3 Muros MSE

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DISEO DE MUROS DE SUELOMECNICAMENTE ESTABILIZADOS - MSE

Ing. Jos Luis Carrasco Gutirrez

[email protected]

DIPLOMADO EN DISEO ESTRUCTURAL Y NUEVAS TENDENCIASEN LA CONSTRUCCIN SIN PRDIDAS
mailto:[email protected]:[email protected]

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CONTENIDO

* CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Capacidad de carga admisible

Consideraciones de diseo estructural

* CIMENTACIONES PROFUNDAS

Tipos de cimentacin

Capacidad de carga

* MUROS DE SUELO REFORZADO

Tipos de muros, clasificacin y tipos de muros

Teora de empuje de tierras

Aplicaciones y casos histricos Diseo de muros de suelo reforzado (MSE)

* SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO MEDIANTE ANCLAJES

Tipos de anclajes

Diseo de anclajes, ejercicio

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MURO DE SUELO MECNICAMENTE ESTABILIZADO

MSE

- Historia

- Definicin

- Clasificacin

- Componentes

- Diseo

- Aplicaciones

- Conclusiones

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Muralla China (2000AC)

Partes del muro estn

reforzadas con maderas yplantas que en la actualidadpueden ser vistas en lamuralla.

Historia

Fuente: Freyssinet Tierra Armada Per

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Historia

El concepto de Tierra Armada fue introducido por el francsHenri Vidal y patentado en 1963 y lleg a Amrica el ao 1972.


Henri Vidal(19242007) Ilustracin del principio de suelo reforzado

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Historia

Primera Patente

Originalmente se utilizaron lminas de acero como refuerzo.

Con el tiempo el sistema ha ido evolucionando para incluirotros tipo de refuerzos, especialmente los geosintticos.


Primera patente

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Actualidad


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Son sistemas compuestos de suelo compactado y elementos de

refuerzo en tensin.

Su resistencia interna se debe principalmente al refuerzo.

Externamente se disean como estructuras masivas por

gravedad. Son fciles, sencillas y rpidas de construir.

Utilizan el suelo como su principal componente.

Pueden adaptarse fcilmente a la topografa.

Los refuerzos pueden ser de flejes o mallas metlicas ogeosintticos (geotextiles o geomallas).

Muro de suelo reforzado - Definicin

Suelo Refuerzo Suelo reforzado

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Drenaje posterior

Paramento

Losa de nivelacin

Empotramiento

Relleno compactado

Refuerzo

Funcin del refuerzo

Restringir las deformaciones del relleno a emplear, razn por la cual

los esfuerzos son transferidos del material de relleno hacia loselementos que lo refuerzan.

Fuente: Maccaferri Per

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Los refuerzos normalmente se instalan a lo largo de planos

horizontales durante la compactacin del terrapln y son espaciadosen la vertical de modo que forman as juntos un solo bloquecompacto.

Instalacin del refuerzo

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Representacin grfica

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N

T

W



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Experimento

Sin Refuerzo

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Experimento

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Experimento

Con Refuerzo

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Experimento

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Experimento

Refuerzo

Refuerzo

Refuerzo


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Muro de suelo reforzado:

Es un trmino genrico que hace mencin a una masa de suelo reforzado, lapendiente de la fachada es superior a 70 con la horizontal y se disea comouna estructura de contencin a gravedad.

Componentes


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POR LA GEOMETRIA DEL REFUERZO

UNIDIRECCIONAL SIMPLE:

Flejes de acero, lisos o texturados

Cintas de geosintticos

CLASIFICACIN DE MUROS

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UNIDIRECCIONAL COMPUESTO:

Geomallas barras de acero entrelazados cuya caractersticaprincipal es que las aberturas son mayores a 150 mm


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BI-DIRECCIONAL PLANA:

Mallas continuas de geosintticos (geomallas / geotextiles)

Mallas soldadas de alambre y/o tejidas.

Caracterstica es que la longitud de las aberturas son menores a los 150 mm


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Ratio de Cobertura En el caso de refuerzos continuos (geomallas o geotextiles) el valor del ratio

de cobertura es igual a 1.0.

Geometra de los refuerzos

Vista en planta

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Flejes, Cintas y Mallas de Acero:Estn caracterizadas por el rea deuna seccin, el espesor, permetro del elemento del refuerzo y ladistancia centro-centro entre los elementos.

