optimizar el tiempo de construcción de las mallas durante el colado de un pavimento de concreto permeable, además, esta misma modulación facilita la transportación, ya que las piezas pueden ser apiladas una sobre otra debido a que cada pieza tendrá un peso de 0.150 gr/cm2 para las bidimensionales, y un peso de 220 gr/cm2 para las tridimensionales de hasta 4 cm de espesor, los módulos (figura 15) son desarmables porque cuentan con ensambles mecánicos diseñados para soportar las cargas de tensión a las que se verán sometidos, y así ha quedado de manifiesto en las pruebas mecánicas efectuadas donde los ensambles no han presentado fallas. Por último, proporcionar modularidad al proyecto permitió que surgieran otras funciones, por ejemplo en la estabilización de suelos con tendencia a la licuefacción.

Figura 15. De izq. a der : Isométrico de módulo de malla truss con ensamble mecánico, detalle de ensamble para mallas e isométrico de módulo de malla de grafeno..

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA ESTRUCTURAS DE CONCRETO

El diseño modular (figura 16) combina las ventajas de la estandarización, ya que de esta forma selogramanufacturarun altovolumendeproducciónabajoscostos (elcosto delmoldeseamortiza en la producción). El sistema modular del proyecto a diferencia de algunos otros sistemas modulares (sobre todo de arquitectura) permitirá un alto rendimiento donde la interface es muy complicada.

Figura 16. De izq. a der : Isométrico de módulo de malla ortogonal-A con ensamble mecánico, detalle de ensamble para mallas e isométrico de módulo de malla de hexagonal.

MALLA PLÁSTICA

2.4.2 Geometría euclidiana

Es la geometría basada en los postulados del matemático y geómetra griego Euclides, quien escribió los elementos donde presenta el estudio de las propiedades geometrícas regulares (líneas, planos, esferas, triángulos, conos, etc) y en sus postulados o teoremas; Euclides considera un pensamiento abstracto de la realidad15 .

La geometría que presentan los módulos del proyecto son del tipo euclidiana, al presentarse varios de los postulados de Euclides; por ejemplo los miembros o elementos están determinados por dos puntos cuales quiera, los ángulos rectos que presenta la malla son iguales entre sí, yexisten elementos o miembros en forma paralela a un punto cualquiera de cualquier otro miembro (figura 17).

Figura 17. Vista en planta. De izq. a der.: malla de grafeno, malla hexagonal y malla ortogonal-A

Presente también se encuentra y como parte de la geometría euclidiana, la geometría plana, y aunque está presente en todos los módulos, son los planos los que con mayor facilidad se pueden

15 Eliezer Braun, “Caos, Fractales y cosas raras”, http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/150/htm/caos.htm

identificar al ser precisamente esta geometría se aboca al estudio basado en elementos de dos dimensiones.

2.4.3 Nanotecnología

La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala; esto es, unas medidas extremadamente pequeñas, "nanos", que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis lleva a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas.

Esta ciencia relativamente nueva tiene múltiples aplicaciones, pero la utilidad en este proyecto, radica básicamente en el conocimiento y entendimiento de cómo las partículas atómicas forman sus enlaces, conformando estructuras muy resistentes.

La estructura que se diseña funcionará en vez del acero de refuerzo, tomando la fuerza de tensión a la que se someterá el concreto. Al igual que la Dra. Greer del CTI consigue caracterizar un material altamente resistente para la fabricación de aviones y barcos, con una estructura “porosa” incrementando el porcentaje de vacíos16, es posible también crear una malla porosa tridimensional que permita embeber en el concreto y proporcionar propiedades de resistencia mecánica al mismo. Esta misma porosidad deberá facilitar la tracción de la malla con base en un polímero sintético con los agregados pétreos del concreto permeable.

Aunque existen muchos factores, la historia de la especie humana y su desarrollo social están íntimamente interrelacionados con su capacidad de procesar sustancias halladas en la naturaleza y fabricar con ellas artículos para usos particulares. Estas sustancias se conocen con el nombre

16 Video: The surprising strengths of materials in the nanoworld | Julia Greer | TEDxCERN. https://www.youtube.com/watch?v=TjHYHY_IkUk

genérico de materiales, y el área del conocimiento que se dedica al estudio y modificación de sus propiedades, la búsqueda de otros no existentes y su eventual aplicación se llama ciencia de materiales.

Se conoce como ciencia de materiales nanoestructurados o genéricamente como nanociencia y nanotecnología a los sistemas cuyas dimensiones caen en el rango de los nanómetros (una millonésima de milímetro), dimensiones características de los átomos y las moléculas (Guozhong Cao, 2004). La importancia del área es su carácter multidisciplinario, que se manifiesta en el trabajo conjunto de físicos, químicos, ingenieros, biólogos, etc.

Muchos de los descubrimientos científicos más importantesrevolucionaron latecnología dando paso a una nueva era, en la que todo se explica desde el principio fundamental de los átomos. Ello provocó que científicos como Richard Feyman, ganador del Premio Nobel de física en 1965, empezaran a vislumbrar las posibilidades que presentaba la nanotecnología. Feyman mencionó que, al poder estudiar y entender el comportamiento de los átomos y las moléculas, se podrían interpretar de mejor manera los fenómenos en el universo, dando paso a la frase: “En el fondo hay espacio de sobra”17

Actualmente, la ciencia e ingenierías modernas de los nanomateriales forman un campo complejo y muy demandante para científicos de diversas disciplinas. Debido al avance de las ciencias experimentales, ahora se pueden hacer crecer de manera controlada agregados atómicos y estructuras laminares con dimensiones en el rango de los nanómetros. Con la síntesis de nuevos materiales de dimensiones nanométricas –como los cuasicristales, películas ultradelgadas, hilos atómicos metálicos y moleculares, nanopartículas metálicas y semiconductoras, fullerenos y 17 Nanotecnología. Richard P. Feynman. https://nanotecnologia.fundaciontelefonica.com/2006/10/03/richard-pfeynman-nobel-de-fisica-1965/

nanotubos de carbono, etc. – es necesario entender sus propiedades ybuscar aplicaciones prácticas que contribuyan al desarrollo y bienestar de la sociedad.

