Muros-en-Ingenieria

8/7/2019 Muros-en-Ingenieria

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JOS V. HEREDIA T.INGENIERO GELOGO

MUROS EN INGENIERA

Los muros son estructuras de ingeniera muy antiguas, que se

utilizan para contener el terreno, ganar espacio en taludes o crearniveles en el desarrollo de terrenos con pendiente.

Modernamente se ha establecido una diferencia entre los muros,hoy en da se habla de muros de gravedad, muros de concreto armado,muros de tierra armada y muros de gaviones armados. Los muros degravedad, filosficamente trabajan aprovechando el peso de suestructura, como se muestra en la figura No. 1

Figura No. 1MURO DE GRAVEDAD

Mecnicamente el peso W del muro aplicado en el centro degravedad de la estructura genera un momento estabilizante ME = W x e,que debe ser mayor que el momento volcante provocado por el empujedel terreno que protege. El cociente entre estos dos valores se conoce

como Factor de Seguridad FS, universalmente se considera FS > 1.5,para que la estructura sea estable. Los muros de gravedad pueden serde concreto sin armar, de piedras en arreglos horizontales cementadas,de concreto ciclpeo o de gaviones.

Los muros de piedra en arreglos horizontales los encontramos enlas obras de arte de las viejas carreteras de principios del siglo 20 y

1

A B

e

W

E

ME

CENTROIMAGINARIO DEGIRO

MV

FS = M

M


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consistan en ordenados arreglos de rocas de forma prismtica,colocadas horizontalmente e incipientemente cementadas con mezclasde cal y arcillas de sitio, o mezclas de suelos con cemento en perodosms recientes. En las carreteras Maracay - Ocumare de la Costa, Choron

-Maracay y la Carretera vieja Valencia-Puerto Cabello, todava podemosobservar estas rudimentarias, pero extraordinarias obras del ingeniohumano.

La llegada masiva del concreto permiti la construccin de losmuros de concreto ciclpeo, que son estructuras donde se vacaconcreto fluido de baja resistencia y posteriormente se colocan piedrasbrutas dentro de la masa, estas piedras son cubiertas con una nuevacapa de concreto fluido, que da como resultado una estructura de granresistencia (ver figura No. 1-a).

Figura No. 1-A

PASOS EN LA CONSTRUCCIN DE UN MURO CICLPEO

Los muros de gaviones son una versin ms moderna de laingeniera; su avance ha sido vertiginoso en los ltimos aos con eldesarrollo de las aleaciones de metales ms resistentes al ambiente y eluso del plstico y el polipropileno de alta densidad.

2

Capa de concreto fluido

Rocas sobre la capa de concreto

Se agrega otra capa de concreto fluido


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El concepto bsico de un gavin es una cesta metlica, armada enforma prismtica de dimensiones generales 1 x 1 x 2 1 x 1 x 3; elalambre puede venir recubierto con PVC, una vez armada la cesta se

rellena con rocas, bsicamente prismticas densamente arregladas yprotegidas por tensores que mantienen la estructura a medida que sevan armando como se muestra en la figura No. 2

Figura No. 2ESQUEMA DE UN GAVIN

Existen condiciones bsicas para el armado del gavin, laseleccin de la piedra y su colocacin dentro de la cesta, en nuestraexperiencia en campo hemos podido observar asentamientos por

reacomodo de la roca hasta 30 cm en una estructura de 5 metros dealtura.

Desde el punto de vista clsico, los gaviones se construyen segndos tipos de arreglos: triangulares y piramidales, como se muestran enla figura No. 3

Figura No. 3ARREGLO CLSICO DE LOS GAVIONES

3

2M1 M

1 M

TENSOR LA ROCA DEBE SERPREFERENTEMENTEPRISMTICA YDENSAMENTE

ARREGLADA


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La seleccin de cada tipo de muro depende bsicamente de lossiguientes factores:

Tipo de terreno de apoyo. Tipo de suelo a contener. Ubicacin y calidad de los materiales.

Terreno de apoyo de los muros

La evaluacin del tipo de apoyo es uno de los problemas msclsicos que se le presentan al Ingeniero en campo, sobre todo si no sedispone de un Estudio Geotcnico.

Los muros de piedra y los muros de concreto ciclpeo requieren unterreno de apoyo firme y no susceptible a sufrir asentamientos porconsolidacin de las capas del suelo, esto es una condicin

indispensable.