Geomallas y Geotextiles: Estn caracterizadas por la longitud delrefuerzo y la distancia centro-centro entre los elementos. El rea de laseccin no es necesaria, debido a que la resistencia de este tipo derefuerzo es expresada en tensin por unidad de ancho.

El ratio de cobertura (Rc) es utilizado para determinar el valor de laresistencia por unidad de anchoen un refuerzo del tipo discreto (Flejes ocintas polimricas).



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POR EL MATERIAL DEL REFUERZO

METLICOS

Tpico de acero dulce, usualmente de acero galvanizado, puedeser recubierto con epxicos.


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Armadura Metlica

Refuerzo metlico

Fuente: Tierra Armada


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POR EL MATERIAL DEL REFUERZO

GEOSINTTICOS

Pueden ser geomallas o geotextiles.


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Cintas polimricasRefuerzosinttico

Fuente: Tierra Armada


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POR LA EXTENSIBILIDAD DE LOS REFUERZOS

INEXTENSIBLES

Ladeformacindelrefuerzoalmomentodelafallaesmuchomenorqueladeformacindel

suelo. (Tiras de acero, mallas de barra de acero mallas de alambre soldado).

EXTENSIBLES

Ladeformacindelrefuerzoalmomentodelafalla es mayor o igual que la deformacinpropia del suelo. (Geomallas o geotextiles,mallas de acero tejidos).


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Paneles de concreto

prefabricados

Bloques modulares

prefabricados

TIPOS DE PARAMENTO

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Paramento de Gaviones

TIPOS DE PARAMENTO

Paramento de geosintticos

(Geotextiles)

Paramento degeomallas

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Paramento Metlico:


TIPOS DE PARAMENTO

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Paramento de Concreto Tipo Cruciforme:


TIPOS DE PARAMENTO

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Paramento de Concreto Tipo Rectangular:


TIPOS DE PARAMENTO

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Paramento de Muro Vegetado:


TIPOS DE PARAMENTO

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Paramento de Mallas con Piedras:


TIPOS DE PARAMENTO

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TIPOS DE PARAMENTO

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Paramento de gaviones:


TIPOS DE PARAMENTO

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La AASHTO contempla el uso de rellenos granulares,libres de materia orgnica y libres de materialesdeteriorables.

Debe haber un control de calidad durante la construccin.

RELLENO ESTRUCTURAL

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Determinar la agresividad potencial de los suelos de relleno. EstimarpH, resistividad elctrica y contenido de sales incluye sulfatos ycloruros.

Para suelos que cumplan las especificaciones de la AASHTO se puedeasumir un valor de mximo de 34 a menos que se hayan realizadoensayos triaxiales o de corte directo.

La AASHTO especifica que en ningn caso se permite utilizar ngulosde friccin superiores a 40 as sean respaldados por ensayos.

La compactacin del material de relleno se debe de realizar al 95% delProctor Modificado de acuerdo a la AASHTO T-180, los espesores decapa no deben de ser mayores a 30cm.

RELLENO ESTRUCTURAL

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Propiedades Electroqumicas del Relleno Refuerzo Metlico.

Propiedades Electroqumicas del Relleno Refuerzo Sinttico.

Fuente: Design Manual for Segmental Retaining Walls. NCMA, 1997.

Fuente: Design Manual for Segmental Retaining Walls. NCMA, 1997.

RELLENO ESTRUCTURAL

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Cerca al paramento frontal se debe de realizar una compactacin

liviana(1.0m), se recomienda el uso de rodillos vibratorios liviano quepesen menos de 500kg.

Se recomienda que el material en la zona del paramento frontal sea demuy buena calidad en trminos de drenaje y friccin, esto paraminimizar los asentamientos en esta zona.


RELLENO ESTRUCTURAL

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Construccin simple y rpida.

No requiere mano de obra especializada.

Requiere menor preparacin del terreno

Tcnicamente se pueden disear estructuras de granaltura.

Estructura econmica c/r a muros de CA.

Flexibilidad.

Diferentes tipos de fachadas.

VENTAJAS

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Requiere un espacio amplio para la base.

Requiere de material seleccionado para el relleno.

Requiere de ciertas consideraciones para los refuerzos:

- Corrosin (refuerzo metlico)

- Degradacin (refuerzo sinttico)

No est normado en el Per.

DESVENTAJAS

TEORA DE EMPUJES

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Elemento de suelo sometido a estado tensional geosttico

sv = g.z

sh = Ko. sv

z

dz

Determinacin de Ko:

Ensayos triaxiales

Frmulas empricas,

Correlaciones, otros.