Según el número de dimensiones que se encuentran en el régimen nanométrico, los nanomateriales pueden clasificarse en cuatro tipos básicos18 (figura 18):

a) Materiales de dimensión cero (0D), en donde las tres dimensiones se ubican en el régimen nanométrico. A esta corresponden las nanopartículas < 10 nm, conocidas también como “puntos cuánticos”.

b) De una dimensión (1D), teniendo una longitud variable, conservan una sola dimensión en el régimen de nanómetros, como es el caso de los nanoalambres y los nanotubos.

c) De dos dimensiones (2D), con áreas de tamaño indefinido pero manteniendo su espesor < 100 nm, como es el caso de las películas delgadas.

d) De tres dimensiones (3D), en la que los sólidos tridimensionales están formados por unidades nanométricas.

Figura 18. Clasificación de los nanomateriales según su número de dimensiones.

18 Christophe Jean Delerue, M. L. (2013). Nanostructures: Theory and Modeling. Springer Science & Business Media.

Los nanomateriales poseen propiedades exacerbadas si se les compara con un material de mayores dimensiones, o incluso pueden presentar propiedades completamente nuevas e inesperadas. Es por ello que resulta indispensable su investigación y estudio adecuado, lo cual permitirá su mejor comprensión y llevará a aplicaciones tecnológicas de gran relevancia.

Los nanomateriales son sintetizados y modificados con el fin de mejorar su desempeño en procesos tecnológicos e industrializados y la composición del material difiere de acuerdo a su potencial uso. Dentro de los nanomateriales de mayor interés se encuentran los nanotubos de carbono y fullerenos, o bien algunos otros de carácter inorgánico como los “quantum dots” que son materiales semiconductores y las partículas de óxidos metálicos.

2.4.3.1

Nanoestructuras de carbono

El carbono es el elemento químico más estudiado, es el elemento central de la biología y la medicina, y también fundamental en la producción de energía y conservación del medio. El carbono está ampliamente distribuido en toda la naturaleza, a pesar de no ser un elemento tan abundante; representa un 0.3% de la corteza terrestre siendo el principal componente de los seres vivos y la base de la química orgánica. Una de sus propiedades más interesantes es que de un mismo átomo se puede dar lugar a materiales muy distintos. Los alótropos del carbono pueden ser19:

o Tridimensionales: diamante, grafito,

o Cero dimensionales: fullerenos,

o Monodimensionales: Nanotubos,

19 González Carmona,”Investigación y Ciencia”, http://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-yciencia/numero/408/electrnica-del-grafeno-8316

o Bidimensionales: grafeno

2.4.3.2 Diamante y grafito

Al comparar el diamante con grafito (figura 19), se puede determinar que estos materiales son dos formas alotrópicas del carbono, porque se diferencian en la forma en que se acomodan estructuralmente en el espacio, sus estructuras nanométricas corresponden a tres dimensiones y ambos están compuestos sólo por átomos de carbono; sus propiedades tan distintas surgen porque los átomos están ordenados de formas diferentes. Lo único que separa al frágil material que forma la mina de los lápices, de la piedra más dura del planeta, son siglos sometidos a presiones altas.

El diamante, sólido transparente con estructura cristalina cúbica, de gran rigidez, lo convierten en el material con mayor dureza y conductividad térmica de todos los conocidos.

El grafito, mineral de color gris oscuro con estructuras de láminas apiladas, tienen tendencia al deslizamiento y hacen de él un buen lubricante.

Figura 19. Nanoestructura del diamante y grafito

2.4.3.3 Fullerenos EnhonoraR. BuckminsterFuller; diseñador, arquitecto einventor estadounidense(1895-1983)

se ha llamado fullerenos a la tercera forma alotrópica del carbono. El descubrimiento de los fullerenos por Robert F. Curl, Harold Kroto y el recientemente fallecido Richard E. Smalley, en 1985 (premios Nobel de Química en 1996) representa uno de los grandes logros de la nanociencia. Los fullerenos, material de dimensión 0, fueron hallados vaporizando grafito con un pulso intenso de láser yutilizaron un flujo de helio gaseoso para llevar el carbono vaporizado a un espectrómetro de masas, donde se demostraron picos que correspondían a un conjunto de átomos de carbono, pero había un pico de en especial: moléculas formadas por C60C60 (figura 20).

Los fullerenos con su estructura en forma de jaula cerrada altamente simétrica, han sido objeto deintensainvestigación enlastres décadas quehan transcurrido desdequese conocesu existencia.

Cabe destacar, como ya se mencionó anteriormente, que es la tercera forma molecular más estable del carbono, luego del grafito y del diamante. El más conocido es el fullereno C60C60 (figura 20) cuyos átomos que forman su pared están ordenados en anillos de 5 y 6 átomos que a su vez forman 20 hexágonos y 12 pentágonos que se unen tomando forma esférica, más específicamente, un icosaedro truncado, igual a un balón de fútbol.

Entre las propiedades y aplicaciones que tienen destacan:

o Su estructura y dureza permiten la fabricación de nuevos materiales sólidos.

o Sus propiedades eléctricas son importantes, según con qué elemento se lo combine pueden ser aislantes, conductores o superconductores.

o Pueden actuar como cápsulas flexibles y resistentes.

2.4.3.4 Nanotubos

Desde su descubrimiento en 1991, los nanotubos de carbono han sido utilizados de maneras muy variadas en diversas áreas de la ciencia e ingeniería, debido en mayor parte a sus increíbles propiedades físicas y químicas. Teóricamente, los nanotubos de carbono son una hoja de grafeno enrollada sobre sí misma; dependiendo de cómo se enrolle ésta (a lo largo, ancho o, bien, de esquina a esquina), serían las propiedades del nanotubo obtenido. Sus propiedades, de acuerdo con el doblez que tenga, pueden ser semiconductoras hasta metálicas. Existen de una sola pared o de pared múltiple (figura 21).

Figura 20. Nanoestructura del Fullereno C60C60.

Figura 21. Nanoestructura de nanotubos de carbono de pared simple y de paredes múltiples.

Los nanotubos de carbono tienen la facilidad de absorber ciertas sustancias, además de tener una gran área superficial; son muy valorados y estudiados por sus propiedades electrónicas, mecánicas y térmicas:

o Dependiendo cómo se “enrolle” el nanotubo, puede ser aislante, conductor o semiconductor; además que son buenos conductores a temperatura ambiente y se pueden armar nanotubos infinitamente largos.

o Posee una alta capacidad de doblarse sin romperse y sin modificar su estructura interna.

