UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería...

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL

DISEÑO ESTRUCTURAL

INFORME DE SUFICIENCIA

Para optar el Titulo Profesional de:

INGENIERO CIVIL

MIGUEL ANGEL TELLO IRRIBARREN

Lima - Perú 2007

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA Facultad de Ingeniería Civil

INDICE

INDICE

PÁG.

RESUMEN -3-

LISTA DE FIGURAS - 4 -

LISTA DE TABLAS -6-

INTRODUCCION - 7 -

CAPITULO 1.- EL MURO DE SUELO REFORZADO

1 . 1 . Concepto de suelo reforzado

1.2. Muro de suelo reforzado

1.2.1 Partes de un muro de suelo reforzado

1.2.2 Clasificación de los sistemas de muros de suelo reforzado

1.3. Principios Básicos del muro de suelo reforzado

1.3.1 Mecanismos de transferencia de esfuerzos

1.3.2 Modo de acción del refuerzo

1.4. Evaluación del desempeño al arrancamiento

1.5. Beneficios del suelo reforzado

1.6. Desventajas del suelo reforzado

1. 7. Material de refuerzo: Geotextil

1 . 7. 1 Definición de geotextil

1 . 7 .2 Clasificación de los geotextiles

1.7.3 Geotextil de Alta Tenacidad (Fortex BX90)

1.8. Suelo para el refuerzo

CAPITULO 2.- PARAMETROS PARA EL DISEÑO

2. 1. Estudios Geotécnicos

2.2. Estudios Topográficos

2.3. Estudios Hidrológicos

2.4. Parámetros de Diseño

2.4.1 Factores de Seguridad

2.4.2 Empotramiento del muro

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEÑO ESTRUCTURAL TELLO IRRIBARREN, MIGUEL ANGEL

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierfa Civil

2.4.3 Longitud del refuerzo

2.4.4 Cargas

2.4.5 Asentamientos tolerables

2.4.6 Parámetros de suelos

2.4. 7 Tiempo de vida

2.4.8 Consideraciones del Paramento

CAPITULO 3.- METODOLOGÍA DE DISEÑO

3. 1. Revisión de metodologías existentes

3.1.1 Determinación del empuje - Teorías de diseño

3.1.2 Metodologías de diseño

3.2. Diseño de muros de suelo reforzado con geotextiles

3.2.1 Estabilidad Externa

3.2.2 Estabilidad Interna

3.2.3 Ejemplo de diseño

CAPITULO 4.- NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

ANEXOS 1: Resumen de Expediente Técnico - Trabajo de Campo

ANEXOS 2: Memoria de Cálculo - Trabajo de Campo

ANEXOS 3: Planos del Trabajo de Campo

ANEXOS 4: Hoja Técnica del Geotextil Tejido Fortex BX90

ANEXOS 5: Plano con Distribución de isoaceleraciones


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER/AQ Facultad de ingeniería Civil

RESUMEN

RESUMEN

En el presente informe de suficiencia se ha descrito cual es la metodología de

diseño de los muros de suelo reforzado con geotextiles tejidos así como también

se ha identificado y definido cuales son los parámetros necesarios para el diseño

y en que forma pueden afectar en el diseño estructural. Inicialmente se investigó la parte teórica del comportamiento de los muros de suelo reforzado, luego en el proyecto de campo de realizaron los estudios básicos de topografía y geotecnia y junto a la características del material de refuerzo, que es un geotextil tejido, se elaboró el diseño y cálculo estructural del muro de suelo reforzado con los que se obtuvieron los planos del proyecto de campo. Con esto�s que fueron parte del expediente técnico del trabajo de campo se constrpy� muro de suelo reforzado. (


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X

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierla Civil LISTADO DE FIGURAS

Figura 1:

Figura 2:

Figura 3:

Figura 4:

Figura 5:

Figura 6:

Figura 7:

Figura 8:

Figura 9:

Figura 10:

Figura 11:

Figura 12:

Figura 13:

Figura 14:

Figura 15:

Figura 16:

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Figura 18:

Figura 19:

Figura 20:

Figura 21:

Figura 22:

Figura 23:

Figura 24:

Figura 25:

LISTADO DE FIGURAS

Ilustración de la acción del refuerzo en la dirección del ensayo de

corte directo. (Jewell y Wroth 1987)

Principio básico de un suelo reforzado. Aplicación de fuerzas

axiales.

Partes de un muro de suelo mecánicamente estabilizado

Refuerzo unidireccional simple (a la izquierda tiras de metal lisas,

a la derecha geotextiles)

Refuerzo unidireccional compuesto: geomalla unidireccional

Refuerzo bidireccional compuesto: geomalla bidireccional

Refuerzo metálico: malla hexagonal de doble torsión

Paneles de concreto prefabricados

Bloques de concreto

Fachada con geosintéticos (geotextil)

Paramento de gaviones

Transferencia de esfuerzos por fricción entre el suelo y la

superficie del refuerzo

Transferencia de esfuerzos por resistencia pasiva

Resistencia pasiva

Comparación de costos de muros de contención

Polímeros usados en la fabricación de geotextiles

Tipos de fibras poliméricas usadas en la fabricación de geotextiles

Funcionamiento básico de un telar para la fabricación de

geotextiles tejidos

Fibras discontinuas de un geotextil no tejido

Diagrama del Proceso de Unión por rotación para fabricar

geotextiles no tejidos.

Clasificación de los geotextiles por su fabricación

Curva esfuerzo deformación. Geosintéticos de poliéster

Tejido por insercción

Comparación entre las granulometrías recomendadas para el

material de relleno entre la AASHTO (FHWA Demo 82) y la NCMA

Longitud mínima del refuerzo

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEÑO ESTRUCTURAL 4

TELLO IRRIBARREN, MIGUEL ANGEL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE /NGENIERIA Facultad de lngenier/a Civil LISTADO DE FIGURAS

Figura 26:

Figura 27:

Figura 28:

Figura 29:

Figura 30:

Figura 31:

Figura 32:

Figura 33:

Figura 34:

Figura 35:

Figura 36:

Figura 37:

Distorsiones angular en función del tipo de estructura (Según

Bjerrum, 1963a)

Empuje sobre un paramento vertical móvil. Fuente: De Almeida

Barros, P.L. (2005)

Mecanismos de Falla por Análisis de Estabilidad Externa. Fuente:

Project Demostration 82 - Publication No FHWA-NHl-00-043

Cálculo de la presión activa de suelos para paramento inclinado y

talud superior según Coulomb. Fuente: Project Demostration 82 -

Publication No FHWA-NHl-00-043

Cargas externas en muro sin talud superior y ubicación de

sobrecarga de tráfico según análisis a realizar. Fuente: FHWA -

Publication No FHWA-NHl-00-043.

Cálculo de la presión vertical a nivel de fundación. Fuente: FHWA

- Publication No FHWA-NHl-00-043.

Estabilidad externa sísmica en un muro de suelo reforzado.

Fuente: FHWA - Publication No FHWA-NHl-00-043.

Mecanismos de falla para el análisis de la estabilidad interna

Mecanismos de falla para el análisis de la estabilidad interna

Localización de la superficie de falla potencial para el análisis de

estabilidad interna. Fuente: FHWA - Publication No FHWA-NHl-

00-043.

Definición de propiedades "dn". Fuente: FHWA - Publication No

FHWA-NHl-00-043.

Análisis sísmico de la estabilidad interna. Fuente: FHWA -

Publication No FHWA-NHl-00-043.

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEÑO ESTRUCTURAL 5

TELLO IRRIBARREN, MIGUEL ANGEL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER/A Facultad de ingenierfa Civif

LISTADO DE TABLAS

USTADO DE TABLAS

Tabla 1: Factores de reducción para Geotextiles Fortex. Fuente:Conceptos

básicos y guía de diseño Geosintéticos Lafayette

Tabla 2: Comparación entre las granulometrías recomendadas para el

material de relleno entre la AASHTO y la NCMA

Tabla 3: Factores de seguridad

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTfL DISEÑO ESTRUCTURAL TELLO IRRIBARREN, MIGUEL ANGEL

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INTRODUCCIÓN

INTRODUCC/ON

El desarrollo del presente informe de suficiencia ha sido dividido en cuatro

capítulos para lograr entender los conceptos básicos sobre el comportamiento de

los muros de suelo reforzado, los parámetros que influyen en su diseño y

cálculo, el procedimiento de cálculo y las normas y especificaciones que son el

estado del arte en lo que se refiere al diseño estructural.