TEORA DE EMPUJES DE TIERRAS

TEORA DE EMPUJES

sv = Esfuerzo vertical efectivosh = Esfuerzo horizontal efectivo

EMPUJES DEL SUELO

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EMPUJE EN REPOSO

Condicin de reposo:

Cuando el terreno se encuentra totalmente confinado. Deformacinlateral nula.

El muro se encuentra totalmente restringido contra movimientos

horizontales.

Puede haber deformacin libre en sentido vertical.

EMPUJES DEL SUELO

sv = g.z

sh = ?

z

sv = g.z

sh = ?Muro

EMPUJE DE REPOSO

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Teora de la elasticidad Ley de Hooke Generalizada

EMPUJE DE REPOSO

zyxx Esss

1

zxxzyxE

ssssss 01

0

zx ss 1

Para la condicin de reposo, el suelo est en equilibrio elstico, lejos delestado de falla.

Por tanto es posible utilizar el modelo lineal elstico, para el comportamiento del

suelo.

; Condiciones :

Hz

yx

yx

gs

ss

;

;0

sz

sx

H

z

x

zx

v

s

s

1

PoissondeeCoeficient:

EMPUJE DE REPOSO

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Coeficiente de empuje en reposo - (Ko)

EMPUJE DE REPOSO

La tensin horizontal se conoce como empuje de tierras y el estado que se genera para

estas condiciones es el reposo, siendo por tanto sxel empuje de reposo.

sv = g.H

sh = ko.sv

H

z

x

vk

10

vz

hx

ss

ss

;vh

vs

s

1

Si :

Ko: Coeficiente de empuje en reposo.

SUELO u Ko

ARCILLA BLANDA 0.37 - 0.45 0.60 - 0.82ARCILLA DURA 0.33 - 0.44 0.50 - 0.80

GRAVA, ARENA SUELTA 0.35 0.54

GRAVA, ARENA COMPACTA 0.25 0.33

Rangos aproximados

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Frmulas empricas de determinacin de Ko

'1 senK

o

'95,0 senK

o

'')1( seno

OCRsenK

1)1( ' sensenKo

Jaky (1944) para arenas

Brooker & Ireland (1965) para

arcillas NC

Mayne & Kulhawy (1981) para

arcillas SC

USACE (1989) para casos de

relleno inclinado con horizontal

EMPUJE ACTIVO

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EMPUJE ACTIVO

Para que se genere el ESTADO ACTIVOdebe existir:

Desplazamiento lateral del muro

Disminuye la tensin horizontal hasta un valor mnimo donde alcance un estadotensional de falla, denominndose esfuerzo activo.

La integracin de estos esfuerzos nos da el Empuje Activo Ea.

Empuje Activo (Ea)

)_%(4

)_%(1.0

suaveArcillaH

sueltaArenaH

Ea

'

hs

sh

sv

sha

Reposo

s

'

va

'

a K ss '

vo

'

h K ss

Activo

x0

1

2

45tan2

a

K

EMPUJE PASIVO

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Empuje Pasivo (Ep)

)_%(5

)_%(1

suaveArcillaH

sueltaArenaH

Ep

'

h

s

sh

s

v

shp

Reposo

s

x0

Pasivo'

vp

'

p K ss

'

vo

'

h K ss

EMPUJE PASIVO

Para que se genere el ESTADO PASIVOdebe existir:

Desplazamiento lateral del muro comprimiendo el terreno

Aumenta de la tensin horizontal del terreno hasta alcanzar un valor mximo de falla,denominndose esfuerzo pasivo.

La integracin de estos esfuerzos nos da el Empuje Pasivo Ep.

RESUMEN

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sh

sv

sha

shp

En Reposo

Estado Activo

Estado Pasivo

s

'

va

'

a K ss

'

vp

'

p K ss

'

vo

'

h K ss

ESTADOS DE TENSIN DEL SUELO REPOSO, ACTIVO, PASIVO

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Predimensionamiento

DISEO DE MUROS MSE

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Se debe verificar la:

