Capítulo 7 Estructuras de Contención

SECRETARIA DE ESTADO DE OBRAS PUBLICAS Y COMUNICACIONES REPUBLICA DOMINICANA

Gua Geotcnica y Ambiental Pgina VII-1 Estructuras de contencin

CAPITULO VII ESTRUCTURAS DE CONTENCION

VII.1 CONSIDERACIONES GENERALES

Las estructuras de contencin son necesarias en muchos caminos vecinales bien por estar concebidas en el proyecto de construccin de una nueva va o variante de un camino existente, o para corregir y reparar fallas de taludes naturales o de corte y terraplenes que ocurran despus de su construccin. Los sistemas de prevencin o correccin de deslizamientos pueden agruparse en forma generalizada en cinco categoras, tal como se muestra en la tabla de la Figura VII-1.

Mtodo Obras

Drenajes y sub-drenajes

Superficial: Cunetas, torrenteras, sello de grietas y fisuras.

Profundo: Colchones de material granular y filtros, pozos de pequeo dimetro, pozos de gran dimetro conectados con drenes horizontales (patentado por Rodio), galeras, drenes horizontales, drenes direccionales, drenes verticales desde galeras, trincheras drenantes, rebajamiento por vaco y por sifonamiento, electroosmosis, geosintticos como elementos drenantes, drenaje mediante explosivos.

Movimiento de tierras Rectificacin de pendiente, reduccin de altura, bermas estabilizantes.

Obras de contencin Externa: Muros y pantallas.

Interna: Suelos reforzados.

Protecciones contra fallas superficiales y cadas de rocas

Cobertura vegetal y refuerzo con races, concreto proyectado, riegos asflticos, losas de gaviones y otros productos, bolsacreto, enfaginado, mallas metlicas, barreras, pernos, cunetas y sobre-anchos para captacin de rocas, etc.

Mtodos varios

Endurecimiento de la masa en movimiento por tratamiento qumico, congelacin, etc., explosivos, uso de agregados livianos, bloques de anime, neumticos usados, trozos de neumticos, inclusiones de geosintticos.

Figura VII-1. Mtodos para prevencin y correccin de deslizamientos

En este Captulo se discuten principalmente las obras de contencin, tanto los sistemas de estabilizacin externa como los de estabilizacin interna. Los tipos de subdrenajes ms utilizados y los criterios de materiales de filtro, se tratan en el Captulo V, Terraplenes.



La seleccin del mtodo o combinaciones de mtodos de estabilizacin para un determinado problema de movimiento de masas, depende de mltiples factores, entre los cuales se pueden citar:

La geometra del talud. Las condiciones de aguas superficiales y subterrneas. Las caractersticas del subsuelo. Las causas que originaron el movimiento de masas y el mecanismo de rotura. La velocidad del movimiento. Efecto de los mtodos constructivos. Consecuencias del colapso. Tecnologa y mtodos disponibles.

La seleccin y concepcin de un mtodo de estabilizacin tambin depende del nivel de deformacin de la masa involucrada en un problema especfico. No es el mismo caso disear una obra para prevenir un deslizamiento que para el caso de un deslizamiento en franco movimiento, pero que todava no ha colapsado completamente. Asimismo, estaramos en presencia de un caso diferente si se trata de disear y tomar medidas de reparacin despus de que el colapso total de la masa haya ocurrido. En los tres casos, los parmetros de diseo son diferentes y por lo tanto, las medidas correctivas resultaran tambin distintas. Otro aspecto de inters que debe ser considerado en la etapa de diseo de las obras de estabilizacin, es la seleccin del factor de seguridad. Las obras de estabilizacin son generalmente costosas y sern mucho ms costosas an, si se disean con altos factores de seguridad. En ocasiones se comete el error conservador de disear obras de estabilizacin en una ladera natural, adoptando un factor de seguridad mucho mayor que el que ella tena antes de generarse el movimiento. Una estrategia que pudiera evitar costos iniciales innecesarios pero que puede aliviar la incertidumbre natural respecto al comportamiento definitivo de la obra de estabilizacin, es complementar dicha obra con sistemas de instrumentacin. En estos casos, dentro de la concepcin del sistema de estabilizacin, hay que dejar las previsiones para complementar dichas obras si los resultados de las mediciones de la instrumentacin instalada as lo justifican. Existe una gran cantidad de valiosa literatura tcnica relacionada con mtodos de estabilizacin. De las publicadas en los ltimos quince aos que presentan una sntesis muy completa de tales mtodos, vale la pena mencionar las excelentes contribuciones realizadas por Mitchell (1981), Leventhal & Mostyn (1987) y Schuster (1995), trabajos que se consideran esenciales referencias del tema a tratar.



VII.2 ESTRUCTURAS DE CONTENCION

Los sistemas de contencin o retencin de tierras han sido clasificados por ORourke & Jones (1990), en sistemas de estabilizacin externa y sistemas de estabilizacin interna, tal como se indica en la la Figura VII-2. Ejemplos de estos sistemas, se muestran en la Figura VII-3.

Para fines de esta Gua se seleccionaron aquellos sistemas de estabilizacin de uso ms frecuente y que pudieran ser eventualmente aplicables a caminos vecinales. En las fotos de la Figura VII-4 se muestran diferentes tipos de estructuras de contencin. El procedimiento general de diseo de estructuras de contencin, debe considerar los siguientes aspectos:

Seleccin del tipo de muro a emplearse. Predimensionado de la seccin. Evaluacin de solicitaciones de empujes de tierra. Clculo de los factores de seguridad para los distintos modos de falla externa tales como

volcamiento, deslizamiento y hundimiento o falla por capacidad soporte.

Anlisis de la estabilidad global del conjunto suelo-muro.

Figura VII-2. Clasificacin de sistemas de contencin de tierras.

CLASIFICACION DE SISTEMAS DE CONTENCION DE TIERRAS (Modificada de ORourke and Jones, 1990)

SISTEMAS DE ESTABILIZACION EXTERNA

SISTEMAS DE ESTABILIZACION INTERNA

SUELOS REFORZADOS

Tierra armada Tiras y mallas de

geosintticos Tiras y mallas

metlicas Neumticos

MUROS IN SITU

Pilotes aislados Pilotes secantes Pilotes tangentes Muros colados Concreto

prefabricado. Tablestacas Suelo-cemento Inyeccin a alta

presin Columnas de

piedra

REFUERZOS IN SITU

Clavetaje Anclajes activos Micropilotes

MUROS DE GRAVEDAD

Mampostera Concreto Cantilever Contrafuertes Gaviones Muros-jaula Ataguas



Figura VII-3. Ejemplos de sistemas de estabilizacin externa e interna (ORourke & Jones,1990).



(f ) (e)

(a) (b)

(c) (d)

Figura VII-4. (a) Gavin y suelo reforzado del sistema terramesh de Maccaferri. (b) Muro-jaula o de elementos prefabricados. (c) Muro de tierra armada. (d) Muro reforzado (e)Pantalla de concreto lanzado atirantada. (f). Pantalla de pilotes, anclados en cabeza.



A continuacin se discuten aspectos relativos al diseo y construccin de los diferentes tipos de estructuras de contencin de uso ms frecuente.

VII.2.1 Muros de gaviones VI.2.1.1 Generalidades Los muros de gaviones son estructuras de gravedad que desarrollan su resistencia a empujes laterales por la accin de su propio peso, sin que su seccin desarrolle solicitaciones internas de flexin. Esta aseveracin es tambin vlida para muros de concreto ciclpeo, o piedra cementada. Los muros de gaviones estn constituidos por cestas, tpicamente de 1 x 1 m en seccin transversal y de 2 a 6 m de longitud, las cuales son rellenadas con rocas cuya gradacin est generalmente entre 10 y 25 cm. Los gaviones se caracterizan por su flexibilidad y su alta permeabilidad, sin embargo, para evitar su colmatacin por migracin de finos, es conveniente el uso de geotextiles diseados para tal fin entre el muro y el material de relleno detrs de l. Se puede decir que este tipo de muros ha sido universalmente usado y abusado. Su abuso radica en la construccin de los mismos sin diseo alguno, con materiales inadecuados, y sin cumplir las ms elementales especificaciones. Como consecuencia de estas malas prcticas, han ocurrido muchas fallas que han originado el injusto cuestionamiento de los mismos.

VI.2.1.2 Criterios de diseo de muros de gaviones Los mtodos de diseo han sido ampliamente publicados por fabricantes, aplicando esencialmente la teora de Coulomb para empujes de tierra (Maccaferri, Beakert Gabions, Interandina de Gaviones, etc.). El diseo ssmico y el comportamiento de muros de gravedad, han sido detalladamente tratados por Whitman (1990). El diseo debe satisfacer condiciones de falla por volcamiento, capacidad de soporte del terreno de fundacin y falla por deslizamiento. En cada junta horizontal o subhorizontal de las cestas, se deber verificar el deslizamiento y el volcamiento de los bloques por encima de dicha junta. Asimismo, se deber verificar que la resultante de las solicitaciones se ubique dentro del tercio central de la base de cada junta. Aunque generalmente se asume que el muro mismo es incompresible, segn la tcnica constructiva y los tamaos de partculas empleados, puede haber una densificacin del enrocado. Debido a esto, el muro de gavin puede comprimirse y moverse hacia abajo respecto al suelo retenido. En este caso se desarrolla corte hacia arriba, lo cual es una direccin inversa a la que se asume en anlisis convencionales de empujes de tierra. Este fenmeno tambin puede ocurrir por consolidacin del suelo de fundacin del muro de gaviones. La Figura VII-5 tomada de ORourke (1987), muestra un muro de gaviones donde el factor de seguridad contra el deslizamiento en un determinado plano viene dado por:

S/tgNF w= ( Ec. VII-1 )



donde w es el ngulo de friccin entre los elementos del muro. El autor muestra con un anlisis sencillo, que si el relleno se mueve hacia abajo respecto al muro, resulta una friccin positiva y se aplica el diagrama de equilibrio de vectores mostrado en la Figura VII-5b. Puede verse de los valores relativos de N y S, que el factor de seguridad calculado ser generalmente suficientemente grande como para asegurar estabilidad. Si el muro se mueve hacia abajo respecto al suelo retenido, resulta un valor negativo de friccin en el muro y el diagrama de vectores aplicable es el mostrado en la FiguraVII-5c. De este diagrama puede verse que los valores relativos de N y S son tales que el factor de seguridad puede ser menor de uno. Cuando esto ocurre se puede generar falla progresiva, aunque no necesariamente se llegue al colapso.