El capítulo 1 trata sobre el concepto del suelo reforzado y los principios básicos

de los muros de suelo reforzado buscando entender el comportamiento del

refuerzo de geotextil. Se mencionan también las ventajas y desventajas que

presentan dichos muros, de la misma manera se presentan las características

del geotextil usado en la elaboración del trabajo de campo.

El capítulo 2 menciona la importancia que tienen los estudios básicos de

ingeniería para la elaboración de los proyectos de muros de suelos reforzados

con geotextiles. Se indica cuales deberían ser las consideraciones a ser tomadas

en cuenta en la elaboración del estudio topográfico, geotécnico e hidráulico.

También trata de la importancia y cuales son los parámetros que afectan el

diseño de un muro de suelo reforzado.

En el capítulo 3 se tocan las metodologías existentes y la diferencia entre ellas.

Se describe también cual es el procedimiento a desarrollar en el diseño de un

muro de suelo reforzado.

Finalmente en el capítulo 4 se mencionan las normas y especificaciones para los

geotextiles reconocidas internacionalmente


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CAPÍTULO 1

CAPITULO 1. EL MURO DE SUELO REFORZADO

EL MURO DE SUELO REFORZADO

1.1 CONCEPTO DE SUELO REFORZADO

INTRODUCCIÓN

El concepto de suelo reforzado con miembros a tracción no es nuevo. A

comienzos de 1 000a.C se usaron cañas y suelos granulares en la construcción

de grandes estructuras de tierra. En el contexto moderno sin embargo, el suelo

reforzado empezó a ser utilizado durante los comienzos de los años setenta en

que se usaron barras de acero, y más tarde, los geotextiles fueron incluidos en la

construcción de muros de suelo reforzado y taludes reforzados. El uso de

geotextiles para reforzar suelos ha permitido que esta técnica pueda ser usada

en una gran variedad de aplicaciones, por ejemplo, muros de suelo reforzado,

taludes reforzados y terraplenes reforzados construidos sobre suelos blandos o

fundaciones inestables.

Para entender porque la técnica de suelo reforzado puede ser utilizada como

una solución a numeroso problemas de la ingeniera es necesario primero

considerar los conceptos básicos de suelo reforzado, así como explorar los tipos

de aplicaciones donde el suelo reforzado presenta beneficios particulares.

CONCEPTO DE SUELO REFORZADO

Se puede entender como suelo reforzado o suelo mecánicamente estabilizado

(MSE: Mechanically Stabilized Earth) a la asociación de un suelo de relleno

compactado con la inclusión de elementos lineales (barras, fibras, mallas, etc.)

capaces de soportar fuerzas de tracción importantes. El refuerzo con tales

elementos da al conjunto, gracias a la interacción mecánica, una resistencia a la

tracción de la que el suelo carece en sí mismo, con la ventaja adicional de la

mayor flexibilidad del sistema que permite soportar mayores asentamientos

diferenciales.

Los suelos poseen en general elevada resistencia a esfuerzos de compresión,

pero baja resistencia a esfuerzos de tracción. Cuando una masa de suelo es


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierfa Civil CAPITULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

cargada verticalmente, la misma sufre deformaciones verticales de acortamiento

debido a la compresión y deformaciones laterales de elongación debido a la

tracción. Con todo lo mencionado, si la masa de suelo estuviera reforzada, los

movimientos laterales serían limitados por la rigidez del refuerzo. Esta restricción

de deformaciones es obtenida gracias a la resistencia a la tracción de los

elementos de refuerzo.

En primer lugar, el suelo debe deformarse debido al corte antes que ocurra

inestabilidad en la superficie de falla. En común con otros materiales, la

deformación al corte en suelos causa el desarrollo de esfuerzos de compresión y

esfuerzos de tracción. La estabilidad en el suelo es proporcionada por la

resistencia al corte por fricción, derivado de la fricción entre partículas, la forma

de la partícula y esfuerzos de compresión. Las fuerzas activas que causan la

falla en la masa del suelo deben vencer la resistencia al corte por fricción si la

superficie de falla se desarrolla.

El suelo puede ser reforzado mediante un refuerzo el cual explota estas

características de hacer que ambos trabajen conjuntamente. El refuerzo es

colocado en la dirección a los esfuerzos de tracción, entonces la deformación en

el suelo genera fuerzas de tracción en el refuerzo. Consecuentemente, la

tracción del refuerzo actúa en el suelo para mejorar la estabilidad por:

a) Reducir las fuerzas en el suelo que causan la falla.

b) Incrementar las fuerzas en el suelo que resisten la falla.

Esto puede ser ilustrado mediante un ensayo de corte directo (Figura 1). Deben

ocurrir esfuerzos de compresión y tracción a desarrollarse a través de una

superficie de corte en el suelo. La aplicación de la fuerza disturbadora Ps es

resistida por la resistencia a la fricción en el suelo Presistente = Pv x tan<j> (Fig.1a.)


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Soil.,

- Shearing soil

"'• Compressive strain'

/ li ·1 JI'• enSt e stram

Shearing resistance: P.-.-mng • P.,, tan,

Fig.1 a. Esfuerzos de compresión y tracción durante el corte.

CAPITULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

Soil,f

- Shearing soil

Shearing resistance: From soil alooe: P

.,, tan .f,

Pl'l cos O

Reduction in forces causing failure: PR sín (J tncrease in fo� resisting failure: PR cos O tan,;

Total shearing resistance: p ""'!S/Jng = pv tan,+ PR (sin o+ cos O tan ti-)

Fig. 1b. Fuerzas del refuerzo que reducen las fuerzas que causan la falla y aumentan las fuerzas ue resisten la falla.

Figura 1: Ilustración de la acción del refuerzo en la dirección del ensayo de corte directo. (Jewell y Wroth 1987)

La deformación por corte en el suelo causa fuerzas de tensión PR que se

desarrollan en el refuerzo. La Fig.1 b. La acción de esta fuerza del refuerzo sobre

la superficie de corte esta compuesta por dos componentes:

1. La componente de la fuerza del refuerzo PR a lo largo de la superficie de

corte PRsene directamente reduce la fuerza disturbadora, y

2. La componente de la fuerza del refuerzo PR perpendicular a la superficie de

corte PRcosS incrementa la compresión en el suelo a través de la superficie

de corte y con lo cual aumenta la resistencia al corte por fricción.

La resistencia total al corte en el suelo no reforzado es:

p resistente = p V tan<j>

y esto es aumentado en el suelo reforzado a

Presistente = Pv tan<j> +PR (sene+ cos8tan<j>)

(1)

(2)

Estos conceptos llevan a algunos detalles útiles adicionales con respecto al

suelo reforzado:

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISE!i/O ESTRUCTURAL TELLO IRRIBARREN, MIGUEL ANGEL

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierfa Civil CAPfTULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

• El esfuerzo de tensión se desarrolla típicamente en una dirección horizontal

en el suelo cuando la carga mayor es debido a las fuerzas gravitacionales. El

refuerzo es colocado generalmente en capas horizontales porque el refuerzo

trabaja de mejor manera en tracción.

• La rigidez del refuerzo, la relación entre la carga axial y la deformación

determina cuanta deformación se necesita en el suelo para movilizar la

fuerza requerida del refuerzo.

• La traba para el refuerzo gobierna si la fuerza requerida del refuerzo puede

ser contenida en equilibrio con el suelo o si la falla entre el refuerzo y el suelo

ocurre primero.