Estabilidad Global Falla global

Estabilidad Externa Capacidad admisible Volteo (excentricidad) Deslizamiento

Estabilidad Interna Rotura del refuerzo Arrancamiento Conectividad

ANLISIS DE ESTABILIDAD


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Desl izamiento Volteo

Capacidad

Admis ib le

Anlis is Internos

Fal la Glob al



E bilid d l b l

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Estabilidad global

FS = 1.30


Mtodo de Equilibrio Lmite

E t bilid d t

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Estabilidad externa

E t bilid d t

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Estabilidad externa

Carga asumida para el anlisis de vuelco, deslizamiento

y resistencia al arrancamiento de los elementos de

refuerzos

Carga asumida para realizar el anlisis de

Capacidad de soporte del suelo y estabilidad global

Algunas consideraciones segn AASTHO

li i d bilid d i

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Anlisis de estabilidad interna

S i l l t bilid d i t

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- Seleccin del tipo de refuerzo (Extensibles Inextensibles)

- Identificacin del criterio de falla segn el tipo de refuerzo.

- Seleccin del espaciamiento del refuerzo compatible con eltipo de paramento exterior utilizado.

- Clculo de las mximas tensiones para cada nivel derefuerzo en condiciones estticas y pseudo estticas.

- Clculo de las mximas tensiones de conexin con elparamento exterior (si existen conectores).

- Clculo del arrancamiento en cada nivel de refuerzo.

Secuencia para evaluar la estabilidad interna

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Seleccin del tipo de refuerzo Extensibles Inextensibles) Identificacin de la superficie crtica de falla.

En muros con refuerzo extensible y ngulo de inclinacin de la fachada sea menor a 10 conrespecto a la vertical. La zona mxima de tensin se deber determinar con el mtodo deRankine.

Para el caso de muros con inclinacin de fachadas de 10 o mayores, se usar el mtodo de

Coulomb y considerando las cargas concentradas.

Criterio de falla

Refuerzo Extensible

Criterio de falla

Refuerzo Inextensible

Fuente: AASHTOMtodo de LRFD - 2004


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Rotura del refuerzo Arrancamiento del refuerzo

Verificar que:

La resistencia admisible del refuerzo sea suficiente sin que rompa. Comparar

con Tmx.

La longitud del refuerzo sea suficiente de tal forma que a lo largo del mismo se

desarrolle un esfuerzo mayor a la fuerza de arrancamiento.


Anlisis por rotura

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Seleccin del espaciamiento del refuerzo: Compatible con el tipo deparamento exterior utilizado.

Clculo de las tensiones mximas en cada nivel de refuerzo: Encondiciones estticas y pseudo estticas.

HrVH

k

kr= coeficiente de presin lateral

sV= Esfuerzo vertical resultante delpropio muro

sH= Esfuerzo horizontal

vHmx .ST

Anlisis por rotura

Espaciamiento de los

refuerzos

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AASHTO recomienda los siguientes espaciamientos verticales de losrefuerzos:

Fachadas Rgidas(Paneles de concreto armado o bloques) : 80cm

Fachadas Flexibles(Mallas metlicas o geosintticos) : 60cm

Muros segmentados Espaciamiento mximo se recomienda que sea 2veces el ancho del bloque.

Espaciamiento de los refuerzos


d bl d l f

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Creep (~1.43) Daos d e Insta lac in

(~1.03)

Daos Ambien tales

(~1.15)

Resistencia admisible del refuerzo


Especificaciones

Geomallas

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Especificaciones Geomallas

Tdisponible = Tult / RFCD*RFD*RDD)= 60 / 1,69 = 35 kN/m

Tadm = Tdisponible * Rc ) / FSTmx Tadm

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Relacin de Cobertura Rc)

Lminas geosintticas discontinuas

Lminas geosintticas continuas

Lminas de acero discontinuas

Mallas de acero

Anlisis por rotura

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Para franjas de acero

Para mallas de acero conectadas apaneles de concreto.

Caso de franjas o mallas de aceroAnlisis por rotura

amx TT

Anlisis por arrancamiento Pull-Out

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Anlisis por arrancamiento Pull-Out

Pr = Resistencia al arrancamiento = ngulo de friccin de la interaccin suelo-refuerzo.F* = Factor de resistencia de arrancamiento = Factor de correccin por efecto de escala

En refuerzos extensibles

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F* - Factor de resistencia de arrancamiento

F*=Ci tan )

Ci =Coef. de interaccin delsuelo

ESTABILIDAD INTERNA POR CONEXIN

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Condicin Esttica

Condicin pseudo esttica

ESTABILIDAD INTERNA POR CONEXIN

FACTORES DE SEGURIDAD MNIMOS

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FACTORES DE SEGURIDAD MNIMOS

DISEO

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Software de Diseo

DISEO

DISEO

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Software de diseo

DISEO

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Aplicaciones

Estructuras de contencin.


