MURO DE GAVIONES

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MURO DE GAVIONES. Diseño de un muro de gaviones para el siguiente perfil geotécnico. Las propiedades físico-mecánicas y sus espesores se detallan en los siguientes cuadros. Datos de Relleno Compactado. Estrato Potencia (m) g(m/NK 3 ) g remus (m/ NK 3 ) c¢(kpa) f ¢)o( E o (kpa) Medir a Escala 17.5 8.5 8 22 16500 Datos de Relleno Granular Estrato Potencia (m) g(m/NK 3 ) g r (m/NK 3 ) c¢(kpa) f ¢)o( E o (kpa) Medir a Escala 17.5 8.5 0 22 16500

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MURO DE GAVIONES.

Diseño de un muro de gaviones para el siguiente perfil geotécnico.

Las propiedades físico-mecánicas y sus espesores se detallan en los siguientes cuadros.

Datos de Relleno Compactado.Estrato Potencia(m) g(m/NK3) gremus(m/

NK3)c¢(kpa) f ¢)o( Eo (kpa)

Medir a Escala

17.5 8.5 8 22 16500

Datos de Relleno GranularEstrato Potencia(m) g(m/NK3) gr(m/NK3) c¢(kpa) f ¢)o( Eo (kpa)

Medir a Escala

17.5 8.5 0 22 16500

H1

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Estrato Potencia(m) g(m/NK3) gsumer(m/NK3)

c¢(kpa) f ¢)o( Eo (kpa)

I 2.2 16.5 7.5 15 15 8000H2

Estrato Potencia(m) g(m/NK3) gsumer(m/NK3)

c¢(kpa) f ¢)o( Eo (kpa)

II 8.5 18 9 65 19 10500

La altura del muro será de 6 m y el nivel freático se encuentra a 0.55 m por encima del nivel de cimentación.

Los muros en gaviones son estructuras de gravedad y su diseño sigue la práctica estándar de la Ingeniería Civil, para su diseño deben considerarse los siguientes aspectos:

• Las unidades de gaviones deben amarrarse entre sí para garantizar una estructura monolítica y evitar el movimiento de unidades aisladas.

• Por su flexibilidad el muro de gaviones puede deformarse fácilmente sin necesidad de que ocurra un volcamiento o un deslizamiento, es común encontrar deformaciones del orden del 5%, diferenciándose en ello de los muros convencionales.

• La posibilidad del empleo de diferentes mallas permite escoger su rango de rigidez o de flexibilidad.

Para el correcto comportamiento estructural del muro deben tenerse en cuenta las siguientes especificaciones:

1 El muro se llenará con piedra gruesa tipo entresuelo y los vacíos que queden entre ellas deben llenarse con cascajo. La densidad del gavión conservativamente se toma de 20 KN/m3.

2 Los gaviones deben apoyarse sobre una capa no menor de 10 a 15 cm. de cascajo compactado.

3 Se debe construir en la cara interior del muro un filtro de dimensiones mínimas 30 x 30 cm, este filtro debe envolverse con geotexiil no tejido, y tendrá una tubería perforada de 4" de concreto o PVC y el material filtrante estará constituido por cascajo limpio de tamaños entre ½” y 1" de diámetro.

4 En la construcción de los gaviones se utilizará malla de alambre galvanizado y eslabonada de dimensiones 1x1x1 m según se indica en los detalles.

CARGAS ACTUANTES

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Las fuerzas que actúan sobre el muro de contención son variables, y deben ser analizadas durante el período de construcción y en su vida útil.

Un muro de contención de gaviones se encuentra sometido a dos tipos de cargas:

- Las horizontales constituidas por el empuje del suelo y las sobrecargas.

- Las verticales que son provenientes del peso propio del muro, del peso del relleno sobre él y las sobrecargas.

Cargas verticales

Peso propio del muro

Esta fuerza actúa en el centro de gravedad de la sección, y para mayor facilidad se puede dividir el muro en secciones en las cuales sean más factibles determinar sus áreas y centroides, para al final combinar estas como una sola fuerza.

Cargas horizontales

Empuje de Tierra

Empuje Activo Ea

Es la fuerza más importante que actúa sobre un muro, depende del ángulo de fricción interno del material, y del ángulo de inclinación del talud. El material utilizado para el lleno es un material granular, de poca cohesión, al cual es aplicable la teoría de Rankine.

El empuje activo actúa paralelo al lleno, o sea, formando un ángulo δ con la horizontal, la configuración de presiones es triangular y por lo tanto su resultante estará ubicada a H/3 de su base y su valor se calculará mediante la siguiente expresión:

Ea=Ka×γ s×H2/2

En donde:H : Altura total del muroγ s : Peso especifico del suelo Ka : Coeficiente de Presión Activa y se define como:

Ka=Cosδ×Cosδ−√Cos2δ−Cos2φ

Cosδ+√Cos2δ−Cos2φEn donde:

f : Angulo de fricción interna.δ : Angulo de inclinación del talud.

En ángulo y coeficiente de fricción es caracterismo de cada suelo, como se muestra la siguiente tabla para diferentes tipos de suelos:

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Suelo del llenoγ s (Tn/m3) f m

Granular suelto 1.4 28 0.40

Granular compactación media 1.6 33 0.45

Granular bien compactado 1.7 38 0.50

Granular muy compactado 1.9 45 0.55

Con los datos del relleno granular, ángulo de fricción del suelo φ=30°, y la inclinación del talud δ=20° el valor de Ka es:

Ka=0.4142

CALCULOS DE LA PRESION ACTIVA:

Para el cálculo de la presión activa se considero el empuje hidrostático debido al nivel freático.