En la Figura 2 se muestra el principio básico del comportamiento de un suelo

reforzado sometido a fuerzas axiales:

1 1 1

1

'--

222

Suero

d!eformado

Defom,ac·on

(.a} E lerrren1o dec suelo sin refuerza.

Deio1T'!lació Sit�ion inicia!

� ..... 1111 ········-··

1 1 suelo ·COI refue.r=· 1 Suelo d'efulrmado ,

==;;�• 1-G====Y 1 ,. 1 (>�

, Refuerzo, 1 1

1

L 1 •• 11 1 ··-+

i

Sltuac;.ón fón.,I

{b} E le1-nen1o dec suelo con re-fuerzo

Figura 2: Principio básico de un suelo reforzado. Aplicación de fuerzas axiales.


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El concepto de suelo reforzado no es nuevo. La práctica actual se basa en el uso

de tiras de metal o geosintéticos como los geotextiles o geomallas (entre otros

materiales) como materiales de refuerzo. Dentro del presente informe de

suficiencia se desarrollará la aplicación de los geosintéticos como refuerzo y más

específicamente el uso de los geotextiles.

1.2 MURO DE SUELO REFORZADO

Un muro de suelo reforzado o muro de suelo mecánicamente estabilizado

(MSEW: Mechanically Stabilized Earth Wall) es la estructura en la que un suelo

reforzado es usado para la construcción del muro de contención, es decir, es una

estructura de contención constituida por suelo compactado y elementos de

refuerzo resistentes a la tracción que juntos forman un bloque de suelo

homogéneo que trabaja como una estructura de gravedad. Como ya se dijo

anteriormente el informe se enfocará en el uso del geotextil como material de

refuerzo.

En un muro de suelo reforzado las fuerzas desestabilizadoras del muro se

transmiten por cortante al geosintético y éste entra en tracción; la resistencia a

tracción del geosintético debe ser capaz de absorber el esfuerzo de tracción

horizontal generado durante la vida útil de la estructura. Además, el geotextil

debe estar anclado a la zona estable del terreno, para que se pueda transmitir

éste esfuerzo horizontal. Éste anclaje se consigue gracias al rozamiento entre el

relleno y el geosintético.

La presión intersticial del agua puede disminuir la resistencia prevista del

geosintético por lo que el diseño completo debe incluir la solución del sistema de

drenaje.

1.2.1 PARTES DE UN MURO DE SUELO REFORZADO

Las partes de un muro de suelo reforzado son las siguientes:


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierla Civil CAPITULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

Sudo Mecánicamente estabilizado

Paramento

Losa nivdadora

Rasante :final

Relleno retenido

Refuei-zos

Supedicie de sudo original . Sudo de fimdación

Figura 3: Partes de un muro de suelo mecánicamente estabilizado

Paramento o "facing", componente de los Muros de Suelo Mecánicamente

Estabilizado que impide la perdida de suelo por entre las capas de refuerzo y

en la mayoría de las aplicaciones urbanas sirve como elemento decorativo.

Los paramentos más comunes están compuestos por: paneles y bloques de

concreto prefabricado, láminas de metal, gaviones, mallas electrosoldadas,

shotcrete y paneles cubiertos por geosintéticos (geomantas o biomantas).

Losa de nivelación, superficie nivelante (a base de agregado o concreto)

usada para distribuir el peso de la columna de bloques de concreto y proveer

una plataforma de trabajo adecuada para la primera línea de bloques, de

existir estos, durante la construcción.

Suelo Reforzado, es el material de relleno en el cual se colocan las capas

de refuerzo para proporcionarle resistencia a la tracción. Trabaja

externamente como un muro de gravedad convencional e internamente se

basa en la interacción de los refuerzos con el material. Los muros de suelo

reforzado requieren relleno de buena calidad obtenido con materiales

granulares adecuados para asegurar la durabilidad, drenaje y sobre todo

buena interacción con los materiales de refuerzo.

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEÑO ESTRUCTURAL TELLO IRRJBARREN, MIGUEL ANGEL

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Suelo Retenido, es el material localizado inmediatamente después del

relleno mecánicamente estabilizado, no se necesita un material con

características especiales para este caso, generalmente es el material de la

zona.

Suelo de Fundación, es el suelo sobre el cual irá la losa de nivelación y el

relleno reforzado. La determinación de las propiedades de ingeniería para

estos suelos de fundación deberían estar enfocados a la capacidad portante,

el asentamiento potencial, y la ubicación de niveles de aguas subterráneas.

Refuerzo, es todo material que se incluye dentro del relleno reforzado donde

la transferencia de esfuerzos suelo - inclusión ocurre continuamente a lo

largo de toda su estructura. Estos refuerzos pueden ser productos

geosintéticos tales como los geotextiles o geomallas.

1.2.2 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE MUROS DE SUELO

REFORZADO

Los sistemas de muro de suelo reforzado se pueden clasificar por la geometría

de sus refuerzos, mecanismos de transferencia de esfuerzos, material de

refuerzo, extensibilidad de los materiales de refuerzos, el tipo de cara o

paramento y conexiones.

a) CLASIFICACIÓN POR LA GEOMETRÍA DEL REFUERZO

Pueden considerarse tres categorías según la geometría del refuerzo:

• Unidireccional simple, emplea tiras o cintas de acero lisas, texturazas o con

coberturas de geosintéticos. En este caso el refuerzo es colocado en paralelo

con la dirección principal de la deformación. El mecanismo de transferencia

de esfuerzos se da básicamente por fricción. Los geotextiles o las tiras de

metal son parte de este tipo de refuerzos. Ver figura 4.


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GEOTEXTlLES

Figura 4: Refuerzo unidireccional simple (a la izquierda tiras de metal lisas, a la derecha geotextiles)

• Unidireccional compuesta, emplea mallas o barras entrelazadas que se

caracterizan porque la longitud de las aberturas son mayores a 150mm. En

este caso el refuerzo es colocado paralelo con la dirección principal del

refuerzo. El mecanismo de transferencia de esfuerzos se da por tensión y

trabazón. El suelo y el agregado se traban en la aberturas, lo que confina el

material y limita sus desplazamientos laterales aumentando la resistencia al

corte. La compactación del suelo produce un intertrabado con el refuerzo por

lo que se obtiene un alto nivel de resistencia a la tracción. Las geomallas

unidireccionales son parte de este tipo de refuerzos. Ver figura 5.

Figura 5: Refuerzo unidireccional compuesto: geomalla unidireccional


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

• Bi-direccional plana, formado por láminas continuas de geosintéticos,

mallas electrosoldadas o tejidas de acero. Estas mallas se caracterizan

porque la longitud de las aberturas del refuerzo son menores a 150mm. En

este caso el refuerzo ofrece una resistencia en el sentido longitudinal y

transversal. El mecanismo de transferencia de esfuerzos se da por tensión y

trabazón. La trabazón del material granular entre sus aperturas, permite un

efectivo confinamiento y refuerzo del suelo. Las geomallas bidireccionales

son parte de este tipo de refuerzos. Ver figura 6.

Figura 6: Refuerzo bidireccional compuesto: geomalla bidireccional

b) CLASIFICACIÓN POR EL TIPO DE MATERIAL DE REFUERZO

• Sistemas con refuerzos metálicos, en los cuales el refuerzo es

generalmente acero dulce. El acero es usualmente galvanizado o recubierto

can una capa de epóxico. Un ejemplo de este tipo de sistema es el muro de

suelo reforzado con el Sistema Terramesh. Ver figura 7.

Figura 7: Refuerzo metálico: malla hexagonal de doble torsión

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEIVO ESTRUCTURAL TELLO IRRIBARREN, MIGUEL ANGEL

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civif CAPITULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

• Sistemas con refuerzos no metálicos, en los cuales sus refuerzos son

generalmente de materiales poliméricos (geosintéticos) los cuales están

compuestos por polipropileno, polietileno, poliéster u otros.