Aplicaciones

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Aplicaciones

Aplicaciones

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Rampa de acceso a puente.


Aplicaciones

MUROS

ACABADOS ARQUITECTNICOS

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MUROS ACABADOS ARQUITECTNICOS


MURO AEROPUERTO DE SEATTLE

USA / H=44m

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Aplicaciones

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82Fuente: Freyssinet Tierra Armada Per

Aplicaciones

Aplicaciones

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83Fuente: Freyssinet Tierra Armada Per

Aplicaciones

Aplicaciones

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Chancadoras Primarias

84

Escondida - Chile


Aplicaciones

TerraLink

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TerraLink

Slope stabilized by nailsFacing

Soil reinforcements

Paramento de Concreto Tipo Rectangular:


Terralink

System

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y


Conclusiones

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Paramento frontal:

Paneles de concreto

Mallas de acero, gaviones, etc.


Casos histricos

-

Per

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Casos histricos Per

La compaa minera Hudbay PerS.A.C. requera un sistema de rampas deacceso que permita el ingreso de loscamiones de mina para realizar ladescarga del material de mina dentro dela chancadora primaria

Muro de suelo reforzado en ambos ladosde la chancadora con el Sistema MacForce.

Altura mxima de muro 28,8 m Longitud del muro 220 metros Fachada: Placas de concreto Refuerzo: Cintas polimricas Resistencias del refuerzo: 30 y 50 KN/m Nivel: 4130 msnm

DURANTE LA CONSTRUCCIN

Mina Constancia (Ao 2014), Chumbivilcas, Cusco

Casos histricos

-

Per

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Casos histricos Per

FINAL DE LA CONSTRUCCIN

OBRA TERMINADA

Sobrecarga de diseo: 400 Tn Contratista: san Martn Contratistas Generales Proyecto: Ausenco Muro: Sistema Mac Force

Mina Constancia (Ao 2014), Chumbivilcas, Cusco

Casos histricos

-

Per

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Casos histricos Per

La empresa CONIRSA, estuvo encargada de laconstruccin, operacin y mantenimiento de

los tramos 2 y 3 del corredor vial interocenicosur, Per - Brasil (703 Km.). Se encontrabadesarrollando el tramo 2 en el departamentode Madre de Dios. En dicho tramo tenan lanecesidad de realizar la unin entre dos faldasde cerro que permitiese la continuidad del

corredor vial (Sector: Garganta del diablo)

Muro de suelo reforzado: Sistema Terramesh

Altura mxima de muro 12 m Fachada: Gaviones (Terramesh) Refuerzo adicional: Geomallas uniaxiales de 200

KN/m

ANTES DE LA OBRA

DURANTE LA OBRA

IRSA Sur (Ao 2009), Dpto. Madre de Dios

Casos histricos

-

Per

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Casos histricos Per

OBRA TERMINADA

SECCIN TRANSVERSAL TPICA

IRSA Sur (Ao 2009), Dpto. Madre de Dios

Casos histricos

-

Per

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Casos histricos Per

Colapso de antiguo muroDURANTE LA OBRA

Muro Bajada Balta(Ao 2012), Miraflores - Lima

Nombre del proyecto: Bajada BaltaFecha de ejecucin: 2012Entidad contratante: Municipalidad de MirafloresDiseo: Departamento Tcnico del Grupo TDMTipo de muro: Sistema MesaMateriales:- Geomallas uniaxiales,- Geocompuesto de drenaje, tubera HDPE

OBRA TERMINADA

CONCLUSIONES

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CONCLUSIONES

Son estructuras econmicas a comparacin de estructurasconvencionales.

Comportamiento estructural probado y seguro. (Con

diseo y construccin adecuados).

Existe variedad de alternativas de refuerzo y paramentos.

Metodologa de diseo simple y confiable.

Procedimiento constructivo bien definido y simple.

AGRADECIMIENTOS POR EL MATERIAL PROPORCIONADO A:

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AGRADECIMIENTOS POR EL MATERIAL PROPORCIONADO A:

Freyssinet Tierra Armada Per Ing. Hctor Silva Trelles

Maccaferri Per Ing. Carlos Aranda Guerrero Ing. Csar Torres

Grupo TDM Per Ing. Csar Oviedo

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GRACIAS !!!

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