Ejemplo No. 1. Diseo de un muro de gaviones

Diseo de un muro de gaviones de h=6 m de altura, para salvar un desnivel de 5.5 m y contener un relleno compactado de las siguientes caractersticas geotcnicas:

Arena arcillosa (SC)

Peso unitario =2.0Ton/m Angulo de friccin interna =32

Cohesin c=1 Ton/m

El talud sobre el muro estar inclinado 2:1 (=26 con la horizontal) y no hay sobrecargas.

Figura VII-5. (a) Seccin del muro de gavin; (b) Diagrama de vectores para friccinpositiva; (c) Diagrama de vectores para friccin negativa (ORourke, 1987).



El gavin ser vertical, escalonado internamente y ser construido utilizando piedra caliza, de peso especfico G=2.50.

El material de apoyo del muro tiene iguales propiedades mecnicas que las utilizadas para el relleno.

El diseo se puede realizar segn los siguientes pasos:

1. Predimensionar la seccin de muro a verificar (ver Figura VII-6).

Figura VII-6. Ejemplo de diseo de muro de gaviones.

s =1.29

s=2.65 m

B= a =3.50 m

PARAMENTO FICTICIOINCLINADO CON LAHORIZONTAL.(SUPERFICIE DE EMPUJE)

b =1.0 m

2

b =1.0 m

b =1.0 m

b =1.0 m

b =1.0 m

2

3

4

0.50 m

5

6 =67

Ev

hE

Ea

G(1.29, 2.35)

(s,d)

W2

e=.47

C

Ea

R

W

I

3

4

5

6

F(0,0)

a2=1.50

a3=2.00

a4=2.50

a5=3.00

a6=3.50

b =1.0 m

Y

1

=W1

12

1

a1=1.0 m

a1=1.00RELLENO:=32c=1.0 Ton/m g= 2.0 Ton/m

H=6 m==32

n

NORMAL

A LA

SUPERF

ICIE DE

EMPUJE

GAVION: =1.75 Ton/m

X

d=H/3=2 m

2

3

3g

6



Calcular el peso unitario de los gaviones g, sobre la base de una porosidad tpica del 30% wg )n1(G =

g=2.50 (1-0.30) x 1.00 = 1.75 Ton/m 2. Trazar la superficie de empuje, paramento interno ficticio, obtenido uniendo los extremos

internos superior e inferior del muro, y determinar su inclinacin con la horizontal, a saber:

=== 6700.150.36arctg

aBHarctg

1

3. Utilizando la teora de empuje de tierras de Coulomb, con ==32, calcular el coeficiente de empuje activo Ka:

( )( ) ( ) ( )( ) ( )

2

sensensensen1sensen

senKa

+++

+=

( )( ) ( ) ( )( ) ( )

00.1

2667sen3267sen2632sen3232sen13267sen67sen

3267senKa2

=

+++

+=

4. Calcular el empuje activo Ea mediante la expresin:

KacH2KaH21Ea 2 =

00.10.61200.10.60.221Ea 2 =

ml/Ton0.24Ea =

5. Calcular las coordenadas del punto de aplicacin del empuje:

m65.267cotg0.250.3cotgdBs

m00.20.30.6

3Hd

======

6. Calcular las componentes horizontal y vertical del empuje activo Ea:



( ) ( )( ) ( )

ml/Ton7.1955sen24Evml/Ton7.1755cos24Eh

326790sen2490cosEaEv326790cos2490cosEaEh

====

+=+=+=+=

7. Determinar las coordenadas del centro de gravedad de la seccin del muro

m29.1's

aibi

)ai5.0(biai

Wi

)ai5.0(Wi

'sxg n

1g

n

1g

n

1

n

1

=

===

8. Verificar la estabilidad al deslizamiento:

Fuerzas aplicadas al sistema:

Peso del muro: === n1

n

1gii ml/Ton6.23baWiW

ml/Ton7.13Ehml/Ton7.19Evml/Ton6.23W

===

El factor de seguridad al deslizamiento ser: ( )( ) 00.22.2

7.1350.30.132tan7.196.23FSd

EhcBtanEvWFSd

>=++=

++=

(Despreciando resistencia pasiva en el empotramiento)

9. Verificar la estabilidad al volcamiento alrededor del punto F

Momento de volcamiento: m/mTon4.270.27.13dEhMv ===

Momento resistente: EvS'sWMr += m/mTon65.8265.27.1929.16.23Mr =+= El factor de seguridad al volcamiento vale

0.20.34.27

65.82MvMrFsv >===

( )yg,xgG



10. Verificar los esfuerzos en la fundacin

Excentricidad e de la resultante R respecto al centro de la base

m/Ton3.43EvWNm/mTon40.27Mvm/mTon65.82Mr

m50.3B

=+===

=

NMvMr

2Be =

m58.06B

m47.028.175.13.43

40.2765.82250.3

e =



Componentes del empuje:

m/Ton70.15.50sen20.2)90(EasenEvm/Ton40.15.50cos20.2)90cos(EaEh

==+===+=

Punto de aplicacin del empuje:

m1.67cotgdBs == Peso del muro m/Ton9.750.475.1)bababa(W 332211g ==++=

Coordenada xg=s del centro de gravedad del muro:

m80.0

iW

Wiai5.0

s n

1

n

1' ==

Fuerza normal total: m/Ton6.97.19.7EvWN =+=+=

Fuerza tangencial total: m/Ton40.1EhT ==

Momento de volcamiento: m/mTon40.100.140.1dEhMv ===

Momento resistente o estabilizador: sEvWsMr ' +=

m/mTon15.96770.10.890.7Mr =+=

Estabilidad al volcamiento: 56.15.640.115.9

MvMrFsv >>===

Excentricidad de la resultante: ===6.9

75.7200.2

NMo

2Be

m20.080.000.1e ==

m33.06Bm20.0e =



Estabilidad al deslizamiento:

La resistencia al corte en las secciones intermedias puede ser estimada mediante la siguiente relacin:

**

adm cBtanN += Siendo N: Fuerza normal total en la seccin

B: Ancho de la seccin

Los parmetros * y c* han sido determinados empricamente:

= 1025* g g: Peso unitario del gavin en Ton/m )m/Ton(10)05.0Pu03.0(*c = Pu: Peso unitario de la malla metlica en Kg/m

La malla de 1.00 m de altura pesa 8.6 Kg/m

En el caso que nos ocupa se tiene:

m/Ton08.210)05.06.803.0(*c

75.331075.125*====

50.178.3

40.128.5

TFSd

m/Ton28.508.220.308.20.2

75.33tan6.9

ad

adm

>===

=+=+=

La seccin intermedia evaluada verifica ampliamente, como en la mayora de los casos, dada la relativamente elevada resistencia al corte que aporta la friccin entre piedras y la resistencia de la malla

Es conveniente mencionar que es prctica comn inclinar el muro hacia el relleno, unos 6 (pendiente 1(H):10(V)). Esta prctica es beneficiosa desde el punto de vista de su estabilidad e incrementa los factores de seguridad calculados para el caso de un muro vertical. En la Figura VII-7, se presentan geometras de muros de gaviones inclinados, de diferentes alturas, los cuales cumplen con los requerimientos de diseo. Estos modelos se han calculado partiendo de un suelo compactado detrs del muro con ngulos de friccin de 25 y 30, sin cohesin, y con los parmetros indicados en dichas tabla. Se parte de la hiptesis de que los muros estn apoyados en un suelo de buena capacidad de soporte. Las tablas proporcionan el ancho correspondiente en cada seccin ubicada a una profundidad h bajo la cresta del muro.



VII.2.1.3 Aspectos constructivos Desde el punto de vista constructivo, se debe prestar especial atencin a los siguientes factores:

La malla metlica debe cumplir las especificaciones (calidad, calibre y doble torsin). De acuerdo a las especificaciones de la SEOPC, la malla debe ser de alambre galvanizado con un dimetro mnimo de 3.05 mm (calibre No. 11 de alambre de Estados Unidos). La resistencia a la tensin del alambre debe estar entre 60.000 y 85.000 psi (4200 kg/cm2 a 5975 kg/cm2). El revestimiento mnimo de zinc del alambre, deber ser 0.8 onzas/pie cuadrado de superficie de alambre sin revestimiento, de acuerdo con la norma ASTM A-90 (22.7 gr por 0.0929 m2). La malla deber formar aberturas hexagonales de tamao uniforme, y la dimensin mxima lineal de la abertura

h(m) = 6

B(m)

3.5

3.0

2.0

1.5

1.5

1.0

B(m)

4.57.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

h (m) B(m)h(m)

=0 =20 =0 =20

=25 =30

4.0

5.0

6.0

7.0

3.5

4.5

5.5

6.5

1.0

2.0

3.0

1.0

1.5

2.5 3.0

2.0

1.0

7.0

6.0

5.0

4.0

h(m)

4.0

5.0

6.0

7.0

2.0

2.0

2.5

3.0

1.0

2.0

3.0

1.0

1.5

1.5

B(m)h (m)

3.5

2.5

2.0

2.0

1.5

1.5

1.0

B(m)

=1.70 Ton/m =1.80 Ton/m, c=0=SIN SOBRECARGA

MUROS CON ESCALONES EXTERNOS, INCLINADOS =6 CONTRA EL RELLENO POSTERIOR

SIN SOBRECARGA

=1.80 Ton/m =1.70 Ton/m 3.0

2.0

1.0

7.0

6.0

5.0

4.0

=25

h(m)

4.0

5.0

6.0

7.0 4.5

2.0

3.0

4.0

h(m)

B(m)

= 6 =0h (m)

1.0

2.0

3.0

B(m)

1.0

1.5

1.5

7.0

6.0

5.0

4.0

6.5

5.5

4.5

3.5 2.0

2.5

3.0

3.54.0

3.0

2.5

2.0 4.0

5.0

6.0

7.0

B(m)

=0h (m)

3.0

2.0

1.0

2.5

2.0

1.0

=20B(m) B(m)

1.0

1.5

1.51.5

1.5

1.0

h(m)

1.0

2.0

3.0

=30

=20

MUROS CON ESCALONES INTERNOS, INCLINADOS =6 CONTRA EL RELLENO POSTERIOR

= c=0g

s

gs

3

3

3

3

Figura VII-7.Tablas para el dimensionamiento de seccionestransversales de muros de gaviones.



no deber exceder 4 pulgadas (115 mm). El rea de las aberturas de la malla no deber exceder 8 pulg2 (51.6 cm2).

