Mecnica de Suelos II26

INTRODUCCIONEl trmino gavin tiene su origen en la palabra latina gabbia, que traducida al espaol significa jaula. Esta tcnica milenaria ya era utilizada antes de Cristo por los egipcios y chinos en defensas pluviales en los ros Nilo y Amarillo. En el siglo XVI, los ingenieros utilizaban en Europa unas cestas de mimbre rellenas de tierra denominadas por sus inventores italianos gabbioni, para fortificar los emplazamientos militares y reforzar las orillas de los ros.La tcnica del gavin consiste en reemplazar grandes bloques de piedra, que son de difcil transporte y manipuleo, por varios armazones metlicos unidos entre si y rellenados con piedras de pequeas dimensiones, formando estructuras monolticas homogneas.La tela metlica resiste mucho la tensin, una estructura de gaviones soporta un grado de tensin que comprometera mucho a una estructura de hormign o mampostera simples. El armazn de tela metlica no es un mero recipiente para el relleno de piedras, sino un refuerzo de toda la estructura. Un gavin bien hecho puede tolerar aos de castigo.

DESCRIPCION

Caja de forma prismtica (paraleleppedos) rectangular, construidas con malla metlica de celdas hexagonales de Triple Torsin, confeccionada con alambre galvanizado Galfan (en funcin de las necesidades constructivas puede estar recubierto de PVC), para ser llenadas con piedra u otros materiales mampuestos de forma homognea, tensadas y unidas entre s con alambre para as trabajar de forma monoltica como estructura de contenido y/o proteccin.Estas estructuras son de extremada resistencia, ya que al no permitir la acumulacin de presiones hidrostticas, (ya que son totalmente permeables y permiten ser atravesadas por el agua) alivian las importantes tensiones que se acumulan en el trasdn de los muros de tipo tradicional, debido a esta caracterstica pueden tener su base incluso bajo el nivel fretico siempre que este sea de carcter portante. Asimismo debido a su gran flexibilidad soportan movimientos y asientos deferenciales sin prdida de eficiencia.Adems este tipo de estructuras se integran con gran facilidad dentro del paisaje ya que permiten el desarrollo de la vegetacin reduciendo as en gran medida el impacto medioambiental en los mismos

HISTORIA

La aparicin de los gaviones se remonta al ao 700 A.C. en Egipto, los egipcios construan diques en las orillas del Nilo a base de cestas de fibras naturales, precursora de lo que actualmente se denomina "gaviones".En el siglo XVI, durante las guerras, los ingenieros utilizaban unas cestas de mimbre rellenas de tierra denominadas por sus inventores italianos "gabbioni" o "jaulas grandes" para fortificar los emplazamientos militares y reforzar las orillas de los ros.Actualmente, una jaula de alambre ha sustituido a las cestas de mimbre y las tierras han dado paso a las piedras. Tenemos entonces lo que hoy comnmente decimos gavin.

DISEO

Los muros de gaviones se pueden disear con escalones externos o escalones internos. Los de escalones internos, es decir con paramento exterior plano, algunas veces son preferidos por razones funcionales o estticas, pero desde el punto de vista esttico resultan en general ms adecuados los de escalones externos, incluso por razones de altura, para altura mayores de 5 m o 6 m se aconsejan muros de escalones externos. En el caso de escalonamiento interno se advierte la necesidad de inclinar la obra al menos6(a).El diseo de obras de contencin a gravedad se basa en lasteorasde Coulomb y Rankine. La experiencia de obras realizadas demuestran que los resultados obtenidos, conducen a dimensionamientos a favor de laseguridady muy conservadores. Estas teoras tratan de determinar los diferentes empujes que se producen enla tierra, tanto en caso pasivo como en activo.En el proceso de diseo de gaviones se comprueba la seguridad al deslizamiento, al volteo y a la distribucin de presiones, en cuanto al proceso de diseo del muro de contencin de hormign ciclpeo se realiza las verificaciones a la compresin, traccin, al volteo y al deslizamiento en las dos secciones superior e inferior Las estructuras de contencin deben proveer una adecuada estabilidad contra deslizamientos.

El factor de seguridad contra deslizamiento debe ser por lo menos 1.5 para rellenos de baja cohesin y cerca de 2.0 para rellenos cohesivos.

El Factor de seguridad contra el vuelco es de 1.5, con unvalorsugerido De 2.0 para suelos cohesivos respectivamente.