El desempeño y durabilidad para estas dos clases de refuerzos varían

considerablemente entre ellas, para la primera el caso crítico es la corrosión,

mientras que para la segunda es la degradación química y biológica.

c) CLASIFICACIÓN POR LA INEXTENSIBILIDAD DEL REFUERZO

• Sistemas con Refuerzos Extensibles, cuando la deformación del refuerzo

en la falla es comparable o aun más grande que la deformabilidad del suelo.

Esto significa que el refuerzo se acomoda a la superficie de contacto con el

suelo. Los refuerzos en base a geosintéticos son refuerzos extensibles. Este

tipo de refuerzos pueden trabajar por fricción o trabazón mecánica.

• Sistemas con Refuerzos Inextensibles, cuando la deformación del refuerzo

en la falla es más baja que la deformabilidad del suelo. El refuerzo es lo

suficientemente rígido como para no acompañar la superficie de contacto con

el suelo y mantener su forma original. Un ejemplo de refuerzo inextensible es

el Sistema de Tierra Armada con cintas metálicas.

d) CLASIFICACIÓN SEGÚN EL PARAMENTO EXTERNO

Los tipos de elementos de fachada usados en los diferentes sistemas de

MSEW controlan su estética ya que son las únicas partes visibles de la

estructura final, por tal motivo se provee a la estructura de una diversidad de

acabados y colores, al mismo tiempo que sirve como protección contra la

perdida de relleno reforzado y erosión del paramento entre las líneas de

refuerzo. El tipo de cara de los MSEW define además la tolerancia a los

asentamientos. Los tipos principales de acabados son:

• Paneles de Concreto Prefabricados, los paneles de concreto prefabricados

tienen un espesor mínimo de 140mm y son de geometría cruciforme,

cuadrada, rectangular o hexagonal. Requieren además refuerzo por tensión y


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

temperatura, pero varían con el tamaño del panel. Las unidades

verticalmente contiguas están generalmente conectadas con pines de gran

resistencia al corte. Ver figura 8.

Figura 8: Panele� de concreto prefabricados

• Bloques de concreto, son relativamente pequeñas unidades de concreto

que han sido especialmente diseñadas y confeccionadas para aplicaciones

en muros de contención, es decir sus dimensiones y formas han sido

estandarizadas de acuerdo al tipo de sistema de suelo reforzado. El peso de

estas unidades va de 15Kg. a 50Kg; con unidades de entre 35Kg. a 50Kg.

generalmente para aplicaciones en proyectos de carreteras. La altura de

estas unidades va de 100mm a 200mm. La longitud de la cara expuesta es

usualmente de 200mm a 450mm. . El ancho nominal de estas unidades

(dimensión perpendicular a la cara del muro) presenta rangos de 200mm a

600mm. Las unidades pueden ser fabricadas sólidas o huecas. Estas

unidades no necesitan de mortero alguno y son apiladas una tras otra

siguiendo la configuración de un muro de "soga". Verticalmente estas

unidades pueden estar conectadas por pines, conectores o llaves de gran

resistencia al corte. Ver figura 9.

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISE/Í/0 ESTRUCTURAL TELLO IRRIBARREN, MIGUEL ANGEL

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de lngenierfa Civil CAPITULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

Figura 9: Bloques

de concreto

• Paramento Metálico, es el sistema original de suelo reforzado y presenta

como fachada unas láminas de acero galvanizado en forma de semicilindros.

Aunque los paneles prefabricados de concreto son generalmente ahora más

usados en los refuerzos de muros de suelo reforzado, los paneles metálicos

pueden ser apropiados en estructuras donde hay dificultad de acceso y/o

espacio para manipuleo por lo que se requieren fachadas más ligeras.

• Mallas Electrosoldadas, el alambre de la malla puede ser doblado hacia

arriba formando una "L" para conformar la cara de la estructura, en la cual se

deposita algún material geosintético como geomallas biaxiales o geomantas

para controlar la erosión y pérdida de material entre las líneas de refuerzo.


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• Fachada de Geosintéticos, varios tipos de geosintéticos pueden ser usados

para esta aplicación: geotextiles, geomallas biaxiales, geomantas,

biomantas, etc., las cuales son colocadas formando envolturas alrededor de

la fachada entre capas de refuerzos para formar la cara expuesta de los

muros de contención. Estas fachadas son muy susceptibles a la degradación

por rayos ultravioletas, vandalismo y daños causados por fuego.

Alternativamente se . puede emplear geomallas con geomantas, las cuales

envueltas de la misma manera, generan crecimiento de vegetación

proporcionando así la protección necesaria contra los rayos ultravioleta (UV)

y una mejor integración con el medio ambiente. Ver figura 1 O.

Figura 10: Fachada con geosintéticos

(geotextil)

• Paramento de Gaviones, los gaviones ( cajas de alambres doblemente

torsionadas rellenas con piedra) pueden ser usados como paramento con

elementos de refuerzo que puede ser colas de la misma malla hexagonal a

doble torsión de los gaviones, malla electrosoldada, barras metálicas,

geomallas o geotextiles.


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Figura 11: Paramento de gaviones

1.3 PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS MUROS DE SUELO REFORZADO

Un muro de suelo reforzado es una asociación de tierra y elementos de refuerzo

capaces de soportar fuerzas de tracción importantes. Estos elementos de

refuerzo dan al conjunto una resistencia a la tracción de la que el suelo carece

en sí mismo. Las propiedades mecánicas de la masa de suelo son mejoradas

por los refuerzos ubicados paralelos a la dirección principal de tracción para

compensar la falta de resistencia a la tracción del suelo. El mejoramiento de las

propiedades de tracción es el resultado de la interacción entre el refuerzo y el

suelo. (C.J.F.P. Janes, 1996).

El material compuesto tiene las siguientes características (FHWA DEMO 82):

• La transferencia de esfuerzos entre el suelo y el refuerzo toma lugar

continuamente a lo largo del refuerzo.

• Los refuerzos son distribuidos a lo largo de la masa del suelo con un grado

de regularidad, no debiendo de estar localizados.

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEIVO ESTRUCTURAL TELLO IRRIBARREN, 1111/GUEL ANGEL

21

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de lngenierla Civil CAPfTULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

1.3.1 MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE ESFUERZOS

Los esfuerzos son transferidos entre el suelo y el refuerzo por fricción (Figura 12)

y/o resistencia pasiva (Figura 13 y 14) dependiendo de la geometría del refuerzo:

• La fricción, se desarrolla en posiciones donde hay un desplazamiento

relativo por corte y el correspondiente esfuerzo de corte entre la superficie de

suelo y del refuerzo. Los elementos de refuerzo donde la fricción es

importante deben estar alineados con la dirección del movimiento relativo del

suelo reforzado. Ejemplos de tales refuerzos son las tiras de metal, mallas de

barras longitudinales, geotextiles y algunas capas de geomallas.

Fuerza de

arrancamiento

Presión normal

Fuerza fricx:ionante

Refuerzo eosintético

Figura 12: Transferencia de esfuerzos por fricción entre el suelo y la superficie del

refuerzo

• La resistencia pasiva o trabazón, ocurre a través del desarrollo de

esfuerzos de carga sobre superficies de refuerzo "transversales"

perpendiculares a la dirección del movimiento relativo del suelo reforzado. La

resistencia pasiva es considerada la interacción primaria en el caso de

geomallas y refuerzos de malla de alambre.


22


Refuerzo geosintético

Partículas de

sueo

Figura 13: Transferencia de esfuerzos por resistencia pasiva

RESISTENCIA POR FRICCIÓN

PRESIÓN NORMAL

FUERZA DE ARRANCAMIENTO

RESISTENCIA POR FRICCIÓN FUERZA DE

�AMIENTO

RESISTENCIA PASIVA

Figura 14: Resistencia pasiva

La contribución de cada mecanismo de transferencia para un refuerzo

particular dependerá de la rugosidad de la superficie (la fricción de la

superficie), los esfuerzos normales efectivos, dimensiones de abertura de la

malla, espesor de los miembros transversales, y las características de

elongación del refuerzo. Igualmente importantes para el desarrollo de

interacción son las características del suelo, incluyendo tamaño de grano,

distribución del tamaño de grano, forma de las partículas, densidad,

contenido de agua, cohesión y rigidez.