La disposicin de las rocas debe ser tal que se acomoden debidamente entrabadas, evitando juntas continuas. De acuerdo a las especificaciones de la SEOPC, ninguna roca deber ser menor de 4 pulgadas (102 mm), y no mayor de trece pulgadas (330 mm). En lo posible, las piedras de mayor tamao debern colocarse en los lados del gavin.

Se requiere reforzar las aristas y colocar tirantes diagonales, tirantes horizontales y verticales. Estos ltimos son generalmente especificados principalmente en los gaviones que forman la placa de fundacin. En la Figura VII-8, se muestran algunos detalles constructivos de gaviones.

Las rocas a ser usadas deben ser sometidas a pruebas de inmersin, durabilidad a la disgregacin, desgaste, y a ensayos de humedecimiento y secado. Es conveniente diferenciar entre los trminos dura y durable. Una lutita, por ejemplo, puede ser muy dura con adecuada

Figura VII-8. Detalles constructivos de muros de gaviones (Surez, 1992).

(a) (b)

(c)



resistencia a esfuerzos, pero se disgrega por procesos de humedecimiento y secado, perdiendo toda su resistencia original.

En la Figura VII-9, se muestran detalles de muros de gaviones con defectos constructivos y en la Figura VII-10, se muestran dos muros colapsados por deficiencias de diseo y de construccin.

Figura VII-9. Vista general y detalle de muros de gaviones, mostrandopiedras incorrectamente entrabadas, con juntas abiertas continuas.



La Figura VII-11, muestra detalles de un muro bien construido, con las piedras debidamente entrabadas.

Figura VII-10. Muros de gaviones colapsados pordeficiencias en el diseo y defectos constructivos.



En las reas donde no se consiguen fcilmente rocas prismticas de canteras de masas rocosas, para la construccin de gaviones se utilizan piedras redondeadas provenientes de depsitos aluviales, tal como puede verse en las fotos de la Figura VII-12.

Dado que la resistencia a la flexin de los muros de gaviones es provista por la malla y por el efecto de entrabamiento de rocas prismticas, la utilizacin de piedras redondeadas tiene dos efectos. En primer lugar disminuye la friccin entre rocas y en segundo lugar aporta mayores solicitaciones a la malla, originando como consecuencia una disminucin en la capacidad resistente a flexin del

Figura VII-11. Muro de gaviones construidos con piedras correctamente entrabadas.

Figura VII-12. Vista general y detalle de muro de gaviones construido con piedrasredondeadas de origen aluvial.



conjunto malla-piedra. En tal sentido, si por razones econmicas no queda otra alternativa que utilizar piedras redondeadas, se debera prestar especial atencin a la colocacin de tirantes horizontales, verticales y diagonales en todas las cestas. Algunos constructores tienen la tendencia a colocar piedras de menor tamao que la abertura de la malla, lo cual no se considera recomendable. Las fotos de la Figura VII-13 muestran esta prctica en muros construidos. La colocacin de piedras de menor tamao ha sido permitida en algunos casos, solo en la zona central del gavin y nunca en el fondo y en los extremos laterales. En ningn caso dichas piedras debern ser menores de 10 cm.

VII.2.2 Muros Jaula (Crib walls) VI.2.2.1 Generalidades Los muros-jaula, tambin denominados muros criba, son muros constituidos por elementos prefabricados, generalmente de concreto armado, de muy fcil construccin an en condiciones topogrficas difciles. Cuando son rellenados con material adecuadamente gradado, los muros jaula son adems estructuras que facilitan el drenaje. El sistema es muy flexible debido a la naturaleza en forma de segmentos de los elementos que integran el muro. La Figura VII-14 muestra fotos de etapas constructivas de un muro-jaula con piezas de concreto armado entramadas.

VII.2.2.2 Criterios de diseo de muros-jaula El diseo de muros de este tipo es similar al de los muros de gaviones descritos previamente y son necesarias, al igual que para dichos muros, las verificaciones por volcamiento, deslizamiento en su base y capacidad soporte. El peso del muro a considerar es la suma del peso de la tierra compactada ms el peso propio de los elementos de concreto. Para propsitos de diseo se recomienda utilizar un ngulo de friccin suelo-muro comprendido entre 0.8 a 1, siendo el ngulo de friccin interna del suelo. Al igual que en los muros de gaviones, las verificaciones de estabilidad deben realizarse en todos los niveles de juntas.

Figura VII-13. Dos ejemplos de muros degaviones construidos con piedras mspequeas que la abertura de la malla.



VII.2.2.3 Aspectos constructivos Brandl (1985), demostr experimentalmente que si el relleno entre las celdas del muro y el relleno detrs del mismo se construyen simultneamente, la deformacin del muro por sobrecarga ser por abombamiento (bulging), ocurriendo el desplazamiento mximo en la mitad inferior del muro. Si el relleno detrs del muro es construido despus de que las celdas han sido ensanbladas, ocurre un comportamiento similar al de muros de gravedad y se observa un volcamiento al pie tal como puede verse en la Figura VII-15. El mismo autor sugiere que los rellenos deben construirse simultneamente para minimizar fuerzas normales en las juntas de la cara frontal del muro.

Figura VII-14. Etapas constructivas de un muro-jaula con elementos de concreto armado.



VII.2.3 Muros de Tierra Armada VI.2.3.1 Generalidades El muro de tierra armada es un sistema patentado, desarrollado por Vidal (1966), el cual consiste en reforzar el suelo tpicamente con pletinas de acero acopladas a escamas o paneles prefabricados, los cuales forman un muro vertical . La foto de la Figura VII-16 muestra un muro de tierra armada al cual se le ha incluido un diseo especial para armonizar con el paisaje. Existe abundante literatura tcnica que describe mtodos de diseo, mtodos constructivos y comportamiento. Ingold (1982) describe en detalle los mecanismos, aplicaciones, investigaciones y tendencias futuras de los muros de tierra armada. La disposicin ms comn de los amarres donde se fijan las pletinas puede verse en las Figuras VII-17 y VII-18, sin embargo, si los anlisis de estabilidad muestran que se requiere mayor fuerza de tensin, se pueden colocar amarres adicionales para pletinas intermedias (Vase Figura VII-19).

Figura VII-15. Patrn dedeformaciones horizontalesen un muro dependiendo dela forma de construir elrelleno (Brandl, 1985).



Las pletinas tambin han sido usadas como refuerzo simplemente colocadas sobre el relleno inferior al muro, sin estar empotradas a paramento alguno. De esta forma se incrementa la resistencia del suelo de fundacin y se reducen los asentamientos diferenciales.

Figura VII-17. Disposicin de amarres de pletinas en elementos prefabricados en muros de tierra armada (Ingold, 1982).

Figura VII-16. Macizo de tierra armada condiseo especial para armonizar con elpaisaje (Manual de Tierra Armada C.A).

Figura VII-18. Escama tpica del paramento detierra armada, de 1.5 m x 1.5 m, y separacionesde amarres horizontal y vertical de 90 cm y 75cm, respectivamente.

Figura VII-19. Escama del paramento detierra armada, de 1.5 m x 1.5 m, construidapor requerimiento de diseo con un amarreintermedio en la fila inferior.



VII.2.3.2 Criterios de diseo de muros de tierra armada El paramento de los muros convencionales de tierra armada est constituido por escamas cruciformes de concreto de 1.5 m x 1.5 m, con arranques para las armaduras o pletinas de refuerzo, dispuestos con separaciones de 0.75 m. En cuanto a la longitud efectiva del refuerzo, numerosos anlisis han comprobado que el esfuerzo de tensin en los refuerzos no es mximo en la cara del muro, sino a una distancia detrs de los paneles. En la Figura VII-20 puede verse que la localizacin de la mxima tensin define dos zonas dentro de la estructura: una zona activa donde los esfuerzos de corte se orientan hacia la cara del muro, y una zona resistente donde dichos esfuerzos de corte se orientan hacia el borde libre del refuerzo. La frontera de la zona activa vara con el tipo de estructura, el suelo de fundacin, y la localizacin y magnitud de las cargas externas aplicadas. La frontera de la zona activa, determinada por instrumentacin de estructuras a escala real y por procedimientos tericos, puede ser encerrada por las lneas mostradas en la mencionada Figura VII-20. Con relacin al suelo a utilizar como relleno, es aceptado que los ms adecuados para macizos de tierra armada, son suelos granulares compactados a densidades que resulten en expansin volumtrica cuando son sometidos a corte. La Tabla de la Figura VII-21 indica las especificaciones mnimas para el relleno de muros de tierra armada, elaboradas por la F.H.W.A. Intentos de uso de materiales con porcentaje de finos desde 25% a 40% pasante el tamiz No. 200, resultaron en dos casos referidos por McKittrick (1978), con problemas en el comportamiento del macizo de tierra armada, por lo cual estos materiales no deben utilizarse.

Figura VII-20. Distribucin de tensiones a lo largo del refuerzo (a) Experimentos a escala real. (b) Mtodo de elementos finitos (McKittrick, 1978).

H

H/2

H/2

0ZONA

RESISTENTE

ZONAACTIVA

45 + /2

max.0.3H max.

(b)(a)



Tamiz % pasante

6 100

3 75-100

No. 200 0-25

Indice plstico < 6

Si el porcentaje pasante el tamiz No. 200 es mayor de 25% y el porcentaje ms fino de 15 micrones es menor de 15%, el material es aceptable si = 30

determinado del ensayo AASHTO T-236.

Figura VII-21. Requerimientos de la FHWA para rellenos de tierra armada.