Unnanotubo deparedsimplees muyduro,taldurezaaumentasi seagregan másparedes a su estructura del tubo. Considerando las propiedades mencionadas, el acero ya tiene un futuro sustituto que lograría edificios o puentes mucho más resistentes.

o Son muy buenos conductores de calor, así mismo poseen un muy bajo coeficiente térmico de expansión.

2.4.3.5 Grafeno

Descubierto en 2004 por la Universidad de Manchester, los grafenos son estructuras bidimensionales (figura 22) y surge cuando pequeñísimas partículas de carbono se agrupan de forma muy densa en láminas de dos dimensiones muy finas (tienen el espesor de un átomo), y en celdas hexagonales. Esta lámina procede del grafito ya mencionado anteriormente, la cual es una estructura tridimensional de numerosas capas de grafeno unidas entre ellas por fuerzas Van der Waals (aquellas que dan estabilidad a la unión entre varias moléculas).

El grafeno es, probablemente, el material más sorprendente debido a las propiedades extremas que tiene. Algunas de ellas son:

o Es el material más bidimensional que se conoce actualmente, esto es debido al grosor que tiene (sólo un átomo de carbono), siendo una capa. Aunque se hablara del grafeno en varias capas, por ejemplo 50, seguiría siendo extremadamente delgado.

o Es totalmente impermeable, excepto por el agua.

o Es un material altamente elástico.

Figura 22. Nanoestructura del grafeno. Grandes cantidades de capas de grafeno juntas sobre una flor

o Tiene una gran dureza. Ésta es la propiedad más inesperada del material, ya que, al ser extremadamente delgado, los científicos no esperaban que fuera tan duro.

o Conduce perfectamente la electricidad.

o Es muy ligero; una lámina de un metro cuadrado pesa tan sólo 0.77 mg.

2.5 Fractal Todos los modelos de prototipos parten de una estructura muy básica (figura 23 y 24), que se repiten hasta alcanzar y conformar un módulo. Este arreglo se basa partiendo de una geometría plana primero (si se trata de una malla tridimensional) y cuyas dimensiones topológicas deben permanecer en toda la superficie de la malla. En el caso de una malla o módulo plano, el objeto o estructura básica se extiende solamente en dos dimensiones y prevalece a lo largo de la geometría euclidiana.

Figura 23. De izq. a der.: Estructura básica para malla grafeno y estructura básica para malla ortogonal-A.

Figura 24. De izq. a der.: Estructura básica para malla Truss. Estructura básica para malla ortogonal B. Estructura básica para malla hexagonal

3. GENERAR

3.1 Marco metodológico

El presente trabajo de investigación tiene sus orígenes desde el año 2014 en el que trabajando en un aditivo orgánico para reforzar el concreto permeable. Se encontró que es posible mezclarlo y aumentar su resistencia mecánica, pero que no es rentable comercialmente ya que el proceso constructivo y los costos de su elaboración aumentan considerablemente. Este año, haciendo uso de la nanotecnología y tecnologías existentes como las geomallas, se pretende diseñar una malla modular con base en un polímero sintético como un refuerzo para el concreto permeable.

Con este objetivo se hace uso de prototipado por medio de la impresión 3D, tecnología actualmente disponible y relativamente al alcence de todos, mediante un modelo CAD elaborado en el software Solidworks (figura 25) y, posteriormente, recurrir a la Fabricación Asistida por Computadora (CAM), una manera económica de elaborar los prototipos y probarlos. También cada prototipo es probado en el Software ANSYS (figura 25) para determinación de esfuerzos tanto en el concreto como en las malla debido a las cargas actuantes.

25. Logotipo Solidworks y logotipo Ansys

Durante la investigación se recurrió a varias páginas de Internet en las que la Dra Greer (del CTI) participa, así como vídeos en Youtube.com donde ella o alguno de sus colaboradores dan diferentes puntos de vista de sus investigaciones realizadas. Pruebas y datos de la tecnología

Figura

MALLA

actualmente disponible se pudo extraer de datos técnicos por parte de la Purdue University y de Tensar Inc.

Es importante señalar que hasta el momento se continuan realizando pruebas; se han realizado pruebas a especímenes de concreto reforzados malla plana para ensaye a flexión de acuerdo a la ASTM C 78 (American Estándar Testing Material) con sólo 7 días de edad y resultado de lo

anterior se determinó que la malla nombrada como ortogonal-B es la que mayores beneficios aporta al concreto permeable, aumentando casi en un 30% la resistencia con respecto a la que menos beneficios proporcionó. Otra conclusión que se obtuvo es que si el elemento básico que conforma el módulo fractal es muycerrado, el espécimen de concreto prácticamente se dividirá en dos elementos, lo queharáquesefractureamenores cargas. Paralos especímenes queserealizarán y su posterior ensayo a 14 y 28 días, se modificó el tamaño de los elementos, obteniendo una geometría plana menos saturada, ahorrando material y disminuyendo la relación peso malla/m2 .

Figura 26. Impresora 3D para prototipado en ABS y nylon

Figura 27. De izq a der.: Malla modificada producto del primer ensayo a 7 días en especímenes y dimensiones de la malla original (malla ortogonal A)

Como se puede ver en la figura 27, las mallas que se modificaron en su geometría original fueron para tener una mayor abertura de los elementos, permitiendo una mayor tracción con los agregados pétreos del concreto.

Parte de la investigación, pero no de este trabajo profesional fue la realización de modelos matemáticos para Análisis de Elementos Finito (FEA, por sus siglas en inglés Finite Element

Analysis) a los prototipos seleccionados en las propuestas de refuerzo ortogonal-bidimensional, triangular-bidimensional y tridimensional. Esta fase fue importante porque permitió determinar el comportamiento mediante una simulación matemática y compararlo con los resultados de las pruebas mecánicas que se efectuaron. Posterior a la comparación de los resultados de las pruebas, la simulación matemática y las conclusiones realizadas, se determinó el mejor modelo y se evaluó la factibilidad de los métodos de fabricación industrial.