23

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil

1 _J,2 MODO DE ACCIÓN DEL REFUERZO

CAPÍTULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

La función primaria del refuerzo es restringir deformaciones del suelo. En ese

sentido, los esfuerzos son transferidos del suelo al refuerzo. Estos esfuerzos son

tomados por el refuerzo de dos maneras:

• Tensión, es el modo más común de acción de refuerzos. Todos los

elementos de refuerzo "longitudinal" (los elementos de refuerzo alineados en

la dirección del movimiento del suelo) son generalmente sujetos a grandes

esfuerzos de tracción. Los esfuerzos de tracción son también desarrollados

en refuerzos flexibles que cruzan el plano de corte.

• Corte y rigidez torsional, los elementos "Transversales" de refuerzo que

tienen alguna rigidez, pueden resistir esfuerzo al corte y momentos de

flexión.

1.4 EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO AL ARRANCAMIENTO

El diseño de los sistemas de suelo reforzado requiere una evaluación del

desempeño al arrancamiento o "pullout" a largo plazo con respecto a tres

criterios básicos:

• Resistencia al Arrancamiento, la resistencia al arrancamiento de cada

refuerzo debe ser suficiente para soportar la fuerza de tensión generada en

el diseño, mas un determinado factor de seguridad. La resistencia al "pullout"

de los refuerzos está directamente relacionada con la combinación de dos

mecanismos de interacción básicos entre el suelo y los refuerzos: "La

interfase de fricción y la resistencia pasiva del suelo contra los elementos

transversales de los refuerzos".

• Desplazamiento admisible, el desplazamiento relativo entre el suelo y el

refuerzo generado por la fuerza de tensión de diseño debe ser mucho menor

que el desplazamiento admisible. Depende principalmente del mecanismo de

transferencia de carga, la extensibilidad del material de refuerzo, el tipo de

suelo y la presión de confinamiento.


24


• Desplazamiento a largo plazo, la fuerza de arrancamiento debe ser menor

que la carga crítica por "creep". Este desempeño del "pullout" a largo plazo

(desplazamiento bajo una constante carga de diseño) es predominantemente

controlado por las características de "creep" del material de refuerzo y del

material de refuerzo y suelo de relleno si éste es un material cohesivo.

1.5 BENEFICIOS DEL SUELO REFORZADO

Los muros de suelo reforzado tienen muchas ventajas y beneficios comparados

con los sistemas convencionales de contención de concreto reforzado o muros

de gravedad. Entre ellas tenemos:

• Uso de procedimientos simples y rápidos en la que no se requiere de

equipos de construcción especializados. En muchos casos parte de los

componentes son prefabricados permitiendo una construcción relativamente

rápida.

• Sin importar la altura o largo del muro no se requieren de encofrados tan

grandes como los usados en los muros de contención convencionales.

• No se requiere de mano de obra calificada o con mucha experiencia para su

construcción.

• Requiere menos preparación, previas a la construcción, que otras

alternativas.

• Necesita menos espacio frente a la estructura para las operaciones de

construcción.

• En muchos casos se reduce la adquicisión de derecho de vía.

• Son relativamente más flexibles y pueden tolerar mayores deformaciones

laterales y asentamientos.


25


• Son factibles técnicamente para alturas mayores a los 25m.

• Son económicos. En la figura 15 se puede apreciar una referencia entre la

comparación de costos para muros de contención en función de la altura y el

sistema usado. (fuente: la Federal Highway Administration - Publication No

FHWA-NHl-00-043 (2001 )).

u

900

800

700

R/C Cantilever 600

500

400 MSE (Metal)

300

200

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Height of wall (m.)

Figura 15: Comparación de costos de muros de contención

La relativa pequeña cantidad de materiales requeridos, la rápida construcción

y la competición entre los desarrolladores de diferentes sistemas de MSEW

han resultado en una relativa disminución de los costos frente a las

tradicionales tipos de muros de contención. Los muros de suelo reforzado

probablemente son más económicos que otros sistemas para muros con

alturas mayores a los 3m. o cuando se requieren cimentaciones especiales

para los muros de contención convencionales.

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEÑO ESTRUCTURAL 26 TELLO IRRIBARREN, MIGUEL ANGEL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil CAPÍTULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

Una de las más grandes ventajas de los MSEW son la flexibilidad y

capacidad de absorber las deformaciones producto de las malas condiciones

y propiedades del suelo de fundación. También, basado en observaciones en

zonas sismicamente activas, estas estructuras han demostrado mayor

resistencia a las cargas sísmicas que las rígidas estructuras de concreto.

1.6 DESVENTAJAS DEL SUELO REFORZADO

Las siguientes desventajas generales pueden ser asociadas a todas las

estructuras de suelo reforzado:

• Puede ocurrir un decrecimiento en la capacidad de tracción del refuerzo

debido a posibles daños durante su instalación.

• Puede ocurrir un decrecimiento en la capacidad de tensión del refuerzo con

el tiempo a una carga constante y temperatura del suelo.

• Requiere un relativo espacio largo detrás del muro para obtener el ancho de

muro suficiente para la estabilidad interna y externa.

• Los muros de suelo reforzado requieren un material de relleno granular

selecto. En lugares donde la disponibilidad de el material de relleno selecto

es complicada el transporte de un material conveniente podría hacer que el

sistema no sea económico.

• El diseño y las practicas de construcción de todos los sistemas de suelo

reforzado aún continúan evolucionando lo que hace que las especificaciones

y las practicas de contratación aún no estén totalmente estandarizadas.

• Adecuados criterios de diseño son necesarios para controlar la corrosión de

los elementos de refuerzo de acero, deterioro de cierto tipo de elementos

expuestos del paramento como los geosintéticos por los rayos ultravioletas, y

degradación potencial de los refuerzos poliméricos en el suelo.


27


• El diseño de los sistemas de suelo reforzado suele requerir una

responsabilidad en el diseño compartida entre los proveedores de los

refuerzos geosintéticos y los propietarios una gran información de institutos

de investigación y universidades.

1.7 MATERIAL DE REFUERZO: GEOTEXTIL

Los materiales de refuerzo usados en los suelos reforzados han ido

evolucionando con el paso del tiempo. La evolución de los materiales está

relacionada con el desarrollo en las estructuras de suelo reforzado. Mientras que

las estructuras iniciales se realizaron usando materiales orgánicos tales como

madera, paja o caña como refuerzo, las estructuras modernas reconocieron el

potencial de formas mas avanzadas de refuerzo, inicialmente el uso de lonas

como membranas de refuerzo, lamentablemente, las lonas solo tienen un

limitado tiempo de vida antes de deteriorarse, por tanto, las estructuras tendrían

un corto periodo de vida; en el siglo 19 los refuerzos orgánicos aun siguieron y

no fue hasta que se dieron necesarios avances tecnológicos que permitieron la

utilización de materiales artificiales o de ingeniería como refuerzo de estructuras.

(Janes y Hassan, 1992).

El uso de textiles como refuerzo no fue contemplado sino hasta el desarrollo de

materiales basados en polímeros sintéticos. Las telas sintéticas fueron conocidas

antes de los años 1940s pero no fue hasta finales de los 1960s y principios de

los 1970s que los avances en dichos materiales y el desarrollo de los geotextiles

permitieron su empleo en obras de suelo reforzado.

1.7.1 DEFINICIÓN DE GEOTEXTIL

Según la ASTM 04439, un geotextil se define como:

Geotextil. Un geosintético permeable conformado solamente por textiles. Los

geotextiles se utilizan con cimentaciones, suelo, roca, tierra o cualquier material

geotécnico relacionado a la ingeniería como una parte integral de un proyecto,

estructura o sistema hecho por el hombre.