Aspectos a tener en cuenta en el diseo:- Uso que tendr el terreno sobre el muro de gaviones.- Tipo e importancia de la obra a construirse sobre este terreno.- Relleno en la parte posterior del muro.

- Posibilidad de hacer gradas en el frente expuesto del muro, con el fin de aplicar el mayor peso sobre la parte posterior del mismo, lo cual permite una mejorresistenciaal vuelco.- Tipo de piedras o material de relleno de los gaviones.- Se desprecia la resistencia o disminucin depresindebida a la cohesin- No existen las presiones deagua.- Friccin suelo estructura d = ? del suelo, para suelos duros.- Friccin suelo estructura d = ? del suelo, para suelos friccionales- Friccin suelo estructura d = 0.90 ?, para cuando se usa geotextiles entre suelo-muro.

Como norma general la base del muro se determina utilizando la siguiente expresin.

En caso de escalones externos:

La altura del lugar de aplicacin del punto activo "d", medida verticalmente desde la horizontal que pasa por el punto de giro "F", est dada, por:

CHEQUEO AL DESLIZAMIENTO

CHEQUEO AL VUELCO

Mv = Eh. D Eh = 8.56 t/m (calculado), d = 1. 55 m (calculado); sustituyendo valores

Mv = 8.56 (l. 55) = 13.27 t-m

La distancia horizontal entre el punto de vuelco F y el punto de aplicacin del empuje activo obtenido del grfico es equivalente a:

S' = 1.975 mEl punto de aplicacin del peso se obtiene a partir del grfico:S'' = 1.156 m

Clculo del momento resistente

Verificacin de las tensiones en el sueloDeterminacin de la resultante de las fuerzas normales

Clculo del Momento actuante de la seccin de anlisisMact = Mr Mv = 23.12 t-m

Chequeo de la excentricidad

De acuerdo con este resultado la resultante cae dentro del ncleo central, es decir se localiza dentro del tercio medio de la base, dado que e < B/6, por tanto se tiene que:

0.40 m < 0.5 mClculo de los esfuerzos resultantes:

Verificacin de las secciones intermedias:

X = 0. 5 B - e / 0.4B = 3. 0 m (dato), e = 0. 40 m (calculado); sustituyendo valoresX = 0.5 (3) - 0.4 / 0.4 = 0.50 m

La resultante de las fuerzas tangenciales es igual a:

Sustituyendo valores:

T = 8.56 cos 6 - (16.20 + 3.81) sen 6 = 6.42 t/m

Clculo del ngulo de friccin interna de los gaviones:

Determinacin de la cohesin de agarre entre Gaviones

Determinacin de los Esfuerzo Normal y Tensin Tangencial admisible valen

Chequeo de los Resultados

Cumple con las especificaciones, es decir, no se exceden los esfuerzos normales y tangenciales admisibles.

Como un ltimo chequeo se debe determinar elclculode estabilidad del suelo debajo del muro por el factor de seguridad global.La inestabilidad de un muro de retencin formado con gaviones puede darse para una falla del conjunto suelo-muro a lo largo de una superficie curva de deslizamiento, ms o menos cilndrica. Por consiguiente, se requiere establecer las condiciones deequilibriode todas las fuerzas que actan en la masa deslizante. El anlisis se realiza para diversas superficies y se determina aquella de fallacrtica, usando para ello, por ejemplo, el mtodo de las fallas Fellenius (Sueco), Bishop, etc.Otro mtodo simplificado aproxima la superficie de rotura a una recta. Para el detalle de talesprocedimientosse recomienda consultar literaturas especficas.

COMPOSICION Y TIPOS

Los gaviones constan de dos partes claramente diferenciadas: la malla y el relleno.La malla est formada por acero galvanizado con zinc, ya que, al ser el zinc ms oxidable que el hierro y generar un xido estable protege al hierro de la oxidacin producida por el oxgeno del aire, ste galvanizado consta de tres capas que utilizaran 270 gramos de zinc. En casos de condiciones particularmente agresivas para el zinc se dispone de alambres fuertemente galvanizados que adems estn revestidos en PVC, los casos donde se producira una mayor oxidacin de la malla son cuando la malla se encuentra alternativamente sumergida y al aire. El calibre del alambre vara entre los 2 mm y los 3 mm. Y la apertura de malla vara entre los 7 cm y los 12 cm. Como puede deducirse, a mayor dimetro del alambre mayor resistencia tendr la estructura y a mayor apertura de la malla menor resistencia tendr la obra, esto ocurre porque el alambre es el que le da la resistencia a traccin y a corte a la estructura, y por tanto, a mayor cantidad de ste, mayores resistencias.Las piedras para el relleno deben tener un elevado peso especfico (2300-2500kg/m3), no ser friables, poseer un tamao mnimo superior a la mayor medida de la malla y un mximo que se encuentre en el orden del doble mnimo. A ser posible se utilizaran piedras que se encuentren en la zona de la obra con tal de no encarecer el coste de la obra. El relleno de gavin que ha de formar la base, conviene que se haga con piedras pequeas a fin de facilitar la flexin del conjunto en caso de socavaciones.