3.2 Propuestas de refuerzo ortogonal-bidimensional

3.2.1 Diseño geométrico del refuerzo ortogonal

Para esta etapa se evaluaron dos propuestas con características de ortogonalidad entre sus componentes (figura 28). Las características ideales que deben cubrir cada una de las propuestas elaboradas son las siguientes:

o Resistencia. Proveer al concreto permeable un aumento considerable bajo la actuación de cargas de trabajo principalmente en el sentido de tensión.

o Forma. La composición de estas propuestas se basa en el acomodo horizontal y vertical de sus elementos formando entre sí ángulos de 90°, con la finalidad de distribuir los esfuerzos actuantes en ambas direcciones. Así mismo, se implementarán los conceptos fundamentales de la nanoestructuración (alto porcentaje de vacíos con grandes resistencias)

o Trabazón. Permitir a los componentes del concreto permeable llenar los vacíos en el refuerzo para lograr una correcta adherencia concreto-refuerzo y con esto, la estructura trabaje como una sola para disipar los esfuerzos.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL

Figura 28. De izq. a der.: Propuesta “square grid” modelado en software CAD. Modelo base y conjunto malla. Fuente propia.

Figura 29. De izq. a der.: Propuesta “hexcama” modelado en software CAD. Modelo base y conjunto malla. Inspirado en la geometría de las placas óseas que componen el caparazón de tortuga. Fuente propia.

Figura 30. Peso de modelos prototipo ortogonales impresos en 3D. Fuente propia.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Tabla 1. Características de prototipos impresos ortogonales.

Nombre Square grid

Largo 15 cm

Ancho 15 cm Área que cubre 225 cm2

Altura .25 cm Peso 18 gr

Inició 03:05 p.m.

Terminó 04:13 p. m. Duración total de la impresión 1:08:00

Nombre Hexcama

Largo 16 cm

Ancho 16 cm Área que cubre 256 cm2

Altura .30 cm Peso 26 gr

Inició 09:00 a. m.

Terminó 10:29 a. m. Duración total de la impresión 1:29:00

Figura 31. Dimensiones de prototipos ortogonales.

3.2.2 Prueba constructiva: resistencia a la flexión

A partir de los resultados obtenidos en la simulación numérica a la que las dos propuestas ortogonales (square grid yhexcama) fueron sometidas, fue posible determinar cuál de las dos tiene una mejor respuesta estructural bajo las cargas actuantes.

Respecto a las deformaciones que se presentan, ambos modelos tienen unvalor máximode 0.67 e -08 mm, la diferencia reside en los valores máximos de esfuerzos que se observan en las secciones críticas del refuerzo; el modelo square grid tiene valores comprendidos entre 0.4 y 0.46 Mpa; por su parte, el modelo hexcama presenta valores máximos entre 0.14 y 0.37 MPa.

Según la distribución de esfuerzos, presentada en las gráficas obtenidas en la simulación numérica y los valores críticos enunciados arriba, el modelo hexcama tiene una mejor respuesta a la aplicación de cargas.

Por tal motivo, de las dos propuestas ortogonales iniciales, se selecciona al modelo hexcama para ser sometido a las pruebas constructivas de resistencia a la flexión, resultados que se plasman en la tabla 2 y puede observarse la ejecución del ensayo en la figura 32

2. Resultados de ensayo a flexión para el modelo hexcama 1.0 Hexcama 1.0

Figura 32. Prueba a flexión del modelo hexcama 1.0.

Tabla

MALLA PLÁSTICA

3.2.3 Selección de la propuesta final para refuerzo ortogonal e impresión 3D del pavimento permeable con refuerzo ortogonal

Los parámetros obtenidos en el ensayo a flexión de la primer propuesta fueron favorables, se observó una excelente interacción refuerzo plástico-concreto permeable, la permeabilidad no mostró alteración con la presencia del refuerzo, sin embargo, se observaron puntos donde los agregados del concreto permeable no tenían una correcta trabazón; por tal motivo, se procedió a incrementar y adaptar las dimensiones de los módulos que conforman al refuerzo de la propuesta original seleccionada.

Quedando finalmente la propuesta ortogonal como se muestra en la figura 33:

Figura 33. Propuesta final para refuerzo ortogonal bidimendsional hexcama 2.0

MALLA PLÁSTICA

3.2.4 Prueba constructiva: resistencia a la flexión

A partir de las modificaciones realizadas a la geometría original, el incremento en la abertura de los elementos que componen la malla de refuerzo, se obtienen nuevos parámetros de resistencia en el ensayo a flexión. Los resultados obtenidos para la versión 2.0 del modelo hexcama (figura 34), se presentan en la tabla siguiente:

Tabla 3. Resultados de prueba a flexión modelo hexcama 2.0. Hexcama 2.0

34. Colado de viguetas reforzadas con el modelo hexcama 2.0

Figura

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Respecto al modelo original de esta propuesta, la versión 2.0 muestra un incremento de 6.59%

en la resistencia a la flexión, dicho incremento se ve reflejado en el módulo de ruptura (MR) de ambas propuestas, pasando de un MR=27.3 kg/cm2 a un MR=29.1 kg/cm2 . Por otro lado,

comparando los resultados con las viguetas sin refuerzo cuyos valores se muestran en la sección

8.4 de este reporte, el refuerzo plástico hexcama 2.0 representa un incremento del 8.98%.

3.3 Propuestas de refuerzo triangular-bidimensional

3.3.1 Diseño geométrico del refuerzo triangular

Para esta etapa se evalúan dos propuestas con características basadas en el triángulo como elemento principal (figura 35), esto con la finalidad de hacer una distribución de esfuerzos en más direcciones comparado con las propuestas ortogonales. Las características ideales que deberán cubrir cada una de las propuestas elaboradas son las siguientes:

o Resistencia. Proveer al concreto permeable un aumento considerable bajo la actuación de cargas de trabajo principalmente en el sentido de tensión.

o Forma. La composición de estas propuestas se basa en formas triangulares que conformen arreglos más complejos entrelazándose entre cada uno de los miembros triangulares. Así mismo, se implementarán los conceptos fundamentales de la nanoestructuración (alto porcentaje de vacíos con grandes resistencias) y se partirá de modelos existentes desarrollados por los centros de investigación especializados en la materia.

o Trabazón. Permitir a los componentes del concreto permeable llenar los vacíos en el refuerzo para lograr una correcta adherencia concreto-refuerzo y con esto la estructura trabaje como una sola para disipar los esfuerzos.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL

Figura 35. Propuesta triaxial modelado en software CAD. De izq. a der.: Modelo base y Conjunto malla.

Figura 36. Propuesta gridhex modelado en software CAD. De izq. a der.: Modelo base y Conjunto malla.