Las pletinas de refuerzo utilizadas en muros de tierra armada se manufacturan con anchos de 4 y 6 cm, y espesores que varan generalmente entre 3 y 9 mm, dependiendo de los esfuerzos a ser resistidos por el macizo y de las condiciones ambientales.

Ejemplo No. 2. Diseo de un macizo de tierra armada de 6 m de altura

Parmetros mecnicos:

Material seleccionado de prstamo para confeccionar el macizo: = 32 2m/Ton0c = 3m/Ton1.2= Terrapln sobre el macizo: Pendiente 1.75(H):1.00(V), Altura 10.0 m

= 32 2m/Ton5.0c = 3m/Ton1.2=



Estratos de fundacin:

= 28 ,

m/Ton0.2m/Ton0.1c

==

ANALISIS DE ESTABILIDAD EXTERNA DEL MACIZO

1. Dimensiones del macizo a verificar

Altura del macizo: h= 6.0 m

Ancho del macizo: L 5.0 m (0.80h) Empotramiento: D= 1.00 m

Altura de la seccin de empuje: AB= 8.90 m

2. Clculo del empuje activo Ea en correspondencia de la seccin vertical AB:

El empuje activo contra el macizo sobre la superficie AB, se ha determinado mediante aplicacin de la solucin grfica de Culmann a la teora de empuje de tierras de Coulomb (Captulo II), segn se detalla en la Figura VII-22, con los siguientes resultados:

- Empuje activo: m/Ton5.41Ea = - Inclinacin con la horizontal: == 32

Componentes horizontal y vertical del empuje activo:

ml/Ton0.2232sen5.41senEaEvml/Ton0.3532cos5.41cosEaEh

======

3. Coordenadas del punto de aplicacin del empuje:

mABY

mLx

0.390.831

31

00.5

=====

4. Fuerzas aplicadas al sistema (Ver Figura VII-22)

mTonEvmTonWmTonEhmTonW

/0.22/0.631.20.60.52/0.35/0.151.290.20.55.01

======

5. Factor de seguridad al deslizamiento

Parmetros de resistencia al corte del material de apoyo del macizo:



=28

c=1.0 Ton/m

( ) ( )50.166.1

0.350.528tan100FS

0.350.50.128tan0.220.630.15

EhcLtanEv2W1WFS

>=+=

+++=+++=

Figura VII-22. Evaluacin de solicitaciones de empuje activo. Solucin grfica deCulmann.

Y= 3

.00

m P3

ALTU

RA

MEC

ANIC

AH

= 7.

50 m

90 - = 58

X= 2.10 m

L = 5.00 m

0.00

O

1.00

= 90A

W2

R

e= 0.40 m

= 32P1

P2

FUERZAS: =10Ton/m

COMPONENTE VERTICAL DEL EMPUJE: E =22 Ton/m

COMPONENTE HORIZONTAL DEL EMPUJE: E =35 Ton/m

PUNTO DE APLICACION: Y 3.0m

INCLINACION CON LA HORIZONTAL: = =32

x

DESCALAS: GRAFICA:

2 30 1

H

V

(m)4 5

RELLENO TERRAPLEN = 30, c = 0.5 Ton/m

= 2.1 Ton/m

= arctg 0.3 = 17

MACIZO TIERRA ARMADA

6.00

y

=

= 32

Ea

31

= 30 W1

=2.1Ton/m=32

TALUD DE RELLENO =30

1.0

B

C11.75

C4

PESO TERRAPLEN SOBRE MACIZO W1=15 Ton/m

EMPUJE ACTIVO MAXIMO: Emax=41.5 Ton/m

ALTURA DE EMPUJE: AB=8.90m

PESO DEL MACIZO W2=63 Ton/m

Emax=41.5 Ton/m.

P5

P4

P7

P6

C2

C3

CG

P8

LINEA DE CULMANN

P9

LINEA

C6

C5

C9C8

16.00

C7



6. Factor de seguridad al volcamiento

Momento de volcamiento: Ton-m/m...yEhMv 010503035 === Momento estabilizador: LEv1LW67.02LW5.0Me ++=

02205015056700630550 ........Me ++= Ton-m/m0.318Me =

50.103.30.1050.318

MvMe

FSv >===

7. Clculo de la excentricidad de la resultante R respecto al centro de la base del macizo

Ancho de la base: m.L 05= Momento estabilizador: Ton-m/m0.318Me = Momento de volcamiento: Ton-m/m0.105Mv = Momento resultante: Ton-m/m0.2130.105-0.318Me-MvMo === Sumatoria de Fuerzas verticales: =++= Ton/m0.100Ev2W1WV Posicin de la resultante:

m1.2x

m1.20.1000.213

VMox

====

Excentricidad de la resultante e = 0.5L-x

e = 0.5 x 0.5 - 2.1 =0.40 m

e= 0.40 m < L/6 =0.83 m

Se deduce que la resultante pasa por el tercio central de la base.

8. Presin vertical sobre la fundacin del macizo

/8.2340.020.5

00.1002

mToneL

V ===

Estimacin de la capacidad ultima de carga (qult), de una fundacin de ancho (B) con empotramiento D. Para ello se utiliza la conocida teora de Terzaghi para fundaciones superficiales (Terzagui,1958):

DNqBN5.0cNcqult ++= Factores de capacidad de carga

Para =28: Nc=30, N=17, Nq=17 m/Ton1490.170.10.2170.50.25.0300.1qult =++=



El factor de seguridad por capacidad de carga resulta

2.68.23/149/qultFS === ampliamente satisfactorio 9. Anlisis de estabilidad interna del macizo (Vase Figura VII-23)

El anlisis de estabilidad interna se efecta para establecer en cada fila o nivel, el nmero de armaduras requerido para absorber las solicitaciones horizontales correspondientes. El clculo se efecta por equilibrio local.

a) Tracciones admisibles por armadura:

Por rotura, tensin admisible a=1600 Kg/cm (factor de seguridad FS=1.5 respecto al lmite elstico) y espesor til de 4 mm:

Armaduras de 40 x 5 mm: Tr =1600 x 1.6= 2560 Kg = 2.56 Ton

Armaduras de 60 x 5 mm: Tr =1600 x 2.4= 3840 Kg = 3.84 Ton

Por friccin en la longitud de adherencia La

= L LaL )x(v dxfb2FS1Tf b)Traccin actuante en cada nivel de armadura:

El valor de la traccin mxima por metro lineal de muro que acta sobre el refuerzo en cada nivel, es determinado por la relacin:

HHKTmzzz Hv

==)()()(

siendo:

v(z): Esfuerzo normal vertical que acta en cada nivel de armadura en correspondencia del lugar geomtrico de mximas tracciones.

K(z): Coeficiente de empuje en cada nivel de armadura.

H(z): Esfuerzo horizontal en cada nivel de armadura: )()()( zzz KvH = H=0.75m Espaciamiento vertical entre capas de armadura. c) Nmero de armaduras en cada nivel.

El nmero de armaduras requerido en cada nivel debe calcularse por cada 3 ml de muro, en razn de que las escamas de concreto que constituyen el paramento miden 1.50 m de ancho.



Figu

ra V

II-23

. Est

abilid

ad in

tern

a de

l mac

izo.

Cl

culo

por

equ

ilibrio

loca

l. d

v=

(d+x

tan

)

= =

= 2.1

Ton/

m

PROFUNDIDAD d (m)

2

21

3 7654

O 1

3

X

= ar

ctan

0.3

= 1

7

30

L=5.00 m

D=1.00

ALTURA MECANICAH = 7.5 m

H/2 = 3.75

h= 6.00

Z< 6

m:K

=Ko(

1-Z/

6)+K

a Z/

6Z H

/2: L

a=L-

(H-Z

) tan

Z

Z>

6m

:K=K

a

Arm

adur

as

Z< 6

m: f

*=fo

(1-Z

/6 )+

tan

Z/6

Z> 6

m: f

*= ta

n

ESC

ALAS

: GR

AFIC

A:0

1

Ka=0

.398

(m)

34

52

tan

=

0.6

Coe

ficie

nte

de e

mpu

je K

La(z

)

H/2 = 3.75

Zona

Activ

a

O

0.3H=2.25

8 17 3456 2

La(z

)

PROFUNDIDAD Z (m)

en la

s ar

mad

uras

.

luga

r geo

met

rco

deEs

quem

atiz

acio

n de

l

max

imas

trac

cion

es

0.4

Coe

ficie

nte

de ro

zam

ient

o f*

Ko=0

.5

73 6542

PROFUNDIDAD Z (m)

1

0.2

O

fo>

1.2

par

aar

mad

uras

con

resa

ltes

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

1.6



La traccin mxima por cada 3 ml de muro ser: )ml3/Ton(HKv3m3max/T )z()z(x =

El nmero de armaduras necesario en cada nivel por cada 3 ml de muro, se obtiene dividiendo la traccin mxima antes calculada por el menor valor de la traccin admisible por armadura.

En la Tabla de la Figura VII-24 y en la Figura VII-25 se reportan los clculos y resultados obtenidos, indicndose en perfil y alzada, la reparticin de armaduras de ancho b=6 cm propuesta en este ejemplo.

FILA Z(m) K(z) d(m) f*(z) La(m)x=L-La

(m)v (z)Ton/m

x2

(z)Ton/m 2

Tmb=4cm b=6cm b=4cm b=6cm

N/3m

8

7

6

5

4

3

2

1 7.00

6.25

5.50

4.75

4.00

2.50

1.75

3.25

0.30

0.30

0.32

0.34

0.37

0.39

0.42

0.44

5.625

0.375

1.125

1.875

2.625

3.375

4.125

4.875

0.60

1.02

0.95

0.87

0.80

0.72

0.65

0.60

4.70

4.25

3.80

3.35

2.90

2.75

2.75

2.75

0.30

0.75

1.20

1.65

2.10

2.25

2.25

2.25

12.18

11.15

10.12

9.09

8.06

6.67

5.09

3.52

3.09

2.98

2.60

2.14

1.55

3.66

3.35

3.24

8.25

7.50

7.30

7.00

6.75

5.85

4.85

3.50

1.70

1.40

1.23

1.08

0.91

0.80

0.71

0.58

2.55

2.10

1.84

1.62

1.37

1.20

1.06

0.87

2.56

2.56

2.56

2.56

2.56

2.56

2.56

2.56

3.84

3.84

3.84

3.84

3.84

3.84

3.84

3.84 4

4

4

4

5

5

5

4

TRACCION ADMISIBLE POR ARMADURA (Ton)

ADHERENCIA FS=2 ROTURA a=1600Kg/cm 2

ESTABILIDAD INTERNA DEL MACIZO

(SECCION TIPO h = 6.00m, L=5.00m)

(Clculo por equilibrio local)

N/3m: Nmero de armaduras de ancho b=4cm b=6cm y longitud L=5.00m

requeridas por cada 3 ml de muro (cada 2.25m de paramento)2

1.16

2.75

2.51

2.43

2.32

2.24

1.95

1.62

Ton/3mTon/m

5

6

6

7

8

8

7

6

b=4cm b=6cm

(Ton/3m)N/3m=

Tad min (Ton)Tm

Figura VII-24



Figu

ra V

II-25

. Est

abilid

ad in

tern

a de

l mac

izo.