28


1. 7.2 CLASIFICACIÓN DE LOS GEOTEXTILES

Los geotextiles se caracterizan por el tipo de polímero, tipo de fibra y proceso de

fabricación.

a) DE ACUERDO AL TIPO DE POLIMERO

Los polímeros utilizados en la manufactura de las fibras de geotextiles se hacen

a partir de los siguientes materiales: polipropileno, poliéster, polietileno y

poliamida. Los más utilizados son el poliéster y el polietileno, presentando ambas

fibras propiedades mecánicas similares, pero siendo el alargamiento en la rotura

el doble en el poliéster respecto al polipropileno. Estos dos polimeros presentan

una composición molecular formada por cadenas alargadas lo que los hace más

útiles para la fabricación de materiales de refuerzo que trabajen a tracción que

los polímeros como el polietileno o la poliamida que tienen una composición

molecular formada por cadenas compactas. A continuación se presenta el listado

de polimeros más usados en forma decreciente, según Robert M. Koerner en su

libro "Designing With Geosynthetics" Quinta Edición:

Polipropileno

Poliéster

Polietileno

Poliamida (nylon)

(� 85%)

(==: 12%)

(==: 2%)

(==: 1%)


29

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierla Civil

Oórm:o de PotiviniJo (PVC)

Polami.&PA (ayton 616)

CAPITULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

Gwtexcilcs.. Gcomembaln�5-. <leun\llllas. G�otub s. ()eorcdei,,, Geoc:-onlpue1itos

<k-otc:w.tiles. Gt•omc:mbw-aaru.. Ocotnalb.� .• Ococomp\llestos

Geomembc:lnas, Geocompuestos, Ooo�

Figura 16: Polimeros usados en la fabricación de geotextiles

b) DE ACUERDO AL TIPO DE FIBRA

• Monofilamentos: son una masa de polímeros reblandecidos con ciertos

solventes o por suministro de calor, es presionada en forma continua contra

un conjunto de finos orificios de un troquel especial o máquina de hilar, el

resultado es un conjunto de fibras de un solo filamento que son enfriados y

simultáneamente estirados.

• Multifilamentos: son el resultado de la combinación organizada de fibras de

un solo filamento conformando una especie de hilo.


30

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA Facultad de lngenierla Civil

c. Multifilamento Tejido

e. No Tejido punzonado por agujas

CAPfTULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

1 it 1 •••••• a 1 • � 1t11 • •• 1 a. 1 a• • • • f 111 • • i .• - • -

ll 111111 U II lll U I U I ll l U I LI U I U I U t 11 11 1 Uf 11 1 • 1 1 U U 11 ll l � 1 1 U 11,1 'L 'I I L•I I L· U II U 1�1111 1 U ll'I I U 1 11 1 L1 ll 111111111,t· u111, ......... ,11111•LIILlllllll•'l11•1 11111H111 ll 11111 LI I ll 1 &.I HI :t U I LI I U 1 U.1 1UILII111 ll ll 11 LIIU IU UI IUILUL ..... , ..... 1 U, .. 1 uutnl I U IUlll 111 11111 U 1 �I U 11ll1111 U 11, 1 LI I UHt 'I U 1 11 11 ll HI I l l I ll l U UI 1111LIH11 U I U U u1uuuu,.,1111n11111i.1,11t11u1,1u. 11UIU1111111111UIU1111 U I U UI I U 1 1 11 1 L I t L I f 11 1 1 1 1 11 1 11 1 L 111. I l l 1 1 11 t L I I lo 111 U I LI UI I U I ll I U t ll l U UI 111 UI t•I 111 ·I I U I U I U I 111111 U 111 fll I U Lll ,I U 1 1 11 t 'I 1 �- t U I l l 1 111U111 1111 U I U I U 1 ..

LII IIIILIIIIUIUl"IUIUUUl.111.1111· ,,�1,111111u1u1111u1•11u1u1u1u,1

b. Monofilamento Tejido calandrado

f. No Tejido unido por calor

Figura 17: Tipos de fibras poliméricas usadas en la fabricación de geotextiles

e) DE ACUERDO AL PROCESO DE FABRICACIÓN

• Geotextiles Tejidos. Son aquellos formados por cintas entrecruzadas en

una máquina de tejer (ver figura 18). Pueden ser Tejidos de calada o

tricotados. Los tejidos de calada son los formados por cintas de urdimbre

(sentido longitudinal) y de trama (sentido transversal). Su resistencia a la

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEÑO ESTRUCTURAL TELLO IRRJBARREN, MIGUEL ANGEL 31

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierla Civil CAPÍTULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

tracción es de tipo biaxial (en los dos sentidos de su fabricación) y puede ser

muy elevada (según las características de las cintas empleadas). Su

estructura es plana. Los tricotados están fabricados con hilo entrecruzado en

máquinas de tejido de punto. Su resistencia a la tracción puede ser multiaxial

o biaxial.

La�• CUl..,._una c:a,iledehio b•IUdo

\

BtJliido• �91 ......

(i)

(Üt)

a Junquillo .. ...,....,.., ab-,ocurvando te. hfOa fcwm•ndO un tüneli .,_. la �-

1. El Junqullo.. ,., ...

la

jW'lqlMllo btlf•

t i cm 3111',acmparcm

Hlo

Ocbimo

(ii)

(iv)

Figura 18: Funcionamiento básico de un telar para la fabricación de geotextiles tejidos


32


Los geotextiles tejidos pueden ser usados como refuerzo en el caso de los

muros de contención.

• Geotextiles No Tejidos. Están formados por fibras o filamentos

superpuestos en forma laminar, consolidándose esta estructura por distintos

sistemas según cual sea el sistema empleado para unir los filamentos o

fibras. Ver figura 19.

Figura 19: Fibras discontinuas de un geotextil no tejido

Los geotextiles no tejidos no son recomendables para ser usados como

refuerzos en el caso de los muros de contención por su baja capacidad de

resistencia a la tracción. Algunas de las funciones que los geotextiles no

tejidos cumplen son la impermeabilización o protección.

La fabricación de telas no tejidas es muy diferente de las telas tejidas. Cada

sistema de fabricación No Tejido generalmente incluye cuatro pasos básicos:

preparación de la fibra, formación del velo, consolidación del velo y

tratamiento posterior (ver Figura 20).


33


_J1ip

Extru ·ion

11 ___ Fíhc rl , .... --

1 1/ 1 JJ 1

1 �' 1 111 1 _ LL�y-tlo,wn f

o ()¡

R "lnding \l\.1inding

Figura 20: Diagrama del Proceso de Unión por rotación para fabricar geotextiles no tejidos. Note que la unión puede hacerse por agujado, calentamiento o resinas

Los geotextiles No Tejidos se clasifican a su vez en:

Geotextiles No Tejidos ligados mecánicamente o punzonados por agujas.

Geotextiles No Tejidos ligados térmicamente o termosoldados.

Geotextiles No Tejidos ligados químicamente o resinados

Son estructuras laberínticas, con una distribución de aberturas no uniformes,

pueden estar constituidos hasta por tres tipos de fibras: multifilamentos,

estopas sintéticas e hilos de hebras, formando una estructura planar. La

unión de estas fibras puede ser básicamente de tres tipos:

Método Físico

Método Químico

Método Combinado

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEf:JO ESTRUCTURAL TELLO IRRJBARREN, MIGUEL ANGEL

34

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de lngenierfa Civil CAPÍTULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

GE O TEXTILES

TEJIDOS :!\'O TEJIDOS

MONOFILAJvlENTOS

FILA.i.v.lENTOSCONTTh"TUOS

MUL TJFlI...A]\,fEl'JTOS

TERJ\,EOUGADOS

CINTAS ( RAFIAS)

RESINADOS

AGUJADOS

Figura 21: Clasificación de los geotextiles por su fabricación

1. 7.3 GEOTEXTIL DE AL TA TENACIDAD (FORTEX BX 90)

Para el desarrollo del proyecto de campo que ha sido la construcción de un muro

de suelo reforzado de 4m. de altura por 6m. de largo se ha usado como material

de refuerzo un Geotextil Tejido de Poliéster de Alta Tenacidad denominado así

por la empresa Andex del Norte - Perú que lo donó a la Universidad Nacional de

Ingeniería para el desarrollo del presente curso de titulación. El fabricante de es

la empresa Lafayette S.A. El geotextil tejido que se uso en la construcción del

muro de contención fue el Geotextil FORTEX BX 90 (ver en anexo 1 la hoja

técnica). A continuación se detallaran las características del refuerzo usado.

a) CARACTERÍSTICAS DEL POLIÉSTER Y TÉCNICA DE TEJIDO

Los geotextiles de alto módulo son geosintéticos producidos con multifilamentos

orientados de Poliéster (Tereftalato de Polietileno), de alto peso molecular

(mayor a 25.000 g/mol y grupos carboxilos finales menores a 30), los cuales

poseen una alta relación resistencia a la tensión - deformación ( con tenacidades


35

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de lngenierla Civil CAPfTULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

mayores a 8 gpd, superiores a los de cualquier otro polímero utilizado para la

fabricación de geosintéticos), tal como se ilustra en la figura 22.