Figura 37. Peso de modelos prototipo triangulares impresos en 3D.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Tabla 4. Características de prototipos impresos triangulares

Nombre Triaxial

Largo 16 cm

Ancho 16 cm

Altura .25 cm Peso 19 gr

Inició 11:07 a. m. Terminó 12:08 p. m.

Nombre GridHex

Largo 12 cm

Ancho 12.5 cm

Altura .25 cm Peso 13 gr

Área que cubre 256 cm2

Duración total de la impresión 1:01:00

Área que cubre 150 cm2

Inició 10:00 a. m. Terminó 10:54 a. m. Duración total de la impresión 0:54:00

38. Dimensiones prototipos triangulares.

Figura

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL

3.3.2 Prueba constructiva: resistencia a la flexión

Se evalúan ambas propuestas en laboratorio a través del ensayo de viguetas a flexión, para la determinación del porcentaje de incremento en el módulo de ruptura mediante el cálculo correspondiente, y a través de inspección visual observar la trabazón-adherencia entre el refuerzo plástico y el concreto permeable.

Enlasfiguras39 y40semuestranlaejecucióndelensayo,ylosresultadosobtenidosseaprecian en las tablas 5 y 6

Figura 39. Prueba a flexión del modelo Triaxial.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Tabla 5. Resultados obtenidos de la prueba a flexión del modelo triaxial.

Triaxial

Tabla 6. Resultados obtenidos de la prueba a flexión del modelo gridhex.

GridHex

Figura 40. Prueba a flexión del modelo gridhex. Fuente propia.

3.3.3 Selección de la propuesta final para refuerzo triangular e impresión 3D del pavimento permeable con refuerzo triangular

De acuerdo con los resultados obtenidos en ambas simulaciones y la prueba a flexión realizada a los especímenes reforzados, demostraron que la propuesta triangular que mejor se desempeñó fue el modelo triaxial. Los parámetros obtenidos en el ensayo a flexión de la primera propuesta fueron favorable; se observó una buena interacción de refuerzo plástico con concreto permeable, la permeabilidad no mostró alteración con la presencia del refuerzo, sin embargo, se observaron puntosdondelosagregadosdelconcretopermeablenoteníanunacorrectatrabazón,portalmotivo, se procedió a incrementar las dimensiones de los módulos que conforman al refuerzo, sin alterar el diseño de la propuesta original.

La propuesta quedó triangular como se muestra a continuación:

Figura 41. Propuesta final para refuerzo ortogonal tridimensional triaxial 2.0

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL

3.3.4 Prueba constructiva: resistencia a la flexión

Figura 42. Prueba a flexión del modelo triaxial 2.0

Tabla 7. Resultados obtenidos de la prueba a tensión del modelo triaxial 2.0.

Triaxial 2.0

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Los resultados finales obtenidos de los ensayos a flexión del modelo triaxial 2.0 reflejan un incremento de22.50%del MR respecto al obtenido enlasección 8.4de esereportecorrespondiente a los ensayos a flexión del concreto permeable sin refuerzo.

3.4 Análisis comparativo entre el refuerzo ortogonal y triangular

En la tabla 8, se muestra una comparativa entre las principales propiedades obtenidas mediante simulaciones en software y las pruebas de laboratorio correspondientes de las dos propuestas que mejor desempeño tuvieron tanto para los modelos ortogonales como para las propuestas triangulares.

Tabla 8. Análisis comparativo entre propuesta ortogonal y propuesta triangular.

Ortogonal Triangular

Nombre

Resistencia a 7 días

Resistencia a 14 días

Resistencia a 28 días

Módulo de ruptura

Trabazón aparente

Von Mises máximo Hexcama 2.0

Incremento respecto a sin refuerzo

Triaxial 2.0

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

DE CONCRETO

Con base en la tabla anterior, se evidencia que la propuesta triangular proporciona un incremento a la resistencia del concreto permeable muy superior a la obtenida con el refuerzo ortogonal. La resistencia a diferentes edades en los ensayos a flexión, presenta de igual forma una diferencia significativa entre ambas propuestas. En esta sección, queda establecido que el refuerzo triangular representó una mejor opción como refuerzo del pavimento permeable, aun faltando por analizar y evaluar las propuestas tridimensionales.

3.5 Propuestas de refuerzo tridimensional

3.5.1 Diseño geométrico del refuerzo tridimensional

Para esta etapa se evaluaron tres propuestas con una geometría extruida (figuras 43, 44 y 45), se propusieron diseños con volumen tridimensional (figura 42), para la concepción geométrica de estas propuestas se estudiaron las nanoestructuras fundamentales investigadas principalmente por elequipodelaDra.JuliaGreer.Estructuras comolasdel carbonosirvierondebaseparalosdiseños presentados enestasección. Las características idealesquedeben cubrir cadaunadelaspropuestas elaboradas son las siguientes:

Resistencia. Proveer al concreto permeable un aumento considerable bajo la actuación de cargas de trabajo principalmente en el sentido de tensión.

Forma. La composición de éstas propuestas parte del análisis desarrollado por la Dra. Greer y su equipo deinvestigación, diseñoscuya característicaprincipal es el poseer unaestructura abierta, con alto porcentaje de vacíos y a su vez, con gran resistencia. Se implementarán los conceptos fundamentales de la nanoestructura de modelos existentes desarrollados por los centros de investigación especializados en la materia.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA ESTRUCTURAS DE

CONCRETO

Trabazón. Permitir a los componentes del concreto permeable llenar los vacíos en el refuerzo para lograr una correcta adherencia concreto-refuerzo y con esto la estructura trabaje como una sola para disipar los esfuerzos.

Figura 43. Propuesta Celosía modelado en software CAD. De izq. a der.: Modelo base y conjunto malla.

Figura 44. Propuesta Grafito modelado en software CAD. De izq. a der.: Modelo base y conjunto malla.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

45. Propuesta Nexu modelado en software CAD. De izq. a der.: Modelo base y conjunto malla.

46. Peso de modelos prototipo tridimensionales impresos en 3D.

Figura

Figura

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Tabla 9. Características de prototipos impresos tridimensionales.

Nombre Celosía

Largo 12 cm Ancho 12 cm

Altura 4 cm Peso 37 gr

Inició 10:03 a.m. Terminó 04:29 p.m.

Nombre Grafito

Largo 10.2 cm Ancho 10.8 cm

Altura 3 cm Peso 29 gr

Inició 04:47 p.m. Terminó 07:01 p.m.