A continuación se muestra en la figura de forma esquematizada los esfuerzos horizontales ejercidos sobre el muro.

El valor de la presión activa sería entonces el área de las figuras anteriormente mostradas.

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Pa = 131.4 KN

Debido a que el talud tiene una inclinación de 20° y como el empuje activo actúa paralelo al lleno, entonces el empuje activo tendrá componentes horizontales y verticales:

Pax = 123.5 KN

Pay = 44.90 KN

Para obtener el punto de aplicación de la presión activa se encuentra el centroide de todas las figuras geométricas mostradas a continuación, y luego se encuentra el centroide del conjunto.

X1= h2*sen(δ) = 0.19Y1= h2*cos(δ) = 0.52X2= σh1 = 39.50X3= σh2 - X2 - X1 = 1.65

ELEMENTO AREA y A*y1 107.64 2.37 255.107

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2 0.424 0.183 0.0783 20.42 0.275 5.6164 0.049 0.183 0.0095 1.513 0.183 0.277Σ= 130.046 261.086

El punto de aplicación seria:

y=∑ A∗y

∑ A=261.1130.05

=2.006m.

Empuje pasivo (Ep)

Tiene la configuración similar a la del activo y su valor estará dado por la siguiente expresión:

Ep=Kp×γ s×h2 /2

En donde:h: Altura que produce el empuje pasivoγ s : Peso especifico del sueloKp: se define con la siguiente expresión

Kp=Tan2 ( 45o+φ/2 )

No se considero el empuje pasivo producido por el suelo en el muro.

ANALISIS DE LA ESTABILIDAD

Evaluada la magnitud y distribución de todas las fuerzas que actúan sobre un muro de contención, se debe proceder al análisis de su estabilidad, la cual consiste en determinar la seguridad de la estructura respecto a los siguientes factores.

Volcamiento Deslizamiento Presión de la presión del suelo.

Volcamiento

El vuelco de un muro es producido por la componente horizontal del empuje activo, no se considera el efecto de la componente horizontal del empuje pasivo, puesto que aunque exista tiende a dar seguridad al muro por ser de efecto opuesto al del empuje activo.

El peso propio del muro así como la componente vertical del empuje del relleno tienden a equilibrar el efecto del momento del vuelco, por ello se las denomina fuerzas estabilizadoras del muro.

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Para evitar que parte del suelo sea solicitado a tracción la resultante que actúa sobre la base del muro debe caer en su tercio central. Y para garantizar la seguridad del muro al volcamiento al factor de seguridad no debe ser inferior al 2.00, su determinación se realiza de la manera siguiente:

ELEMENTO AREA FUERZA BRAZOMOM. ESTAB

1 2 40 3 1202 2 40 3 1203 3 60 2.5 1504 4 80 2 1605 4 80 2 1606 4 80 2 160

Pay 44.9 4 179.6

Σ= 424.9 1049.6

Entonces:

Momento Estabilizador = 1049.6 KN.m/m.

Para el cálculo del momento desestabilizador se consideró añadir un 10% al valor de Pax.

Momento Desestabilizador = 271.61 KN.m/m

FS=ΣM d Fuerzas⋅estabilizadoras

∑ M d del⋅empuje⋅de⋅tierras≥2.00

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FS=1049.6271.61

=3.86≥2cumple . √

Deslizamiento

Para controlar el deslizamiento se considera un factor de seguridad que no debe ser menor a 1.50, para su determinación debe verificarse que las fuerzas de fricción a nivel de la cimentación (m∑V), sean mayores que las acciones horizontales de los empujes (∑H).

FS=μ×ΣV

∑ H≥1 .50

En el cual:

∑H: Suma de cargas horizontales que actúan sobre el muro, está representada por la componente horizontal del empuje del relleno y del empuje pasivo.

∑V: Suma de cargas verticales que actúan sobre la cimentación del muro, está representada por el peso propio el muro y la del suelo localizado sobre él.

m: Coeficiente de fricción entre el muro y el suelo.

Debido a que los gaviones se van a construir sobre una capa de 15 cm de espesor de grava compactada, se tomará un coeficiente de fricción igual a 0.55.

FS=0.55∗424.9135.8

=1.72≥1.5cumple

Análisis de la Presión del Suelo

El punto de aplicación de la resultante

= 1.83 m

Excentricidad e = B/2 – x = 0.169 B/6 = 0.666

e < B/6 entonces la resultante cae en el tercio medio, se revisa ahora la presión de contacto.

Se controla cuidando que el diseño no sobrepase la presión admisible del suelo de cimentación., para lo cual se procede a hacer el cálculo de los esfuerzos sobre el piso de sustentación y comprobar que no excedan de lo que puede soportar el mismo.

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σ 1.2=ΣVB

∗(1±6∗eB )

En el cual:

ΣV : Sumatoria de fuerzas verticales

B: Ancho del muro

e. Excentricidad

σ max ¿148.15 KNm2

σ min¿83.9 KNm2

CAPACIDAD DE SOPORTE DEL SUELO DE CIMENTACIÓN

Se elaboro en base de la capacidad de carga última, utilizando la expresión de Meyerhof (1963):

Los factores de capacidad de carga se calculan de la siguiente manera:

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Y los factores de profundidad, inclinación y capacidad de carga, a partir de las siguientes expresiones:

El factor de seguridad para la carga admisible se tomo de 3.

qu = 917 KN/m2

Fs= 917 / 148.15 = 6.18 > 3 CUMPLE.