Recientemente en conversaciones con colegas de la rama deIngeniera, se haca referencia a la durabilidad de los muros de lascarreteras construidas en la poca de Juan Vicente Gmez, debido a estocomenzamos a observar estas obras y llegamos a las siguientesconclusiones:

Los muros de piedra y concreto ciclpeo de estas carreteras

siempre se apoyaban sobre suelos muy duros y resistentes en sumayora rocas que afloran en la Cordillera. Los sistemas de drenaje delos muros son rudimentarios pero eficientes; la mayora de las carreterasson de montaa con vegetacin exuberante y con abundantesenredaderas parsitas que se han convertido en factor estabilizante dela estructura, en la actualidad tratamos con mayor tecnologa imitar lasbondades de estas obras practicando lo que llamamos bioingeniera.

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PIRAMIDAL TRIANGULAR TRIANGULAR


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En nuestra carreteras llaneras, al sur de los estados Aragua,Gurico, Cojedes, al norte del estado Falcn, la presencia de suelosarcillosos, algunos de carcter expansivo han destruido estas mismas

estructuras, lo que habla claramente de la importancia de la calidad delterreno de apoyo.

Estas enseanzas de los Ingenieros viejos nos dicen que slo sedeben construir muros de piedra y muros de concreto ciclpeo cuandoest garantizada una base de apoyo muy firme. ( Ver Figura No.4)

Figura No. 4CONDICIN IDEAL PARA APOYARUN MURO DE PIEDRA O CICLPEO

Los muros de gaviones son conceptualmente muros flexibles,stos muros permiten ciertos asentamientos del terreno de apoyo, queson absorbidos por su flexibilidad. A diferencia del muro ciclpeomostrado en la figura No. 4, que bsicamente forma parte de laestructura de la calzada de la va, los muros de gaviones en arreglostradicionales deben mantener una zona de seguridad o proteccin con lazona afectada por el trfico automotor como se muestra en la figura No.5. Esta situacin ha quedado demostrada en muchas experiencias en lavialidad de los estados Aragua y Carabobo.

Figura No. 5CONDICIN PARA LA UTILIZACIN

DE MUROS DE GAVIONES

5

RELLENO DE MATERIAL GRANULAR

MACIZO ROCOSOGRANITICO

CORDILLERA DE LA COSTA

DRENAJES HORIZONTALESDEL TIPO BARBACANAS

MURO DECONCRETOCICLPEO

MURO EMPOTRADOEN LA ROCA


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Suelo que contiene el Muro

Otro factor importante que debemos considerar es el suelo quecontiene el muro, los suelos granulares y los macizos rocosos

fracturados o meteorizados generalmente son permeables. Los suelosgranulares deben su permeabilidad a la gran cantidad de intersticiosentre su estructura granular y las rocas fracturadas y meteorizadas a lasdiscontinuidades que provocan las diaclasas, fracturas y fisuras.

Cuando se construyen muros para contener este tipo de suelos yrocas, generalmente no hay movimiento de materiales finos por lacirculacin del agua a travs de los vacos del suelo.

Sin embargo, cuando tenemos suelos de grano fino como arcillas ylimos, el flujo del agua del suelo provoca el lavado de finos y laformacin de canales que llamamos comnmente tubificaciones y sonlas responsables de la destruccin de muchas obras de arte en lascarreteras nacionales, en la figura No. 6 se ilustra el problema.

Figura No. 6

6

SUELO RESIDUAL

ARCILLO-LIMOSO

ZONA DE PROTECCINENTRE LA VA Y LAESTRUCTURA DELGAVIN

FUGA DE FINOS POR LOSDRENAJES DEL MURO

SUELOS LIMO-ARCILLOSOS FINOSCON FLUJO DE AGUA

SUBTERRANEA

HUNDIMIENTOY ROTURA DELPAVIMENTO

SOCAVACINEN LA BASE DELMURO

FUGA DE FINOS MAYOR POR LOS VACIOSENTRE LAS ROCAS

SUELOS ARCILLO LIMCON FLUJO DE AG

HUNDIMIENTODETRS DE LABASE DEL GAVIN

LINEA DE FALLA

SOCAVACIN YHUNDIMIENTO EN LABASE DEL GAVION

FALLA EN EL BORDE

DEL PAVIMENTO


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Hay un detalle importante de mencionar a las nuevasgeneraciones, ya que constantemente omos hablar de las virtudes de laIngeniera de principios de siglo y es que: Han visto ustedes obras deingeniera vieja en suelos expansivos o dispersivos?, Han perduradoestas obras en los caminos y carreteras afectadas por este tipo desuelos?. La experiencia del autor es que existe muy poca evidencia dexito de los Ingenieros de principio de siglo al tratar con suelos decomplejo comportamiento; por el contrario muchas obras de ingenieraconstruidas en ciudades como Coro y Valle de la Pascua han tenido que

ser reforzadas con tcnicas modernas de recalce de fundaciones.