3.5.2 Prueba constructiva: resistencia a la flexión

Área que cubre 144 cm2

Duración total de la impresión 6:26:00

Área que cubre 110 cm2

Duración total de la impresión 2:14:00

Se evaluaron las propuestas Nexu y Celosía en laboratorio a través del ensayo de viguetas a flexión, para la determinación del porcentaje de incremento en el módulo de ruptura mediante el cálculo correspondiente, y a través de inspección visual, observar la trabazón-adherencia entre el refuerzo plástico y el concreto permeable.

En la figura 47 se muestra la ejecución del ensayo yen las tablas 10 y11 se muestran los valores de carga y módulo de ruptura obtenidos en laboratorio para ambas propuestas tridimensionales.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Tabla 10. Resultados ensayo a flexión modelo Nexu

Tabla 11. Resultados ensayo a flexión modelo Celosía.

Figura 47. Colado de viguetas reforzadas con el modelo Celosía.

MALLA PLÁSTICA

3.5.3 Selección de la propuesta final para refuerzo tridimensional e impresión 3D del pavimento permeable con refuerzo tridimensional

De acuerdo con los resultados obtenidos en las simulaciones y la prueba a flexión realizada a especímenes reforzados, la propuesta tridimensional que mejor desempeño muestra es el modelo Celosía (figura 48). Los parámetros obtenidos en el ensayo a flexión de la propuesta fueron favorables: se pudo observar una buena interacción refuerzo plástico-concreto permeable y la permeabilidad no mostró alteración con la presencia del refuerzo.

Figura 48. Propuesta final para refuerzo tridimensional

MALLA PLÁSTICA

3.6 Análisis comparativo entre los refuerzos bidimensionales y tridimensionales

Según lo mostrado en la tabla 12 es evidente que la propuesta tridimensional Celosía proporciona un incremento a la resistencia del concreto permeable superior a la obtenida con los refuerzos ortogonal y triangular. La resistencia a diferentes edades en los ensayos a flexión presenta una diferencia significativa entre las propuestas bidimensionales y la tridimensional. En esta sección queda establecido que el refuerzo tridimensional representa una mejor opción como refuerzo del pavimento permeable

Tabla 12. Análisis comparativo entre propuesta ortogonal, propuesta triangular y propuesta tridimensional.

Nombre

Resistencia a 7 días

Resistencia a 14 días

Resistencia a 28 días

Módulo de ruptura

Trabazón aparente

Von Mises máximo

Incremento respecto a sin refuerzo

ton 1.735 ton

ton

ton

N/m2

3.7 Selección de la propuesta final para refuerzo del pavimento permeable en función de la intensidad de cargas Analizadas y probadas las distintas propuestas de refuerzo plástico, se puede concluir que de los tres tipos de geometría (ortogonal, triangular y tridimensional), las propuestas Nexu y Celosía, ambas tridimensionales, representan un incremento significativamente mayor en la resistencia del pavimento permeable.

Las propuestas tridimensionalescumplenidealmentelascaracterísticas buscadas enel refuerzo: correcta trabazón entre agregados, cementante y la malla, aumento considerable en la resistencia a flexión (MR) del pavimento permeable y una respuesta óptima bajo la aplicación de fuerzas a tensión directamente a la malla.

En contraparte, los procesos de manufactura para las geometrías tridimensionales propuestas son de alta complejidad; actualmente no hay disponibilidad de un proceso de producción económico para la manufactura de grandes cantidades de piezas que conforman el arreglo del refuerzo plástico.

Una opción para la fabricación es la utilización de impresoras 3D; sin embargo, la técnica de operación de éstas es muy lenta y económicamente no viable. Además las impresoras 3D comerciales actuales limitan las dimensiones de sus áreas de impresión a máximo 30x30 cm, lo que provocaría la modulación del refuerzo plástico en secciones pequeñas para su posterior ensamble. La existencia de un proyecto como el desarrollado por la empresa Carbon3D, que ha comprobado aumentar las velocidades de impresión de un 25% a 100% más rápido, deja abierta la posibilidad de en un futuro la impresión 3D pueda ser una técnica empleada en la fabricación del refuerzo plástico del pavimento permeable.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Por estos motivos, a pesar de presentar un mejor desempeño en las pruebas, las propuestas tridimensionales no son la opción para la producción en masa del refuerzo plástico en el proyecto. Sin embargo, se realizará un constante monitoreo tecnológico ya que se espera en un futuro, el desarrollo de tecnologías comercialmente accesibles que permitan la fabricación de elementos tridimensionales como las geometrías propuestas.

La segunda opción de acuerdo a las necesidades del proyecto es la producción del refuerzo triangular Triaxial 2.0, la cual tiene un incremento en el módulo de ruptura de un 22.50% respecto a un concreto permeable sin refuerzo, posee una buena trabazón entre agregados y es económicamente viable para su producción en masa.

MALLA PLÁSTICA

4. PROBAR

4.1 Implantación de pavimento permeable

4.1.1 Diseño de la producción de refuerzo seleccionado para el pavimento permeable

El proceso de manufactura empleado en las pruebas de laboratorio para el modelo Triaxial 2.0 fue la impresión 3D, sin embargo, como se mencionó, para una producción en masa de las piezas, la impresión 3D es una técnica de producción muy lenta. Por tal motivo la producción del lote cero de piezas de refuerzo se realiza a través del corte con Control Numérico Computarizado (CNC, figura 49). Dada la geometría del modelo Triaxial el corte CNC (figura 50) permite fabricar piezas de forma rápida y precisa. El router CNC funciona con una máquina de fresado controlada por una computadora, es un proceso de desgaste mediante una broca que gira para cortar el material ydarle forma a la pieza.

Figura 49. Router CNC empleado

El proceso de producción desde la concepción del modelo hasta la obtención de las piezas cortadas, así como algunas consideraciones se describe a continuación:

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

a) La geometría es trazada y diseñada en software CAD; desde este punto se exporta un archivo .DXF que es interpretado por el software con el que el equipo de corte viene equipado.

b) Cada archivo debe contener la geometría correspondiente a una operación de corte.

c) Cada geometría del material debe estar en un archivo separado.

d) Serealizalaimportacióndel archivo quecontienelageometríaal equipo decorte,donde se establecen los parámetros finales para que se ejecute la operación de corte.

e) En el cortador CNC se monta una placa de polipropileno de 2.22x4.44m, del cual es posible obtener 9 piezas en una jornada de 9 horas.

f) Una vez trazados los cortes por el router CNC; cada pieza individual es limpiada para eliminar las impurezas propias de la actividad.

g) Una vez terminadas las piezas son embaladas y almacenadas para su posterior colocación.