Cl

culo

por

equ

ilibrio

loca

l.

b=4 c

m

SEC

CIO

N h

= 6

.00

m L

=5m

(ALT

UR

A M

ECAN

ICA

H =

7.5

0 m

PAR

A ES

TABI

LID

AD IN

TER

NA)

TRAC

CIO

N A

DM

ISIB

LE P

OR

AR

MAD

UR

A (T

on)

h=6.0m

5.00

SOLE

RA

DE

APO

YOb=

0.30

m. h

=0.1

5m

D=1.00

ARM

ADU

RAS

DE

ACER

O

N=4

N=4

N=4

N=4 H=0

.75m

GAL

VAN

IZAD

O

14 3 2

E=18

cm

PAR

AMEN

TOES

CAM

AS

=32

= 30 3

= 2.1

Ton/

m

TALU

D R

ELLE

NO

1.7

5:1

N=5

N=5

N=4

N=5*

6 58

2 3= 2

.1To

n/m

=3

2c=

0.5T

on/m

7

1.0

0

h=6.0m

ROTURA a=1600 Kg/cm -b=4 cm

ROTURA a=1600 Kg/cm -b=6 cm

ESC

ALAS

: GR

AFIC

A:

21

05

(m)

43

C2

A4

A4

A4

A4C

2

A4 A4

A4 A4

A4 C2

3.0

2

b=6 c

m

ADH

EREN

CIA

2.0

FS=2

2

4.0

1.50

3.00

A6

A4A4

3.00

A5D

2

1.50

1.50

D2 A4

A4

A6A6

A4A4

A5A5

D21.50



VII.2.3.3 Aspectos constructivos Dado que la tierra armada es un sistema patentado, existen manuales elaborados por los fabricantes que describen en forma detallada las especificaciones constructivas correspondientes. De especial importancia se pueden destacar los siguientes aspectos:

Se debe llevar un control topogrfico de la verticalidad y alineamiento del paramento, as como del adecuado ensamblaje de las escamas.

Cada capa, debidamente compactada de acuerdo a los patrones de control de calidad, deber ser llevada justamente hasta la cota de asiento de cada nivel de armadura, para lograr un apoyo continuo en toda su longitud. Vase Figura VII-26.

Se deber evitar el uso de compactadores vibratorios pe-sados en una franja de 1.0 cercana al paramento (Figura VII-27). En esta zona se debern utilizar compactadores vibratorios manuales o de poco peso.

Con el propsito de mantener permanentemente drenado el macizo de tierra armada, sobre la superficie de contacto macizo-suelo in situ, es recomendable la colocacin de un material granular permeable que cumpla con los requisitos para filtros, o en su defecto materiales granulares gruesos protegidos con membranas geotextiles no tejidas.

Figura VII-26. Disposicin incorrecta de pletinas derefuerzo, dejando reas sin contacto entre ellas y elsuelo.

Figura VII-27. Compactacin con equipo vibratoriodel relleno de un muro de tierra armada, dejandouna distancia prudencial de 1 m entre elparamento y el compactador.



VII.2.4 Otros sistemas de suelos reforzados VII.2.4.1 Generalidades Adems del sistema patentado de tierra armada, existen otros sistemas de suelos reforzados donde el elemento de refuerzo est constituido por geosintticos, bandas o mallas metlicas, bandas de polmeros, mallas de alambre tejida, geomallas y geotextiles. En la Figura VII-28 se muestran los tipos de refuerzo usados ms frecuentemente y valores tpicos de sus propiedades mecnicas.

Existen una gran cantidad de empresas que se dedican a la venta de Geosintticos para refuerzo, con una gran variedad de propiedades. Entre ellas se pueden citar Tenax, Akzo Nobel, Maccaferri, Tensar, Mirafi, Pavco, Trical, Bidim. En las Figuras VII-29 al VII-32 se presentan ejemplos de algunos geosintticos utilizados como refuerzo, realizando una breve descripcin de los mismos. Un manual de ingeniera para la aplicacin de geotextiles fue elaborado por Pais (1985) y la mayora de los fabricantes han publicado sus respectivos manuales de diseo que incluyen propiedades y mtodos de clculo.

Figura VII-28. Tipos y propiedades mecnicas de diferentes refuerzos (Schlosser &Delage, 1987. Mitchell & Christopher, 1990).



GEOGRILLAS TEJIDAS

Figura VII-30. Son estructuras planas en forma de red, fabricadas a travs delentrelazamiento (en ngulos rectos) de fibras sintticas con un elevado mdulode resistencia. Generalmente estn recubiertos por una camada protectora,tambin en un material sinttico, usalmente de PVC. (Maccaferri).

Figura VII-29. Son estructuras planas fabricadas de materiales polimricos(generalmente polietileno de alta densidad PAD) a travs de un proceso deextrusin y un sucesivo estiramiento, que puede ser en una sola direccin(unidireccional, uniaxial, monodireccional, caracterizadas por una resistencia ala traccin en el sentido longitudinal entre 60 y 200 KN/m) o en las dosdirecciones principales (bidireccional, biaxial, biorientada, caracterizadas poruna resistencia menor, prcticamente igual en los dos sentidos en un rango de20 a 30 KN/m). (TENAX TT y LBO).

GEOGRILLAS EXTRUIDAS



Figura VII-31. Son estructuras cuyas mallas son formadas por dos series sobrepuestas dehilos (con un espesor entre 1 y 5mm) que se cruzan en ngulos constantes (generalmenteentre 600 y 900) formando aberturas regulares y constantes (en general entre 10 y 60mm),producidas por extrusin de polmeros termoplsticos (polietileno de alta densidad opolipropileno). La soldadura de las dos series de hilos es obtenida por la penetracinparcial en los puntos de contacto, con el polmero an en estado semi-fluido. (TENAXCHP, TENAX GNT y TENAX CE).

GEOREDES

GEOGRILLAS POR ADHESION O SUPERPOSICION DE FIBRAS

Figura VII-32. Son estructuras planas producidas por la sobreposicin y la sucesivasoldadura (adhesin), generalmente en ngulos rectos de las geocintas formadas porun ncleo en poliester de alta resistencia, revestido por una camada de proteccin enpolipropileno. Este tipo de geogrilla es la ms resistente a la traccin longitudinalalcanzado los 1200 KN/m (120 t/m). (Maccaferri).



VII.2.4.2 Criterios de diseo de muros de suelos reforzados Los modos posibles de falla en muros de suelos reforzado, han sido representados en la Figura VII-33. Duncan et al (1988) clasifican los modos de falla de suelos reforzados, en cuatro categoras:

Falla por tensin del refuerzo, permitiendo falla de corte o deformacin excesiva en el suelo. Falla por extraccin del refuerzo (pullout failure), permitiendo falla de corte o deformacin

excesiva del suelo.

Excesiva deformacin del refuerzo, permitiendo falla de corte o deformacin excesiva del suelo.

Desmoronamiento del suelo en taludes de altas pendientes, debido a insuficiente confinamiento del refuerzo.

Para diseo se consideran tres modos de falla interna:

El refuerzo debe tener suficiente resistencia, para soportar las fuerzas mximas de tensin. El refuerzo debe tener suficiente empotramiento detrs de la superficie de deslizamiento, de

tal forma que no falle por extraccin (pullout).

Debe haber suficiente confinamiento en la cara del muro, para evitar el desmoronamiento del suelo.

Con respecto a la estabilidad externa, Broms (1978), describe dos modos de falla: Uno que comprende deslizamiento de la masa de suelo con una superficie que pasa por la interfacie suelo-refuerzo, y otro que considera inestabilidad global con una superficie de deslizamiento detrs y por debajo de los refuerzos. En el caso de taludes reforzados con pendientes inferiores a la vertical, la estabilidad interna se analiza generalmente con superficies de falla circular que cortan la masa reforzada, y la estabilidad externa se analiza con superficies circulares por detrs de los refuerzos. Ambos modos de falla, pueden ser analizados incorporando el refuerzo en los mtodos convencionales de estabilidad de taludes. Para el anlisis de la estabilidad interna de un muro de suelo reforzado, se puede considerar que el lugar geomtrico de las tensiones mximas en los refuerzos, es la indicada en la Figura VII-34. El concepto del principio de compatibilidad de deformacin entre el suelo y el refuerzo, ha sido descrito y explicado en forma muy didctica por Schaefer & Duncan (1987), tal como se indica en la Figura VII-35. Esta figura muestra, en la parte superior, curvas de esfuerzo-deformacin para dos suelos con comportamiento frgil y dctil, y en la parte inferior curvas de deformacin por unidad de longitud para tres materiales de refuerzo. Los tres materiales tienen la misma resistencia a la tensin y la misma resistencia admisible para diseo, pero tienen rigideces diferentes. Considerando una estructura diseada para un factor de seguridad razonable, el esfuerzo movilizado dentro del suelo ser una fraccin de su resistencia pico. La deformacin en el suelo bajo condiciones de trabajo depende de la curva esfuerzo-deformacin del suelo. El suelo frgil (duro) tendr menores deformaciones que el suelo dctil (menos duro). Por lo tanto, b < d en dicha Figura VII-35.



Figura VII-33. Modos de falla en muros reforzados (Manual dediseo, Mirafi, Simac, 1990).