CLASIFICACION

Los gaviones estn sujetos a dos tipos distintos de clasificacin, la primera en base al tipo de su malla y la segunda en base a su forma.a - Segn su tipo de mallaSi nos fijamos en su malla vemos que existen dos tipos de gaviones, los de malla hexagonal (tejidos) y los de malla ortogonal (electrosoldados).En los gaviones del primer tipo, es decir, los tejidos, la malla est constituida por una red tejida de forma hexagonal obtenida al entrecruzar dos hilos de alambre por tres medios giros.No se recomienda utilizar gaviones con aberturas de malla mayores a 8 cm x 10 cm porque una abertura de malla mayor reducira el rea de acero de los gaviones y en consecuencia el debilitamiento de la estructura. La tolerancia en las dimensiones de la abertura de la malla ser de 10%.Los gaviones electrosoldados, el segundo de los tipos, son estructuras formadas por alambres con galvanizacin pesada elctricamente soldados.Las mallas estn constituidas por alambres elctricamente soldados, formando cocadas ortogonales, cuyo mdulo puede ser de 75 mm x 75 mm y de 100 mm x 100 mm. Los dimetros de los alambres usados en la fabricacin de los gaviones electrosoldados dependern de las condiciones estructurales a las cuales estar sometida la estructura.b - Segn su formaOtra clasificacin de los gaviones viene dada por la forma en si del gavin, pudiendo encontrarnos con gaviones tipo caja, tipo colchn o reno o, por ltimo, tipo saco o cilndrico. Todos estos gaviones se pueden aplicar en cualquier obra de proteccin, dependiendo cada uno, de las caractersticas que se necesiten trabajar, en el campo ingenieril.Los gaviones ms comunes son los de tipo caja, son paraleleppedos regulares de diferentes dimensiones.

Longitud. en metrosAncho. en metrosAltura. en metrosVolumen. en metros cbicos

1.501.001.001.50

2.001.001.002.00

3.001.001.003.00

4.001.001.004.00

1.501.000.500.75

2.001.000.501.00

3.001.000.501.50

4.001.000.502.00

1.501.000.300.45

2.001.000.300.60

3.001.000.300.90

4.001.000.301.20

Figura 1 - Medidas tpicas del gavin tipo caja

Figura 2 - Pao extendido de un gavin tipo caja

Figura 3 - gavin tipo caja a falta de rellenarParecidos a los gaviones caja pero ms achatados tenemos los gaviones reno o colchn, que se utilizan como revestimiento flexible por su permeabilidad, flexibilidad y economa.Los revestimientos de gaviones reno se apoyan directamente sobre el terreno que tendrn que proteger, es necesario, por lo tanto, que el terreno sea suficientemente estable y su inclinacin adecuada para prevenir el deslizamiento de la obra.En los taludes suelen ir colocados en sentido transversal al curso del agua, es decir, en la direccin de la mxima inclinacin de las orillas, aunque es ms conveniente colocarlos longitudinalmente sobre toda la seccin del curso de agua cuando esta presenta una gran velocidad. Por la menor dimensin de la piedra utilizada en los colchones reno, la velocidad del agua que afecta significativamente al material del fondo es menor, por lo tanto, aumenta la proteccin utilizando este sistema.