10

9

Esfuerzo 8

<Kgtcol2l 7

6

5

4

3

2

o

Resistencia a la Tl'nsión

Fibrns de Geosintétkos

pp i

- - --i

o 10 20 30 40 50

Deformadóo Uoitaria (".!t-l

Figura 22: Curva esfuerzo deformación. Geosintéticos de poliéster

Estos geosintéticos son fabricados utilizando la técnica de tejido

en la cual las fibras horizontales y transversales

independientemente, entrelazándolas con un tercer grupo de

por inserción,

se disponen

fibras que se

insertan ajustando los nodos, como se ilustra en la figura 23. De esta forma,

durante su desempeño las fibras principales permanecen rectas, confiriéndoles

así la propiedad de dar refuerzo desde muy bajas deformaciones, garantizando

estabilidad en las propiedades hidráulicas en cualquier condición de

confinamiento o tensionamiento.


36

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de lngenierla Civil CAPÍTULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

Figura 23: Tejido por insercción

Por lo anterior, los geote:xtiles de alto módulo y geomallas flexibles brindan un

rápido desarrollo de resistencia a la tensión y alta resistencia a la rotura,

características que los hacen preferidos para aplicaciones de refuerzo de muros

y taludes, estabilización de subrasantes y refuerzo de estructuras de pavimentos

y carpetas asfálticas, entre otras.

b) FACTORES DE REDUCCIÓN DEL GEOTEXTIL FORTEX BX 90

Los factores por reducción que el proveedor recomienda para el uso del geote:xtil

tejido FORTEX BX 90 se pueden apreciar en la siguiente tabla:

No

2

3

Factor de reducción

Factor de reducción por creep< 1

@ 75 años @ l 14 años Factor de reducción por durabilidad (daños po1· ataques químicos o bacteriológicos) '2'

Factor de reducción por daños durante la instalación' 1'

Fort«rid BX35. BX65. UXLOO. UXL65 Fortex BX40, BX60, BX90

Valor

l.62l.64

3 < pH < 5 8< pH < 9

1.30 Relleno tipo I _ Tamaño

máx I0:2 mm, D�o alrededor de 30mm

l.30- 2.05l.40- 2.20

5 < pH < 8

l.15Relleno tipo 2. Tamaño má.x 20 mm. D:-0 alrededor

de 0.7 nun l. 20 - l.-1-0l.10 - l.-W

( 1) Accelerated Tensile Cre.ep and Creep Rupture of Geosynthetic Materials Ba.sed on Time-Temperacure Superposition Usiug the StepJJL>clIsotbermal Method ( ASTM D 5262 (Standard Metl1od for Evalua.tiag U1e Unconfined Tensiou C11!>'!p Behavior of G..'OS)'IIU1eriL-S y GRIGSI0)

(2) De acuerdo coa FH\VA-NHl-00-43 ( última versión de F8"1A SA96-0710, evaluado según ensayos GRI GG7, Carboxil End Group y GRIGG8 Molecular Weight.

01 Los valores bajos del rango sea asocian con mati!riales poco abrasivos colocados con equipo <.-onven..:ionaL c.-oa pre,,;o,res de intlado menores a 550 kP,L Los v.ilores airas del rango se asocian con materiales abrasivos provenientes de trilurJ.ción.

Tabla 1: Factores de reducción para Geotextiles Fortex. Fuente: Conceptos básicos y guía de diseño Geosintéticos Lafayette

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO RE_FORZADO CON GEOTEXTIL DISEfJO ESTRUCTURAL TELLO IRRJBARREN, MIGUEL ANGEL

37

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil CAPITULO 1: EL MURO DE SUELO REFORZADO

1.8 SUELO PARA EL REFUERZO

El criterio de selección del suelo de relleno debe considerar el desempeño a

largo tiempo de la estructura completa, estabilidad en la fase de construcción y la

degradación ambiental creada por los refuerzos. Según la Federal Highway

Administration - Publication No FHWA-NHl-00-043 (2001) los suelos granulares

son ideales para los muros de suelo reforzados. Muchas instituciones han

adoptado requerimientos conservadores para este tipo de rellenos. Estas

propiedades conservadoras son convenientes para la inclusión de

especificaciones estándar o como provisión especial cuando ensayos

específicos no son factibles o cuando la calidad del control de la construcción

puede estar en cuestión. A pesar del buen criterio para la elección del material

de relleno este no reemplaza un grado razonable de control e inspección durante

la construcción.

Todo material de relleno usado en un muro de suelo reforzado debe estar libre

de material orgánico u otro tipo de material deletéreo. Los siguientes

requerimientos son consistentes con la práctica actual (fuente: AASHTO a través

de la Federal Highway Administration - Publication No FHWA-NHl-00-043 y la

NCMA (National Concrete Masonry Association)):

Granulometria recomendada y plasticidad requerida para rellenos reforzados

A.A.SHTO XClL\

Sie-ve Size Pe-rceut Passing Sieve Size Percent Passing

4-inch 100 4·· 100-75

No.4 - No.4 100-20

No. 40 0-60 No.40 ú-60

No. 200 0-15 No. 200 0-35

Plasticitv Re<n.tire-ments Plasticity R&11tirement

PI <6 PI < )0

Tabla 2: Comparación entre las granulometrfas recomendadas para el material de relleno entre la AASHTO y la NCMA

En la figura 24 se ha graficado los husos granulométricos con las

recomendaciones dadas por las AASHTO y la NCMA al respecto del suelo de

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISE/ÍÍO ESTRUCTURAL TELLO IRRIBARREN, MIGUEL ANGEL

38


relleno. Como se puede apreciar la NCMA tiene un huso con mayores

tolerancias que el de la AASHTO.

100

1 80

� 60

·-

.. 40

20D.

100 10 1 O. 1 0.01

Partide Size (mm)

Figura 24: Comparación entre las granulometrías recomendadas para el material de

relleno entre la AASHTO (FHWA Demo 82) y la NCMA

El suelo de relleno debe ser compactado durante la construcción del muro de

contención para asegurar el máximo esfuerzo de corte y rigidez del suelo. El

grado de compactación que se debe tener típicamente es el 95% de la máxima

densidad del proctor estándar (ASTM D 698, AASHTO T-99) o el 90% de la

máxima densidad del proctor modificado (ASTM D 1557, AASHTO T-180). El

mejor procedimiento y tipo de equipos a usar están ligados al tipo de suelo.


39


CAPÍTULO 2

CAPITULO 2: PARAMETROS PARA EL DISEÑO

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO

La factibilidad del uso de un muro de suelo reforzado u otro tipo de sistema de

retención de tierra depende de la topografía existente, condiciones del lugar, y

las propiedades del suelo o roca de fundación. Por lo tanto es muy importante

desarrollar los estudios básicos de ingeniería para poder elaborar los

anteproyectos y proyectos de la mejor manera posible y de esa manera tratar de

moldear el mejor comportamiento general de la estructura y entender los factores

que influirán en su desempeño a largo plazo.