Figura VII-34. Modo de falla interna. (Mitchell &Schlosser, 1977).

LUGAR GEOMETRICO DE TENSIONES MAXIMAS



A una deformacin b, un refuerzo de mdulo alto (tipo A) sera deformado por encima de la carga permisible por unidad de longitud. Por otra parte, un refuerzo de bajo mdulo (tipo C), desarrollara solo una fraccin de su resistencia a la tensin. Ambos casos se consideran indeseables (Duncan et al 1988). La mejor seleccin sera un refuerzo (tipo B) que tenga un valor de mdulo tal que la carga permisible se desarrollara bajo condiciones de trabajo. Comparaciones similares pueden ser hechas para el caso del suelo dctil en la Figura VII-35. A una deformacin d, tanto el refuerzo tipo A como el Tipo B estaran sometidos a esfuerzos por encima de la carga admisible por unidad de longitud. El tipo A sera deformado hasta el punto de falla. Para este caso, donde se desarrollan grandes deformaciones bajo condiciones de trabajo, un refuerzo de bajo mdulo (tipo C) es ms deseable, el cual sera capaz de soportar deformaciones ms grandes sin fallar. La discusin anterior permite concluir que cuando se selecciona el refuerzo, es importante considerar cuanta deformacin o deformacin unitaria es tolerable. Materiales de bajo mdulo requeriran grandes deformaciones unitarias antes de que puedan desarrollar la fuerza resistente necesaria para la estabilidad, y tales deformaciones pueden resultar intolerables para la estructura. La Figura VII-36 ilustra esquemticamente, un caso donde un refuerzo con una rigidez muy baja, requiri de deformaciones muy grandes para desarrollar su resistencia. La resistencia de la interfacie suelo-refuerzo, ha sido medida por numerosos investigadores. Dichos resultados han sido resumidos y tabulados por Duncan et al (1988). Una forma conveniente de expresar la resistencia de la interfacie es relacionarla con el ngulo de friccin en trminos de la relacin tg/tg, donde es el ngulo de friccin de la interfacie, y el ngulo de friccin del suelo. Aunque se han reportado casos de existencia de resistencia cohesiva, es costumbre despreciarla para efectos de diseo. De acuerdo a Duncan et al (1988), para fines prcticos la relacin puede tomarse como 0.67 para interfacies suelo-geotextil, y 0.90 para interfacies suelo-geomalla (geogrid). Existen varios mtodos publicados para el diseo de muros reforzados con geosintticos, entre los cuales se pueden citar Broms (1978), Collin (1986), Schmertman et al (1987) y Wu (1994). En el ejemplo No. 3 se utiliz el procedimiento de diseo simplificado propuesto por Wu (1994), por considerarlo ms sencillo y cnsono con los objetivos de la presente Gua.

Figura VII-35. Compatibilidad dedeformacin suelo-refuerzo (Schaefer& Duncan, 1987).



Ejemplo No. 3. Diseo de un muro reforzado con mallas de geosintticos o metlicas encapsuladas con PVC.

Caractersticas del muro: (Ver Figura VII-37)

Figura VII-36. Comportamientoinadecuado de un sueloreforzado por elongacinexcesiva del refuerzo (Duncanet al, 1988).

Figura VII-37. Diseode muro reforzado congeomallas

H=4.00m

1.00

45+/2=62

Sv=0.40m

L=3.00m

Ls=1.00m

Lf Le

CARGA VIVA:1000Kg/m 2

=34c=1.0Ton/m

=1850 Kg/m2

3

Z

CAPAS DE REFUERZO

H tan =2.20m 0.2 H=0.80m

LONGITUDES MINIMASLe1.00 m (LONGITUD DE DESARROLLO)Ls1.00 m (LONGITUD DE SOLAPE)

=28

=45-/2=28

MATERIAL DE RELLENO



Muro vertical sin empotramiento Altura uniforme H=4.00 m Terrapln sobre el muro h=1.00m Carga viva sobre el muro: 1000 Kg/m uniformemente repartida. Efectuar el diseo considerando todas las capas de refuerzo de igual longitud y con

idntica separacin vertical de 0.40 m.

Sobrecarga total q=2850 Kg/m Caractersticas del material de relleno para muro y terrapln

=34, c=1.0Ton/m, =1850 Kg/m, al 95% de la densidad seca mxima AASHTO T-180. Caractersticas del suelo de fundacin

Los estratos portantes estn constituidos por una grava arenosa densa caracterizada por un ngulo de friccin interna =36 y un peso unitario =2.0 Ton/m. ANALISIS POR METODO CTI (Colorado Transportation Institute) SIMPLIFICADO (Wu, 1994).

(Vlido para muros de altura menor a 4.50 m)

1. Determinacin de la longitud requerida del refuerzo:

mLusar

mL

HL

00.3

93.20.42.02

3445tan

2.02

45tan

==

+

=

+

=

2. Clculo de la tensin mxima en el refuerzo:

( )( )

m/Kg1160maxT2

3445tg28500.4185040.0maxT

245tgqHSvmaxT

2

2

=

+=

+=

3. Determinacin de la deformacin lmite aceptada para las mallas de refuerzo, mediante la siguiente expresin semi-emprica.



( )%100max25.1

=H

Siendo:

max: el desplazamiento lateral mximo permitido del muro, tpicamente del orden del 2% de su altura, es decir: max/H = 0.02 = 2% En este caso se tiene: =1.25 x 2 = 2.5%

4. Determinacin de los requerimientos de tensin de la malla de refuerzo a ser usada:

a) T al 2.5% de deformacin limite FS Tmax T@ =2.5% FS Tmax con FS=1.5 T@ =2.5% 1.5 x 1160 1740 Kg/m

b) Tult 3 T@ =2.5% Tult 3 x 1740 5220 Kg/m

5. Seleccin de la malla de refuerzo

Con base en estos valores se debe seleccionar la malla de refuerzo a utilizar para satisfacer simultneamente los requerimientos anteriores, consultando las curvas esfuerzo-deformacin o las tablas elaboradas para tal fin por las diferentes empresas fabricantes.

6. Verificacin de la estabilidad externa del muro para satisfacer los siguientes factores de seguridad:

- Deslizamiento: FS1.5 - Volcamiento: FS1.5 - Capacidad portante: FS3.0

Estas verificaciones pueden ser efectuadas siguiendo la misma metodologa indicada en los ejemplos N1 y N2

Wu (1994) realiz una investigacin detallada para muros reforzados de fcil construccin y de bajo costo, y utilizando el mtodo simplificado, denominado CTI (Colorado Transportation Institute), descrito en el Ejemplo No. 3, elabor las Tablas de diseo incluidas en la Figuras VII-38 y VII-39. Estas tablas fueron elaboradas para alturas de muros reforzados limitadas a 4.5 m (15 pies), construidos con relleno granular compactado, y sobre un suelo de fundacin resistente. Para la utilizacin de dichas tablas hace falta conocer la altura del muro (H), el ngulo de friccin (), el espaciamiento entre las capas de refuerzo (s) y el desplazamiento lateral mximo permisible para el muro, el cual se puede asumir como un 2% de la altura. Las tablas asumen que el espaciamiento y la longitud de las capas de refuerzo son constantes en toda la altura del muro, pero si se desea detallar



al respecto, es necesario realizar el clculo correspondiente para ajustar el espaciamiento y disminuir la longitud del refuerzo en los sectores de menor cota del muro. Angulo de friccin () 30 32 34 36

Longitud del refuerzo, L (m) 1.90 1.80 1.80 1.75

ALTURA Td (kg/m) s = 20 cm 565 521 476 431 DEL MURO s = 30 cm 848 774 714 655

H = 2.4 m s = 40 cm 1116 1027 952 878

(8 pies) Tult (kg/m) s = 20 cm 1681 1548 1428 1309

s = 30 cm 2530 2321 2143 1964

s = 40 cm 3363 3109 2857 2619


Td (kg/m) s = 20 cm 670 625 565 521 ALTURA s = 30 cm 1012 923 848 789

DEL MURO s = 40 cm 1339 1235 1131 1042

H = 3.0 m Tult (kg/m) s = 20 cm 2009 1845 1711 1562

(10 pies) s = 30 cm 3021 2738 2559 2351

s = 40 cm 4018 3705 3407 3125

Notas:

1. Lmite de deformacin de diseo d = 2.5%, y movimiento mximo lateral permisible Dmax= 2% H. 2. Td: Tensin/unidad de ancho del geosinttico de refuerzo, correspondiente a la deformacin lmite

de diseo d. 3. Tult: resistencia ltima requerida del geosinttico de refuerzo. Tult 3 Td 4. s: espaciamiento vertical del refuerzo

5. Presin por sobrecarga 1220 kg/m2. Incremente los valores de Td y Tult, por cada sobrecarga adicional de 1220 kg/m2 (1.22 t/m2), de la siguiente forma:

- 22% para muros de H= 2.4 m - 18% para muros de H= 3.0 m

Figura VII-38. Tabla de diseo para muros de altura H = 2.4 m y H = 3.0 m. (Adaptada y modificada de Wu, 1994).



Angulo de friccin () 30 32 34 36



DEL MURO s = 40 cm 1562 1443 1324 1220

H = 3.6 m Tult (kg/m) s = 20 cm 2336 2202 1979 1815

(12 pies) s = 30 cm 3512 3229 2976 2723

s = 40 cm 4672 4300 3958 3645



DEL MURO s = 40 cm 1890 1741 1592 1473

H = 4.5 m Tult (kg/m) s = 20 cm 2827 2604 2396 2202

(15 pies) s = 30 cm 4240 3913 3601 3303

s = 40 cm 5654 5208 4791 4404

Notas:

1. Lmite de deformacin de diseo d = 2.5%, y movimiento mximo lateral permisible Dmax = 2% H. 2. Td: Tensin/unidad de ancho del geosinttico de refuerzo, correspondiente a la deformacin lmite de

diseo d. 3. Tult: resistencia ltima requerida del geosinttico de refuerzo. Tult 3 Td 4. s: espaciamiento vertical del refuerzo

5. Presin por sobrecarga 1220 kg/m2. Los valores de Td y Tult sern incrementados, por cada sobrecarga adicional de 1220 kg/m2 (1.22 t/m2) de la siguiente forma:

- 16% para muros de H= 3.6 m - 13% para muros de H= 4.5 m

Figura VII-39. Tabla de diseo para muros de altura H = 3.6 m y H = 4.5 m. (Adaptada y modificada de Wu, 1994).