Ubicacin y Calidad de los Materiales

Uno de los principales problemas que comnmente se le presentana los Ingenieros es la ubicacin de materiales y la calidad de stos. En laRegin Central del pas, el acelerado crecimiento de la poblacin haprovocado la creacin de muchas zonas de proteccin ambiental quecada vez hacen ms difcil obtener materiales de buena calidad. Paraobtener materiales de una calidad aceptable es necesario transportarlos

desde lejanas canteras que hacen que el costo de transporte seasuperior al costo en s del material, es por esto que muchas veces laverdadera seleccin del muro ms conveniente va a depender de ladisponibilidad en el sitio de los materiales para la construccin de losmuros. Cuando no es factible obtener materiales en el sitio de buenacalidad debemos recurrir a los muros de concreto armado.

EVOLUCIN DE LOS MUROS DE GAVIONES

Como toda obra de ingeniera en la evolucin de los gavionestambin se requiere de un clculo para su diseo a continuacinpresentamos una serie de consideraciones para el clculo de un muro degaviones.

GAVIONES TRADICIONALES

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El diseo de un gavin debe chequearse bajo tres condicionesbsicas de estabilidad que son:

A.- Estabilidad al Volcamiento: consiste en el efecto de rotacin queel gavin tendra bajo el efecto del empuje del terreno tomando uncentro de giro C como se muestra en la figura No. 7.

Figura No. 7TENDENCIA A ROTACIN DEL GAVIN

Este efecto de rotacin es contrarrestado con el peso propio delgavin P que provoca un momento de estabilizacin en sentidocontrario al momento de giro, de donde resulta que la estabilidad alvolcamiento ser:

Donde:

Ev = Estabilidad al volcamiento, su valor debe ser mayor de 1.5Me = Sumatoria de los momentos estabilizantesMv = Sumatoria de los momentos de volcamiento o momento de

giros.

Evtambin es llamado Fs.

La razn por la cual la estabilidad de un gavin depende de supeso propio lo hace un MURO DE GRAVEDAD.

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Ev = Me(1) Mv

CP

E

Peso gravitacionaldel gavin

Resultantedel empuje

del terreno

Direccindel

momento

de giro

Direccin del momentoestabilizante


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C.- Estabilidad al hundimiento: resulta de examinar la capacidadadmisible de carga del suelo y compararla con el peso propio de laestructura dividido entre el rea de la estructura como se muestra en lafigura No. 9.

Figura No. 9ESTABILIDAD AL HUNDIMIENTO DE UN GAVIN

El valor Pc que significa presin de contacto, se obtiene de dividirel peso de la estructura o seccin de la estructura (P), entre el rea (A)sobre la cual acta, obteniendo un esfuerzo en toneladas/metros2.

Donde:

Eh = Estabilidad al hundimiento (cuyo valor NO debe ser mayor de3)

Qadm = Capacidad admisible de carga del suelo obtenido por elcriterio de Terzaghi y expresado en T/m2

Pc = Presin de contacto, peso de la estructura sobre su rea

El cumplimiento de las tres condiciones de estabilidad no escondicin sine qua non de que el muro no falle, existen factoresexternos que an el diseo cumpliendo la condicin de estabilidadpueden llevar al muro a una falla prematura dependiendo del tipo desuelo que se quiera proteger.

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Eh = Qadm(3)

Pc

Pc = P/A

Qadm

P


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En los suelos arenosos: los gaviones generalmente fallan porsocavacin de la base cuando se utilizan para proteger las riveras de losros o pendientes de suelos arenosos con abundante flujo de agua, como

se muestra en la figura No. 10.

Figura No. 10

En los suelos arcillosos: los gaviones fallan por erosin yformacin de tubificaciones con prdidas de finos, como se muestra enla figura No. 11.