Longitud. en metrosAncho. en metrosAltura. en metrosVolumen. en metros cbicos

4.002.000.171.36

5.002.000.170.17

6.002.000.170.17

4.002.000.231.84

5.002.000.232.30

6.002.000.232.76

4.002.000.302.40

5.002.000.303.00

6.002.000.303.60

Figura 4 - Medidas tpicas de colchones reno

Figura 5 - colchn reno

Por ltimo encontramos los gaviones saco estn formados por un solo pao de malla que en sus bordes libres presenta un alambre grueso, dicho alambre pasa alternativamente por las mallas para permitir el montaje en obra del gavin. Con este pao se forma un cilndro. Este tipo de gavin es extremadamente verstil pues, al tener esta forma, puede ser rellenado en cualquier lugar de la obra y luego ser colocado con auxilio de equipo mecnico o por obreros en el lugar adecuado, como por ejemplo el fondo de un ro, donde sera imposible realizar su rellenado, en este caso los gaviones seran rellenados en el margen del ro y despus se les hara rodar por el talud hasta alcanzar el fondo del ro quedando paralelos a la corrienteEl gavin saco es, por tanto una herramienta fundamental en obras de emergencia, en lugares de difcil acceso y en obras sumergidas o apoyadas en suelos con baja capacidad portante. En aquellos lugares sumergidos o con fondos irregulares los gaviones saco rellenan los huecos hasta formar una base horizontal necesaria donde asentaran los gaviones caja. Los gaviones caja se colocaran en direccin perpendicular a la de los gaviones saco.

Figura 6 - gavin saco

PROCESO CONSTRUCTIVO

En la obra los gaviones son montados de forma individual por medio de costuras continuas con alambres de las mismas caractersticas de la red de los gaviones. Las costuras son muy simples, pero es necesario que sean realizadas con cuidado para garantizar el perfecto funcionamiento de la estructura. Las mismas costuras son utilizadas a lo largo de las aristas en contacto, para la unin de los diferentes mdulos, sea lado a lado o sea sobrepuesto. En el primer caso, el amarre es ms simple si es realizado antes del llenado, en el segundo, con los gaviones superiores vacos. El contacto entre los paos de la red garantiza que, una vez llenados los gaviones, se produzca el roce en toda la superficie de la malla. De esta manera la estructura se comporta de forma monoltica mantenindose constante la friccin interna de las piedras.El proceso de construccin de un gavin tipo caja o reno paso a paso podra ser este:1.- Desempacar y desplegar cada uno de los gaviones2.-Utilizando los alambres de refuerzo de las aristas, unirlos para formar el paraleleppedo, as como para fijar los diafragmas o separadores interiores, cuidando que el diafragma quede en la misma escuadra de la malla en que est colocado.3.-Se procede a coser las aristas, para esto utilizamos alambre galvanizado. La forma de coser es haciendo un hilvn sencillo, y a cada 10 o 15 cm hacer uno doble, con una vuelta ahorcando el alambre. Para unir los diafragmas al cuerpo de la malla se usa un amarre sencillo, solamente fijando el diafragma al cuerpo del gavin.4.-Una vez tenemos el gavin armado en vaco, procedemos a colocarlo en su sitio, se recomienda hacer tendidos de los gaviones que se calculen llenar en ese mismo da, en este momento se unen todos entre s, primero con puntos de amarre y posteriormente se efecta un cosido igual al de las aristas, esto es muy importante, ya que de esta manera tendremos la unin requerida para hacer una obra monoltica.5.-Procedemos al llenado del gavin. La piedra debe ir acomodada de tal forma que se evite al mximo el nmero de huecos, para dar el mayor peso especfico posible a la obra en cuestin. Se recomienda respetar la capacidad del gavin, ya que una de las fallas habituales consiste en sobrellenar los gaviones, motivando la malformacin de los mismos y adems utilizando material de relleno de ms.6.-En gaviones de un metro de seccin es aconsejable utilizar tensores que se hacen con el mismo alambre que el del cocido. Se colocan dos tensores por metro lineal, pasando el alambre de una cara del gavin a la opuesta, cuidando que el tensor pase, por lo menos, por dos escuadrillas de la malla. Se utilizan dos capas de tensores, una a un tercio del llenado y la otra a dos tercios.7.-Para cerrar las tapas se auxilia con una barra de lnea para hacer palanca y que la tapa llegue a la cara del gavin, se hacen puntos de amarre cada 30 cm, aproximadamente y en seguida se cose a todo lo largo del gavin.8.-Los siguientes niveles de gavin se unen al anterior cosindose con el alambre que se utiliza en los pasos anteriores.Para la colocacin de un gavin tipo saco los pasos a seguir seran los siguientes:1.-Se abre el fardo y se desdobla el gavin sobre una superficie plana y rgida. Se pisa la red hasta eliminar las irregularidades.2.-Enrollar la red hasta formar un tubo. Cortar dos pedazos de alambre de 50 cm y amarrar los bordes en contacto a partir de las extremidades con vueltas simples y dobles alternadas a cada malla.3.-Amarrar en un punto fijo una de las extremidades de alambre grueso que salen de la red. Halar la otra extremidad del alambre hasta cerrar el tubo como un caramelo.4.-Enrollar las dos extremidades del alambre grueso entrelazndolas. Repetir las dos ltimas operaciones en la otra extremidad.5.-Colocar a cada metro un tirante en sentido transversal para impedir que el gavin se abra durante el llenado. Empezar el llenado, mecnico o manual, de las extremidades hacia dentro.6.-Al terminar el llenado, cerrar el gavin saco con el mismo tipo de amarre descrito anteriormente.7.-Colocar los gaviones con el auxilio de un equipo adecuado y los gaviones saco pueden ser enganchados a lo largo de la costura o por las extremidades.DONDE SE APLICA