Figura 50. Importación del archivo en el software nativo del equipo de corte.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL

Figura 51. Momento del corte de la geometría.

Figura 52. De izq. a der. Piezas terminadas y embaladas. Lote cero de piezas en almacenamiento.

4.1.2 Implementación y colocación de concreto permeable reforzado

La primera instalación de la propuesta de pavimento permeable reforzado para tráfico pesado serealizaenlasvialidades urbanas del FraccionamientoCúspideenlaciudaddeXalapa,Veracruz.

En esta primera etapa de implementación se cubre un área de pavimento permeable reforzado de 188 m2 .

Lafigura53muestralascondicionespreviasalainstalacióndelpavimentopermeablereforzado de las terracerías que conformaran las vialidades internas del fraccionamiento.

Figura 53. Condiciones iniciales de las vialidades internas del Fraccionamiento Cúspide.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

El procedimiento constructivo del pavimento permeable reforzado no difiere mucho en su metodología respecto a los pavimentos de concreto hidráulico tradicionales. A continuación se presenta la metodología general con las etapas que intervienen en las actividades finales de construcción de la vialidad urbana.

4.2 Metodología general.

1. Preparación de suelo receptor portante del pavimento permeable

1.1. Limpieza en el sitio de implementación

1.1.1. Eliminación de posible presencia de residuos orgánicos e inorgánicos en el sitio

1.2. Nivelación y compactación de terreno natural

2. Colocación de polipropileno

2.1. Cubrir toda la zona de colado con una capa sintética con plástico a base de polipropileno

3. Colocación de cimbra lateral

3.1. Habilitación de cimbra lateral y colocación de estacas para aseguramiento lateral

4. Colocación de la mezcla (1ª etapa)

4.1. Vaciar directamente

4.2. Colocar capa con 3 cm de espesor

4.3. Enrase y nivelación

5. Implementación de refuerzo

5.1. Colocar la malla pre-ensamblada

6. Colocación de la mezcla (2ª etapa)

6.1. Vaciado de la mezcla procurando alcanzar el espesor deseado (20 cm)

6.2. Enrase y nivelación

7. Protección del área de trabajo

4.2.1 Descripción de etapas.

Etapa 1.1

Una vez definido el sitio de implementación es necesaria la preparación del mismo para la colocación del pavimento permeable reforzado. Estas actividades incluyen: la demolición de estructuras existentes que son frecuentes en zonas urbanas; en el caso de “tramos vírgenes” tener especial atención con la posible presencia de fragmentos de roca y/o raíces de árboles.

Etapa 1.2

Compactación y nivelación de los tramos de terreno natural donde se realizará el colado de las losas de pavimento permeable.

Etapa 2.1

Colocar, alinear y asegurar una capa de polipropileno (figura 54), cubriendo toda el área de colado, la inclusión de este material es con la finalidad de mejorar el drenaje en la zona de interacción del pavimento permeable con el suelo receptor, además servirá como conductor hacia las zonas de descarga que se contemplan en el diseño de la vialidad.

Etapa 3.1 Alineación, aseguramiento y aplicación de desmoldante en las caras que entrarán en contacto con la superficie a colar de la cimbra metálica lateral que confinará al pavimento permeable reforzado.

Figura 54. Colocación de la capa de polipropileno.

Etapa 4

Las actividades correspondientes a la colocación de la mezcla pueden, preferentemente, seguir el orden siguiente:

1. Depositar la mezcla de manera directa desde el vehículo de transporte (figura 55). En esta primera acción de vaciado se hará hasta alcanzar una altura uniforme de 3 cm aproximadamente.

2. Distribuir la mezcla longitudinalmente de manera manual (figura 56)

3. Nivelar uniformemente la mezcla a la altura de 3 cm (figura 57).

Figura 55. Vaciado de la mezcla de concreto permeable de forma directa.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Figura 56. Distribución de la mezcla de manera manual.

Figura 57. Nivelación uniforme de la mezcla a una altura de 3 cm.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Etapa 5.1

Colocación de refuerzo plástico. Terminadas las actividades de vaciado, distribución y nivelación de los primeros 3 cm de la mezcla de concreto permeable, se procede a colocar las piezas previamente ensambladas (figura 58), esto, por facilidad en su manejo y rapidez en colocación, abarcando en su totalidad el área de 188 m2 .

Figura 58. Colocación de refuerzo plástico Triaxial 2.0

Etapa 6

En esta etapa se realiza el segundo depósito de mezcla (Figura 56), para alcanzar el espesor deseado de 20 cm, similar a la etapa 4 se realizan actividades de distribución con rastrillos. Enrasar y nivelar la superficie con regla para uniformizar el material y a la vez compactar (Figura 57).

Figura 59. Colocación de ensamble Nexu tridimensional en franja lateral del sitio de implantación.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Figura 60. Vaciado de segundo depósito de mezcla de concreto permeable.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Figura 61. Compactación de la superficie.

5. APRENDER

5.1 Monitoreo y evaluación de concreto permeable reforzado

Los trabajos de monitoreo comenzaron a efectuarse una vez que la superficie colada fue habilitada para permitir el paso de vehículos en la zona. Dentro de estas actividades estuvieron incluidas las inspecciones visuales para la detección temprana de posibles fallas en la superficie de rodamiento como pueden ser asentamientos, desgaste de la superficie, fisuras transversales y/o longitudinales, roturas en bordes y esquinas, así como la posible aparición de baches.

La primera prueba realizada al pavimento permeable reforzado se realizó en condiciones controladas, es decir, los primeros vehículos en transitar por la avenida fueron aumentando gradualmente en tamaño, tonelaje y cantidad, esto con la finalidad de observar la respuesta del pavimento en condiciones de trabajo.

La respuesta obtenida fue satisfactoria: el pavimento permeable reforzado no mostró alteraciones en la superficie de rodamiento o en su estructura que pudieran comprometer su funcionalidad futura.

Seguida a esta prueba de tránsito controlado, se realizó la apertura de la vialidad para el tránsito continuo y normal de vehículos sobre la superficie de pavimento permeable reforzado.

Es importante hacer hincapié en la importancia de seguir las propuestas de conservación y mantenimiento expuestas en el apartado 5.2 para las futuras tareas de monitoreo.