Wu (1994) present una comparacin de costos de diferentes tipos de muro en funcin de la altura, realizada por Christopher and Holtz (1985), tal como puede verse en la Figura VII-40. De dicha figura se puede concluir que los muros de suelos reforzados resultaron ser relativamente ms econmicos. Otro tipo de muro reforzado patentado es el denominado Murobloq. El paramento est constituido por bloques de concreto de alta resistencia (15 MPa) acoplados con pines de fibra de vidrio. El refuerzo utilizado entre capas de relleno compactado, es una malla de polietileno de alta densidad. Vase Figura VII-41.



Figura VII-40. Comparacin de costos de diferentes tipos de muros (Christopher & Holtz, 1985).

Adems de los muros de gaviones previamente tratados, la empresa Maccaferri ha introducido el Sistema Terramesh como solucin para el refuerzo de suelos. El paramento est constituido por gaviones y el refuerzo consiste en una malla hexagonal, continua, que se coloca sobre un plano horizontal, utilizando redes de doble torsin fabricadas con alambres de acero sustituyendo los flejes. La resistencia ltima a la traccin sin fenmeno de repteo, es del orden de 47 kN/m. El alambre tiene un espesor mnimo de 2.2 mm y es galvanizado y revestido con PVC o con puntos metlicos de 3 mm de dimetro en acero inoxidable. De acuerdo a los fabricantes, adems del desarrollo de friccin contra la seccin del alambre, la gran dimensin de los huecos en la malla con relacin al dimetro del alambre se traduce en un aumento general de la resistencia del refuerzo, lo cual no ocurre con materiales que aportan solamente resistencia por friccin. El sistema es muy verstil y permite la construccin de

Figura VII-41. Sistema muroblock conparamento de bloques de concreto y mallade refuerzo de polietileno de alta densidad.

55

45

35

25

15

510 20 30 40 50

1

32

45

(1981)

Cos

to (

U.S

. Dol

lars

) / p

ie

de

rea

de m

uro

Altura del muro ( pies )

2

1: Muro reforzado con geosinttico

2: Muro con refuerzo metlico

3: Muro-jaula o muro -criba con elementos metlicos

4: Muro-jaula con elementos de concreto armado

5: Muro de concreto armado sobre fundacin directa



muros verticales o inclinados en escalones, segn se requiera. (Vase Figura VII-42.) En el paramento se pueden colocar semillas de especies autctonas o en el caso del sistema que el fabricante denomina Terramesh verde, se puede aplicar la tcnica del hidrosembrado sobre el paramento.

Figura VII-42. Sistema Terramesh (Maccaferri, 1995).



En la Figuras VII-43 (a) al (d) y en la Figura VII-44 se ilustran otros tipos de refuerzos utilizados en la prctica.

Figura VII-43. (a) Suelo reforzado con barras empotradas en sacos de arena (Fukuoka,1986). (b) Tierra anclada con barras triangulares (ORourke & Jones, 1990). (c) Muro conbloques de concreto, tiras de polmeros y anclajes (ORourke & Jones, 1990). (d) Muros conplacas y anclajes rectangulares (ORourke & Jones, 1990).



Concientes del excedente mundial de neumticos usados, en los ltimos diez aos se han estado utilizando stos para la construccin de obras de contencin, tal como puede verse en la Figura VII-45. Tuan (1988) reporta tres formas de utilizacin de neumticos en diferentes obras de contencin construidas en cauces de alta amenaza de flujo de sedimentos. La primera obra, deno-minada presa de neumticos en cantilever, est constituida por un muro de concreto armado con su fuste reemplazado por columnas y neumticos usados, tal como puede verse en la Figura VII-46. El segundo tipo de obra para retencin de sedimentos, ilustrado en la Figura VII-47, utiliza solamente columnas de concreto armado y neumticos usados. El tercer uso de los neumticos est orientado a la proteccin de muros de gaviones, en los cuales se ha demostrado que el alambre protegido con zinc es muy dbil contra el impacto de bloques de roca. En tal sentido los gaviones se protegen con neumticos, los cuales a la vez pueden absorber la energa de impacto de las rocas y aumenta su vida de servicio. Vase Figura VII-48. Hausmann (1992), presenta una tcnica de estabilizacin utilizando tambin neu-mticos de vehculos, los cuales fueron empleados para reparar una falla de un terrapln en California. Esta tcnica mostrada en la Figura VII-49 se conoce como Pneusol o Tiresoil. El terrapln con los neumticos incluidos, pudo ser reconstruido con una pendiente de 0.5H:1V en lugar de 1.5H:1V, ahorrando 73600 m3 de relleno.

Dentro de esta seccin de suelos reforzados, hay que mencionar recientes trabajos orientados a mezclar suelos con trozos de neumticos (Foose et al 1996, Bosscher et al 1997), inclusiones de geosintticos multiorientados (jacks), (Lawton et al 1993), fibras al igual que las usadas en concretos

Figura VII-44. Estructura de contencin conneumticos y geotextiles. (Jones 1988).(ORourke & Jones, 1990).

Figura VII-45. Muro construido con neumticos.



(Lawton et al 1993, y Mitchell & Villet, 1987), y otros productos sobrantes de procesos industriales (Turner, 1994).

Figura VII-46. Presa de neumticosusados en cantilever (Tuan, 1988).(Medidas en m).

Figura VII-47. Neumticos colocados encolumnas de concreto (Tuan, 1988),(Medidas en m).



Con respecto al uso de neumticos como estructuras de contencin, hay que advertir que se ha reportado un caso de combustin espontnea en el Estado de Washington, sin embargo, en muchos otros terraplenes construidos en los Estados Unidos no ha habido informacin de este tipo de fenmeno. Los paneles de anime o geofoam, mencionados en el Captulo V, Terraplenes, tambin han sido utilizados como material liviano detrs de muros de contencin, tal como puede observarse en la Figura VII-50.

Figura VII-48. Proteccin de gaviones con neumticos usados (Tuan, 1988). (Medidas en m).

Figura VII-49. Sistema Pneusol (Hausmann, 1992).



VII.2.4.3 Aspectos constructivos Las Figuras VII-51 y VII-52, muestran el proceso constructivo de un talud reforzado con geomalla Tensar, y en las fotos de la Figura VII-53 se muestra la secuencia constructiva de un terrapln reforzado con malla Maccaferri. Las Figuras VII-54 y VII-55 muestran fotografas de muros con geosintticos con defectos constructivos y de diseo. En general, se prefiere para refuerzo el uso de geomallas y no de geotextiles, ya que estos ltimos tienen tanto resistencia como mdulos bajos y requieren mucha deformacin para movilizar su resistencia.

VII.2.5 Muros de concreto armado en cantilever Los muros de concreto armado en cantilever han sido objeto de mltiples publicaciones y su diseo est ampliamente descrito en textos de Mecnica de Suelos. En la Figura VII-56 se muestra la distribucin tpica de presiones sobre esta clase de muros, y los criterios y factores de seguridad normalmente utilizados para el caso esttico. Una vez predimensionada la seccin del muro en cantilever, el anlisis de estabilidad interna y externa se realiza con los mismos procedimientos ilustrados para los muros de gravedad. La diferencia radica en que un muro en cantilever no se comporta como un bloque rgido que es la hiptesis de los muros de gravedad, y las secciones de los diferentes elementos que conforman el muro deben ser verificados y dimensionados para absorber solicitaciones de corte y flexin.

Figura VI-50. Aplicacin del geofoam en murosde contencin. (Negussey, 1997)



Figura VII-51. Proceso constructivo de un talud de rellenocompactado y reforzado (Tensar, Slope ReinforcementInstallation Guide).

COLOCACION EXTENDIDO Y NIVELACION

COMPACTACION COLOCACION EN CURVAS

Figura VII-52. Proceso constructivode un terrapln reforzado. (TensarGuide).



Figura VII-53. Secuencia constructiva de un terrapln reforzado con geomallaMaccaferri.



Figura VII-54. Muro reforzado con evidentes defectos constructivos.



Figura VII-55. Muro desuelo reforzado quecolaps debido a unamala seleccin delgeosinttico de refuerzoy a un mal diseo.

Figura VII-56. Criteriosde estabilidad estticade muros (Abramsonet al, 1995).



VII.2.6 Clavetaje (Soil Nailing) VII.2.6.1 Generalidades El sistema de clavetaje consiste en elementos constituidos por barras de acero o de metal, o tubos de metal, que son hincados dentro del suelo in situ o en roca blanda, o son inyectados dentro de huecos preperforados, los cuales deben resistir esfuerzos de tensin, esfuerzos de corte y momentos flectores impuestos por los movimientos del talud. Este sistema de clavos en conjunto con el suelo, forman una estructura coherente capaz de detener el movimiento de taludes inestables. (Schuster, 1995). Los clavos se consideran elementos pasivos a diferencia de los anclajes pretensados o activos, y generalmente se colocan muy cercanos. La estabilidad de la superficie entre los clavos se estabiliza comnmente con una capa delgada (10-15 cm) de concreto lanzado reforzado con malla, dejando previsiones para el drenaje. En algunos pases se acostumbra colocar como cabezal de los clavos, una plancha de acero de 1/2 pulgada de espesor, la cual es unida a la barra mediante una tuerca con su rosca, Tambin se acostumbra eliminarla, doblando el extremo libre de la barra, empotrndola dentro de la losa de concreto (Vase Figura VII-57). Este procedimiento se considera suficiente, puesto que la transferencia de fuerzas entre el terreno y el refuerzo se produce esencialmente por adherencia sobre la superficie de la barra de refuerzo, por lo cual los cabezales no generan fuerzas concentradas significativas que ameriten la verificacin de la losa por punzonado. Comparativamente con la tcnica de tierra armada, previamente descrita, se considera que la diferencia radica en el mtodo constructivo. Mientras que el sistema por clavetaje refuerza el suelo en sitio y la estructura se construye mediante excavaciones sucesivas, la tierra armada va reforzando el relleno mientras el mismo es construido desde el pie hacia arriba. En tal sentido, las distribuciones de los desplazamientos, las deformaciones y esfuerzos en el suelo y en el refuerzo, resultan diferentes inclusive para geometras equivalentes. La Figura VII-58 muestra la comparacin entre los desplazamientos laterales de un muro claveteado y una tierra armada.