Uno de los usos ms importantes de los gaviones son los muros de contencin, los muros de gaviones estn diseados para mantener una diferencia en los niveles de suelo en sus dos lados. Las estructuras de contencin de gaviones combinan eficazmente las funciones de sostenimiento y de drenaje. En este tipo de obra, las excavaciones para cimentaciones son innecesarias siendo suficiente en general la regularizacin del terrenoOtro uso importante es la conservacin de suelos. Laerosinhdrica acelerada es considerada sumamente perjudicial para los suelos, pues debido a este fenmeno, grandes superficies de suelos frtiles se pierden; ya que el material slido que se desprende en las partes media y alta de la cuenca provoca el azolvamiento de la infraestructura hidrulica, elctrica, agrcola y de comunicaciones que existe en la parte baja.Adems en control de ros, el gavin acelera el estado de equilibrio del cauce. Evita erosiones, transporte de materiales y derrumbamientos de mrgenes, adems el gavin controla crecientes protegiendo valles y poblaciones contra inundaciones. Adems de los cauces fluviales se utiliza en protecciones de obras transversales tales como espigones y diques, en obras de derivacin pueden ser utilizadas en pequeas presas para irrigacin o abastecimiento y consumo industrial, as como en obras auxiliares como revestimiento de vertederos, proteccin de obras de toma, etc.Los gaviones caja y los colchones reno son utilizados tambin para la ejecucin de alas y estribos de puentes y para la proteccin de los mismos, incluso en aquellos construidos con otros materiales, tanto en carreteras como en reas urbanas o rurales.Finalmente vemos q proporcionan tambin un efectiva proteccin para las alcantarillas de carreteras y ferrocarriles. La rugosidad y flexibilidad de la estructura le permite disipar la fuerza del flujo del agua y proteger la salida de la alcantarilla contra la erosin.

VENTAJAS

Flexible Rpido Competitivo Facilidad de diseo Respetuoso con el Medio Ambiente Defensa del Medio Ambiente Esttico Permeabilidad Formas curvas o singulares Sin cimentacin Entrega inmediata Ejecucin por fases Entra en carga de forma inmediata

CONCLUSIONES

Los muros en gaviones representan una solucin extremadamente vlida desde el punto de vista tcnico para construir muros de contencin en cualquierambiente,climay en zonas de difcil acceso. Son estructuras eficientes, no necesitando mano de obra especializada omediosmecnicos particulares. Elpreciode los gaviones es variable al igual que la piedra para llenar las canastas, ya que depende de la ubicacin del proyecto. A menudo las piedras para el relleno se encuentran en las cercanasPrincipales ventajas: Extrema flexibilidad que permite a la estructura adaptarse a los movimientos del terreno sin comprometer la estabilidad y laeficiencia. Alta resistencia al empuje del terreno estando calculados como estructura monoltica a gravedad. Elevada permeabilidad que facilita el saneamiento del terreno dejando filtrar el agua de la escarpa. Integracin paisajstica, versatilidad.

RECOMENDACIONES

Es importante que los materiales utilizados en las cajas de gaviones, colchones y de relleno (piedra) cumplan con lasnormasy especificaciones mnimas para el buen funcionamiento de cualquier estructura. Para la construccin de estructuras con gaviones y/o colchones, se necesita lasupervisindetallada del armado y amarre de las cajas para prevenir la deformacin en las estructuras. Para la ejecucin deproyectosdonde se utilizan estructuras formadas con gaviones, se deben seguir las recomendaciones e indicaciones mnimas mencionadas en este trabajo o cualquier otra fuente deinformacin, como folletos, revistas,libros,internet, etc. Debido a que los gaviones se adaptan al ambiente natural con facilidad se aconseja la utilizacin de estesistemaconstructivo para la estabilizacin y proteccin de taludes.

EJEMPLOS FOTOGRAFICOS