5.2 Propuestas de conservación y mantenimiento

La mayoría de los concretos permeables funcionan con un mantenimiento mínimo. Este mantenimiento principalmente consiste en tomar medidas de prevención para evitar el taponamiento de los poros, haciendo necesario preparar el sitio antes de la construcción y diseñar de una manera adecuada el drenaje circundante para impedir el flujo de material en superficies de pavimento.

Para que el concreto permeable funcione adecuadamente, la estructura de vacío debe permanecer sin obstrucciones. Las condiciones que pueden llevar a obstrucción deben anticiparse y evitarse. La EPA (Environmental Protection Agency) recomienda una limpieza habitual del pavimento de concreto permeable para prevenir obstrucciones. Esta limpieza puede realizarse mediante un barrido al vacío o mediante un lavado a alta presión. A pesar de que el concreto permeable y el suelo subyacente tengan una buena capacidad de filtración, es posible que no se logre eliminar todos los contaminantes. En situaciones críticas, para preservar la calidad del agua subterránea se recomiendan ensayos al agua lluvia.

El uso de una aspiradora potente remueve los contaminantes, extrayéndolos de los poros del pavimento. El sistema más efectivo, sin embargo, es el de combinar las dos técnicas y aspirar después del lavado a presión.

En relación a la periodicidad con que debe realizarse la limpieza, es recomendable hacerlo una vez al año y después del periodo de lluvias, para encontrar un ablandamiento máximo de la suciedad y así alcanzar los mejores resultados con el menor esfuerzo. En la tabla 13 se muestra un esquema sugerido para el mantenimiento en superficies de pavimentos permeable.

MALLA PLÁSTICA TRIDIMENSIONAL PARA

Tabla 13. Propuesta para el mantenimiento en superficies de pavimentos permeables.

Actividad

o Asegurarse de que no haya tierra sobre el pavimento.

o Asegurarse de que el área esté limpia de sedimentos.

o Limpiar con aspiradora para mantener la superficie libre de sedimentos.

o Inspeccionar la superficie para localizar deterioros o astillamientos.

Programa

Mensualmente

Cuando sea necesario

Anualmente

MALLA PLÁSTICA

5.3 Conclusión

A lo largo de esta investigación, se logra comprobar la hipótesis planteada que indica que la malla de refuerzo plástico es una opción viable para el refuerzo de estructuras de concreto. En el desarrollo se plantean distintos diseños basados en nanoestructuras de materiales resistentes y la propia naturaleza, algunos han sido investigados por distintas personalidades alrededor del mundo como la Dra. Julia Greer del Instituto de Tecnología de California; otros más son propuestas propias y que se desarrollaron en la ortogonal y triangular bidimensional, hasta finalmente la propuesta tridimensional. Las tres propuestas (ortogonal, triangular y tridimensional) mejoran en distinto grado el reforzamiento del pavimento de concreto permeable, pero es la propuesta tridimensional la que mejor actuación provoca con los esfuerzos de tensión en el pavimento.

El objetivo de reforzar estructuras de concreto con sistemas como la malla plástica es principalmente la de fortalecer los propios sistemas donde se esté imposibilitado para emplear acero de refuerzo como en el caso del concreto permeable por el proceso de oxidación que sufriría el referido refuerzo Por otro lado, el empleo de materiales plásticos se ha diversificado en el mundo, pero a su vez se ha convertido en un problema que se debe atender; con el reciclaje de productos plásticos que han sido desechados es posible fabricar la malla de refuerzo plástico en distintos niveles de resistencia a la tensión dependiendo del polímero de procedencia que se ha reciclado.

Con la maestría en diseño industrial y producción mejoré en la administración y planeación de los recursos financieros y humanos, la innovación de procesos constructivos para la realización de obras más seguras, en menor tiempo y con un mayor ahorro económico, el diseño industrial de elementos constructivos en concreto, acero u otro material que permita a la obra mejorar respecto a obras similares.

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Mi futuro como ingeniero civil ydiseñador ya no lo vislumbro separados. Primero mi diseñador interno me ayudó a analizar muchos objetos y procesos, después el ingeniero dominó durante muchos años sin borrar por completo al primero. Hoy siento que ambos conviven muy bien y se complementan. Actualmente me desarrollo profesionalmente en la innovación de productos para la ingeniería civil y gracias al equipo conformado hemos impulsado cinco patentes las cuales tienen distintas aplicaciones; colchón de concreto bioecológico, bloque de concreto en forma de decaedro y bloque trilobulado de concreto (Pat. 342260, Pat. 45459 y Pat. 47096) son productos para el control de erosión hídrica y estabilización de taludes en canales y cauces; la malla de refuerzo plástico (Pat. 50570) para el reforzamiento de estructuras de concreto y la más reciente, cimentación prefabricada de concreto (Pat. 52321) es una cimentación diseñada para casas de interéssocial,peroquefacilitalaautoconstrucción, esdecirunapersonasin muchosconocimientos y herramientas puede edificar con ella. En todos los productos anteriores empleo mis conocimientos de ingeniero ydiseñador, desde el concepto pasando por el desarrollo del producto, hasta la fabricación del mismo, ambas áreas se combinan para sacar el mejor producto posible.

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MALLA PLÁSTICA

7.GLOSARIO

 Fraguado. Proceso de endurecimiento y pérdida de la plasticidad del concreto, producido por la reducción de agua.

 Fasttrack.Expresión coloquial paradecir quees unavíarápidaparadeterminarunevento.

 Geomallas. Geosintéticos constituidos por un conjunto de costillas conectadas y con aberturas, que permiten la trabazón del suelo, cuya función principal es el refuerzo interno, mejoramiento de suelos yestabilización de subrasantes. Las geomallas se pueden clasificar en biaxiales, multiaxiales y uniaxiales.

 Geosintéticos. Materiales fabricados mediante la transformación industrial de substancias químicas denominadas polímeros, del tipo conocido genéricamente como plásticos.

 Licuefacción. Fenómeno se presenta cuando los terrenos, a causa de la saturación del agua y particularmente en sedimentos recientes como arena o grava, pierden su firmeza y fluyen como resultado de los esfuerzos provocados en ellos por sismos.

 Trabazón. Reunir y confinar suelo en los espacios entre costillas de las geomallas, permitiendo una mejor distribución de esfuerzos sobre el suelo yreduce las deformaciones.