Figura VII-57. Sistemas de cabezal para clavos.

Barra de refuerzodoblada en suextremo delantero

Cabezal formadopor tuerca yplancha de acero



VII.2.6.2 Criterios de diseo 1. En cuanto a la longitud, distribucin y ngulo de inclinacin de los clavos, las recomendaciones

generales del Proyecto Clouterre (Recommendations Clouterre, 1991) para muros con pared vertical, son las siguientes:

Para clavos hincados por percusin o por vibracin, L = 0.5 a 0.7 H, donde L es la longitud, y H es la altura de la estructura.

Para clavos instalados en perforaciones y luego inyectados, L = 0.8 a 1.2 H, distribuidos en una relacin de un clavo por cada 2.5 a 6 m2 de muro. Se considera que para cualquier distribucin superior a un clavo por cada 6 m2, la estructura ya no se comportar como un suelo reforzado dentro de las reglas establecidas para sistemas de clavetaje.

El diseo de clavos de la misma longitud ha sido un procedimiento usual y generalmente muy prctico, tal como puede apreciarse en la Figura VII-59 (a). Sin embargo, es posible disear una distribucin de clavos de tal forma de introducir clavos ms largos en la parte superior, los cuales trabajan muy bien para estructuras altas (Figura VII-59 (b)). Esta solucin tambin reduce los desplazamientos laterales en la cresta de la estructura.

Por otro lado, una distribucin inversa con longitudes de clavos mayores hacia la base de la estructura, tal como se ilustra en la Figura VII-59 (c), no se considera adecuada y por lo tanto no es recomendable.

Figura VII-58. Comparacin entre desplazamientos laterales en un muro de suelo claveteado y en un muro de tierra armada (Proyecto Clouterre, 1991)



2. De acuerdo a Mitchell & Christopher (1990), el sistema de clavetaje es ms efectivo en suelos granulares densos y en arcillas limosas rgidas de baja plasticidad. Segn los autores no resultan prcticos ni efectivos desde el punto de vista de costo, en los siguientes suelos:

Suelos granulares sueltos con ndice de penetracin (Nspt) menor de 10, o densidades relativas menores del 30%.

Suelos mal gradados con coeficiente de uniformidad menor de 2. El clavetaje no es prctico por la necesidad de estabilizar la cara del corte antes de la excavacin.

Suelos blandos cohesivos con resistencia al corte sin drenar menor de 48 kPa, debido a su incapacidad para desarrollar adecuada resistencia a la extraccin (pullout).

Arcillas muy plsticas (IP>20), debido a la deformacin excesiva por repteo. 3. Con referencia a muros claveteados, Stocker & Riedinger (1990) expresan que de acuerdo a la

experiencia obtenida en Alemania desde 1975, los resultados ms importantes se pueden resumir como sigue:

La estructura del suelo claveteado se comporta como un muro de gravedad. La longitud requerida para los clavos para el caso general de muros verticales y superficie

superior horizontal, est en un rango entre 0.5 y 0.8 veces la altura del muro.

Figura VII-59. Ejemplos de distribucin de clavos en un sistema claveteado (ProyectoClouterre, 1991).



El espaciamiento entre los clavos debera ser menor de 1.5 m, por ejemplo una relacin de refuerzo debe ser de 1 clavo por cada 2.25 m2.

La distribucin de presiones de tierra contra la cara del muro, puede ser asumida rectangular. Su magnitud es del orden de 0.4 a 0.7 veces la presin activa de tierra obtenida por el mtodo de Coulomb.

Dado que para fines de diseo geotcnico de una estructura claveteada, se requieren anlisis de estabilidad y determinacin de fuerzas de soporte por mtodos no incluidos en la presente Gua, en la Figura VII-60, se presentan diseos tpicos que pueden servir de base para las estimaciones preliminares de muros claveteados. La Tabla fue elaborada considerando taludes de hasta 12 m de altura con cresta horizontal, y un suelo con un ngulo de friccin () de 32 y una cohesin (c) de 3 t/m2. En dichas figuras se presentan dos posibles tipos de revestimiento, segn el material a estabilizar. Un revestimiento con malla metlica hexagonal a doble torsin encapsulada en PVC, y un revestimiento con concreto proyectado.

Figura VII-60. Seccin tpica de estabilizacin con anclajes pasivos.

1.50

1.50

1.50

1.50

H(m)

1.00

REVESTIMIENTO DETALLE 2

GEODRENES c/3.00m2", l(m)

DETALLE 1

ANCLAJES PASIVOSBARRAS 1" x L(m)



Figura VII-60 (continuacin). Alzada tpica, y especificaciones de estabilizacin con anclajes pasivos.

ALZADA TIPICA

1.501.50

1.50 1.501.50

1.50

1.50

1.50

1.50OPCIONES DE REVESTIMIENTO

- LOSA DE CONCRETO PROYECTADO (DETALLE 2)

- MALLA METALICA (DETALLE 3)

2" +10 3.00

2" +10 3.00

2" +10 3.00

GEODRENES" i l(m)

8.00 - 12.00

4.00 - 8.00

12.00

6.00

1.50

1.50

-10

-10

< 4.00

ALTURA DELTALUD H (m)

SEPARACIONESV Y H (m)

ESPECIFICACIONESLONGITUD DE

ANCLAJES L(m)

4.00 1.50

INCLINACION CON HORIZ

-10



3/4"x0.50m

ELEMENTOS DE FIJACION DE LA MALLA

5

150x150x6.4mmLAMINA

DETALLE 3

MACCAFERRI O SIMILAREN PVC, TIPOTORSION ENCAPSULADA

5L=150 5

3/4"x0.50m

HEXAGONAL A DOBLEMALLA METALICA

Figura VII-60 (continuacin). Detalles y especificaciones del revestimiento.

1" x L(m)CABILLA TENSIDOR

0.08

100x100x4mmMALLA ELECTROSOLDADA

PROYECTADOPANTALLA DE CONCRETO

PERFORACION A

0.40

DETALLE 2

CONCRETO PROYECTADO

=3"ROTOPERCUSION

REVESTIMIENTO CON PANTALLA DE

LECHADA AGUA-CEMENTO

ESPECIFICACIONES

REVESTIMIENTO CON MALLA METALICA HEXAGONAL

- MALLA METALICA HEXAGONAL A DOBLETORSIN ENCAPSULADA EN PVC, TIPOMACCAFERRI O SIMILAR

- - CABILLAS: fy= 4200 Kg / cm 2 - PLANCHAS : fy= 2500 Kg / cm 2

CABILLA TENSIDOR

1:1 EN PESOLECHADA AGUA CEMENTO

PERFORACIONA ROTO PERCUSION

3"

PRESION DE INYECCION 4 Kg/cm2

SECCION TIPICA DE ANCLAJE PASIVODETALLE 1

1" x L (m)



VII.2.6.3 Aspectos constructivos En el sistema de clavetaje se usan generalmente barras de acero de resistencia a la fluencia fy = 4200 kg/cm2, de 1 y 1 3/8 de dimetro, para cargas de servicio de 10 ton y 22 ton, respectivamente. Las barras deben ser introducidas debidamente centradas en las perforaciones efectuadas para tal fin. Para la inyeccin se utiliza una lechada con una dosificacin agua:cemento entre 0.5:1 y 1:1. La presin de inyeccin est generalmente en el orden de los 4 kg/cm2.

VII.2.7 Muros o Pantallas Ancladas VII.2.7.1 Generalidades Los muros o pantallas ancladas constituyen una tcnica de estabilizacin muy utilizada para solventar problemas de estabilidad. Los anclajes pueden ser pretensados, denominados activos, en los cuales se concentra la discusin de este captulo, o sin tensar comportndose como elementos pasivos. El diseo y la construccin de anclajes est regido por especificaciones elaboradas en diferentes pases, las cuales han sido resumidas por Littlejohn (1990). Los elementos que constituyen un sistema de contencin con anclajes activos son los siguientes (Pesti, 1995):

Los anclajes: constituyen los elementos resistentes del sistema y permiten desarrollar las fuerzas estabilizantes requeridas para la contencin de la pantalla atirantada, transfiriendo las solicitaciones hasta una zona ms profunda y estable del terreno. Por una parte, la fuerza aplicada por los anclajes somete a compresin la masa de suelo comprendida entre los bulbos y la pantalla, aumentando su resistencia al corte, y por otra parte los anclajes representan un vnculo externo cuya fuerza o capacidad resistente disminuye el efecto motor de la gravedad, mejorando de esta manera la estabilidad del talud confinado.

La pantalla: cuyo objetivo principal es repartir sobre la superficie del talud las fuerzas aplicadas mediante los anclajes. Para cumplir su funcin la pantalla debe tener suficiente resistencia estructural para evitar la falla por punzonado de los anclajes y de soportar los momentos flectores resultantes de la interaccin suelo-pantalla-anclaje. Por lo general, la pantalla consiste en una losa de concreto proyectado, armada mediante una o dos capas de cabillas. En el caso de terrenos ms duros o rocosos, la pantalla puede ser sustituida por zapatas o cabezales aislados de concreto armado, en cada sitio de anclaje.

Los cabezales: constituyen los elementos encargados de transmitir la fuerza de traccin del anclaje a la pantalla de concreto.

En la Figura VII-61 se ilustran diferentes tipos de pantallas ancladas, con contrafuertes, vigas entrecruzadas, y cabezales individuales. La Figura VII-62 muestra la construccin de una pantalla atirantada con concreto lanzado. En lo referente a la estabilizacin con cabezales anclados, solo deben ser utilizados cuando el material rocoso entre anclajes no est meteorizado y no existe una condicin cinemtica de falla segn la orientacin de discontinuidades en la masa rocosa. Esta ltima condicin se puede apreciar en las fotos de la Figura VII-63, manifestndose por la ocurrencia de deslizamientos locales entre cabezales de anclaje.


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Capítulo 7 Estructuras de Contención

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