Figura No. 11

11

Figura No. 11-A

Formacin de vacos porerosin

Figura No. 11-

B

Formacin de tubificacionesen suelos arcillosos y

dispersivos

Figura No.10-A

Socavacin por subida o bajadadel nivel del agua del ro,quebrada o alcantarilla

Figura No.10-B

Socavacin por infiltracin deagua en suelos arenosos


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En los suelos estratificados: los gaviones pueden fallar porasentamientos por consolidacin de estratos compresibles por debajodel suelo de apoyo como se muestra en la figura No. 12.

Figura No. 12-A: Perfil

Figura No. 12-B: Frente

12

Estrato Compresible

Asentamiento en elcentro

Estrato Compresible


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Cmo corregir estas fallas no imputables directamente al anlisis deestabilidad del gavin?

Las fallas por socavacin en la base, como es el caso de lomostrado en la figura No. 10, normalmente se corrigen logrando unempotramiento dentro del terreno; este empotramiento puede perdersepor subidas o bajadas del nivel fretico, pendiente fuerte u otros. Poresta razn todo gavin debe tener una base de apoyo. Esta basenormalmente es grava gruesa o piedra picada, de manera tal quetransmita los esfuerzos al suelo, manteniendo una relacingranulomtrica con el terreno de apoyo, en muchos casos es necesariola colocacin de dos materiales cuando el suelo de apoyo es una arcillamuy fina, como se muestra en la figura No. 13.

Figura No. 13

13

Terreno naturalareno-arcilloso

Filtro de arenaespesor de 10.0

a 20.0 cm

Base de gravagruesa o piedrapicada de 15.0 a

25.0 cm


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Las fallas por tubificacin y erosin que ocurren generalmentedetrs del tubo de gaviones, se producen por lavado o dispersin definos.

El primer caso, el lavado, produce formacin de crcavas ytubificaciones que no son ms que canales dentro del terreno por dondecircula el agua, estos se van ensanchando en relacin directa con lavelocidad de infiltracin del agua que a su vez es funcin del gradiente

hidrulico.

La dispersin es la propiedad que tiene el suelo de deshacersebajo efectos del agua y se debe generalmente a la presencia del sodioen el suelo. Se requiere un ensayo de laboratorio muy sofisticadollamado Pin Hole Test sin embargo de manera expeditiva se pudedeterminar en campo utilizando un sencillo pero muy prctico ensayoconocido como el Crown Test; este ensayo consiste en tomar un terrndel suelo y colocarlo en un vaso de vidrio con agua destilada, si elterreno se desmorona y forma una nube de lodo, estamos en presenciade un suelo dispersivo; para corregir estos problemas los muros de

gaviones deben dotarse de un filtro entre la pared del muro y el suelo aproteger.

Este filtro debe mantener la relacin granulomtrica recomendadapor Terzaghi que dice:

14

D15

(Filtro)

D85

(Suelo)


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Una alternativa moderna es el uso de membrana Geotextil deltipo 180 grs/m2 1900 Nt. Este tipo de membrana, permite el paso delagua y retiene los finos evitando la erosin y formacin detubificaciones.

En caso donde la granulometra del terreno a proteger es msgruesa se pueden utilizar geomallas que son protectoras de erosincomo se muestran en la figura No. 14.

Figura No. 14TIPOS DE GEOMALLAS

El diseo final de un muro de gaviones clsico tendr lossiguientes elementos, como se muestra en la figura No. 15.

Figura No. 15DISEO DE UN MURO DE GAVIONES CLSICOS

15

Base utilizando uno o dosmateriales de acuerdo al suelo

Empotramiento mnimo0.5 m

Filtro granulomtrico outilizar membranas


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TCNICAS MODERNAS UTILIZANDO GAVIONES

Muros de gaviones armados: los muros de gaviones armados,

tambin llamados Terramesh, resultan de la combinacin de dostecnologas diferentes, que son: los gaviones clsicos y la tecnologa dela tierra armada.

De los gaviones clsicos ya hemos abordado el tema en el capituloanterior. La tierra armada consiste en conchas de concretomachihembradas con flejes como muestran en la figura No. 16

Figura No. 16

ELEMENTOS DE LA TIERRA ARMADA

Un muro se desarrolla colocando una fila de elementos deconcreto con sus flejes y se van compactando con un material granular

16

Figura No. 16-AFlejes con elemento

machihembradode concreto

Figura No. 16-BElemento de

concreto


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que garantice una friccin mnima entre suelo y fleje y produzca unatensin especfica sobre el elemento logrando un arreglo de excelenteresistencia y eliminando la construccin de elementos rgidos deconcreto armado que a medida que son ms altos, sus costos se elevan

exponencialmente. En la figura No. 17 se puede observar lo planteado.

Figura No. 17CONSTRUCCIN DE UN MURO DE TIERRA ARMADA

De la combinacin de estas tecnologas, se obtienen los muros degaviones armados, estos gaviones adems de la cesta clsica, tienen

17

Figura No. 17-AConstruccin de un

muro de tierra armada

Suelo arenoso

compactado Fleje de acerogalvanizado

Elemento deconcreto

machihembrado

H

0.7 H

Figura No. 17-BMuro de H metros

concluido


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una malla que hace las funciones de los flejes de acero galvanizadocomo se muestran en la figura No. 18

Figura No. 18

ESQUEMA DE UN MURO DE GAVIN ARMADO

Estos muros, a diferencia de la tierra armada, son de menorimpacto ambiental, en muchos casos la materia prima se encuentra enel lugar de la obra. Con la granulometra apropiada pueden sembrase yconvertirse en jardines escalonados.

Estos muros no requieren de barbacanas porque sonfilosficamente un elemento de drenaje natural.

A diferencia de la tierra armada, los gaviones armados requierenmenor mano de obra especializada y equipos de compactacin msligeros.

Los muros de gaviones armados se utilizan como muros desostenimiento de taludes (figura No. 19), reconstruccin en media ladera

despus de deslizamientos de tierra (figura No. 20) o como elementosde control de erosin en pendientes.

Figura No. 19MUROS DE GAVIONES ARMADOS EN TALUDES

18

1.0m

1.0m

3.0m

L = 0.7H


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Figura No. 20RECONSTRUCCIN DE MEDIA LADERA

19


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Para finalizar, se describen las bondades de un gavin:

1. Es un muro de contencin2. Es de poco impacto ambiental3. Pueden disearse para que la naturaleza lo asimile4. Es flexible5. Es prctico6. Es econmico7. Se ejecuta donde las condiciones no permiten otro tipo de

estructura.8. Permiten la combinacin con tcnicas modernas con geotextiles o

geomallas.

LAS PLANTAS Y LA INGENIERA

Si entendemos el lenguaje de las plantas podremos mejorarnuestras obras de ingeniera, por el contrario un desconocimiento totalde las principales caractersticas podr convertir una bella planta en unenemigo insospechado.

Un caso tpico es el uso de palmeras tales como: chaguaramos,cocoteros de jardn, cocotero y todas sus familias en los jardines deestructuras apoyadas sobre suelos muy susceptibles al humedecimiento.

Si bien es cierto que la familia de las palmeras son especialmenteresistentes en climas ridos y semiridos, estos climas en nuestro pasestn asociados con suelos arcillosos unos potencialmente expansivos.

La gentica de las palmeras se caracteriza por tener un desarrollode races radiales y muy superficiales, algunos textos de botnica dicen

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que una palmera puede desarrollar sus races radialmente hasta 50veces su dimetro, bajo esta condicin un tronco de 30.0 centmetros dedimetro puede desarrollar un dimetro de 15.0 metros.

Cuando sembramos palmeras en jardines muy cerca deestructuras, sus races inmediatamente invaden el subsuelo, penetrandodebajo de la edificacin y se produce un fenmeno muy natural.

Las races de las palmeras son superficiales por que estngenticamente adaptadas a climas secos y deben tomar cualquierpequea cantidad de agua que tenga el suelo y la almacenan al igualque los camellos.

Sin embargo como nosotros regamos el jardn, estas acumulan yacumulan agua debajo de la estructura porque estas races no estn

sometidas a la evaporacin que las races distribuidas en reasexpuestas del jardn.

Esta humedad en suelos arcillosos potencialmente expansivosgenera presin de expansin y dao estructural a la edificacin, en elmejor de los casos provoca humedecimiento de paredes con prdida delfriso y en piso levantamiento de cermicas.

En nuestra experiencia prctica, hemos podido comprobar lapenetracin de races 12.0 metros dentro de una estructura (Colegio LaConcepcin de Maracay).

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