2.1 ESTUDIO GEOTÉCNICO

Para establecer las condiciones geotécnicas adecuadas y determinar el tipo de

cimentación adecuado para una estructura; es importante entender las causas

que pueden generar la falla. La cual depende de varios factores:

• Su función

• Las cargas que debe soportar

• Las condiciones del subsuelo

Por lo que se requiere el conocimiento del comportamiento probable de la

cimentación bajo las condiciones del subsuelo que prevalecen en el lugar, siendo

necesario estudiar su funcionamiento con respecto a dos tipos de problemas

esenciales:

• Una cimentación puede fallar si el suelo o roca de apoyo es incapaz de

soportar la carga actuante. Esta relacionado con la resistencia del suelo o

roca de apoyo y se llama falla por capacidad de carga.

• Puede que este no falle, pero el asentamiento de la estructura puede ser tan

grande o tan disparejo, que la estructura puede agrietarse y dañarse. Está

relacionado a las características de la relación esfuerzo - deformación del

suelo o roca, el se conoce como asentamiento perjudicial o intolerable.

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEÑO ESTRUCTURAL TELLO IRR/BARREN, MIGUEL ANGEL

40

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierfa Civil CAPITULO 2: PARAMETROS PARA EL DISEÑO

Un estudio geotécnico concienzudo y un programa detallado de exploración del

subsuelo son necesarios para determinar las características del terreno sobre el

cual se cimentara la estructura proyectada

El estudio geotécnico consiste en realizar ensayos de Mecánica de Suelos y

Geotecnia que se requiere para obtener los parámetros necesarios para el

diseño estructural del muro de suelo reforzado pero también se debe tener en

cuenta lo siguiente para recolección de información:

• Es necesario preparar un programa de exploración para evaluar la

estabilidad del lugar y asentamiento potencial además de la zona posterior y

frente a la estructura para evaluar el comportamiento general de la zona.

• Los estudios deben estar orientados hacia la obtención de toda la

información que pueda influenciar en la estabilidad final de la estructura pero

también se deben evaluar las condiciones que pueden prevalecer durante la

construcción de la estructura, es decir se debe evaluar la factibilidad de

realizar el proyecto con el sistema de suelo reforzado.

• La capacidad de carga del suelo de fundación, las deformaciones permitidas

y la estabilidad de la estructura son objetivos básicos dentro de los estudios.

• El costo de los muros de suelo reforzado son en gran parte dependientes de

la disponibilidad del tipo de relleno que cumpla con los requerimientos antes

mencionados. En tal sentido, las investigaciones deben conducir a localizar y

evaluar la disponibilidad de materiales que puedan ser usados como material

de relleno.

• La adecuación del suelo de fundación para soportar el peso del suelo de

relleno debe ser determinado en primer orden dentro de la evaluación de la

factibilidad.

• Características geológicas y evaluación del macizo rocoso.


41


• Áreas de inestabilidad potencial como depósitos profundos de suelos

orgánicos, superficies de falla y profundidad de la napa freática.

Como base del estudio geotécnico se debe evaluar la geología regional:

geomorfología, características lito-estratigraficas, geodinámica externa; la

geología regional y la sismicidad.

Se deben realizar los siguientes ensayos:

• Clasificación de suelo. Este ensayo nos permite determinar la

granulometría del suelo y compararla con las recomendaciones dadas en

las distintas normas internacionales.

• Límites de Attemberg. Este ensayo nos permite conocer el índice de

plasticidad del suelo y compararlo con los requerimientos de plasticidad

dadas en las distintas normas internacionales.

• Ensayo de corte directo. Este ensayo nos permite conocer el ángulo de

fricción interna y cohesión del suelo. Estos parámetros son muy

importantes en el diseño del muro de suelo reforzado.

• Peso específico. Este ensayo nos permite conocer la masa por unidad de

volumen del suelo en el lugar de la obra.

• Ensayo de compactación. Este ensayo nos permite conocer cual es la

máxima densidad seca y el óptimo contenido de humedad. El conocimiento

de estos parámetros y control de los mismos durante la ejecución de la

obra nos garantizará que junto con el refuerzo el volumen de suelo actúe

como un bloque homogéneo.

2.2 ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS

Los estudios topográficos con fines para un proyecto de un muro de suelo

reforzado deben estar orientados a conseguir la siguiente información:


42

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierla Civil CAPITULO 2: PARAMETROS PARA EL DISEÑO

Ubicar la zona de estudio y referenciarla en algún sistema de coordenadas.

El sistema de coordenadas más usado es la Proyección U.T.M.

Se debe obtener un plano con curvas de nivel. De ser posible se deben

conseguir fotos aéreas.

Nivelación y altimetría.

Se debe obtener plantas y un perfil longitudinal.

Se debe referenciar cuales son los ingresos más probables para el tipo de

proyecto. Las condiciones reacceso para el personal y los equipos.

Se deben generar secciones transversales en un determinado intervalo del

área del proyecto. Esto sirve al diseñador para plantear de mejor manera la

solución.

Se debe indicar en un plano de ubicación la disponibilidad del derecho de

vía.

En resumen los estudios topográficos servirán al diseñador para proponer las

alternativas que representen el mejor desempeño técnico y económico mientras

que para los constructores servirán para la programación de obra y actividades

previas así como para la elaboración de planes de trabajo.

2.3 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS

En los estudios hidrológicos servirán al diseñador para determinar el

dimensionamiento de las obras hidráulicas y drenaje que se deberán

proyectar con el fin de evitar el paso del agua dentro y a través del relleno

reforzado.


43

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA Facultad de ingeniería Civil CAPITULO 2: PARAMETROS PARA EL DISEÑO

2.4 PARÁMETROS DE DISEÑO

2.4.1 FACTORES DE SEGURIDAD

Los factores de seguridad mínimos recomendados por la FHWA - DEMO 82

son:

TIPO DE FALLA FACTORES DE SEGURIDAD

Estabilidad Externa

Deslizamiento, 2:.1.5

Excentricidad "e", e ta base <L/6 en suelo U4 en roca

Capacidad Portante ¿:2.5

Vuelco N/A

Estabilidad global 2:.1.3

Estabilidad Sísmica ¿:75% de todos los modos de falla estatica

Estabilidad Interna

Resistencia al arrancamiento 2: 1.5

Resistencia a ta rotura 2:. 1.5

Conexión 2:. 1.5

Estabilidad Sísmica 2:.75% de todos los modos de falla estatica

Tabla 3: Factores de seguridad

Como se puede apreciar en la tabla 3 el factor de seguridad para el tipo de falla

por capacidad portante es mucho mayor que los otros factores de seguridad.

Este factor de seguridad se considera mayor porque en los estudios de suelo

existe una mayor incertidumbre. Es decir, ya que no se puede identificar al 100%

que tipo de suelo se encuentra debajo de la estructura y menos saber con

exactitud si a lo largo de todo el suelo de fundación existen lentes de suelos

blandos o materiales de relleno inestables que puedan afectar el comportamiento

del suelo bajo las cargas que le transmita el muro de suelo reforzado. Mientras

que en el caso de los otros tipos de falla el cálculo de los factores de seguridad

se realiza con menos incertidumbre porque la geometría del muro está

previamente definida, el metrado de las cargas actuantes está definido y las


44

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierla Civil CAPITULO 2: PARAMETROS PARA EL DISEÑO

propiedades mecánicas de los materiales usados son valores conocidos y

fácilmente se puede corroborar a través de ensayos.

2.4.2 EMPOTRAMIENTO DEL MURO

La profundidad mínima de empotramiento para los muros debe estar basada en

la capacidad de carga del suelo, asentamiento y estabilidad. El muro siempre

debe quedar empotrado como mínimo 0.50m. En el caso que la estructura

descanse sobre roca no será necesario considerar el empotramiento. El

empotramiento depende del talud en la base del muro y los valores

recomendado por la FHWA - DEMO 82 son:

Horizontal = H/20

3H: 1V = H/10

2H:1V = H/7

El empotramiento es recomendado para evitar la falla local por punzonamiento

en las cercanías del paramento y para evitar el fenómeno de licuación de suelo

cuando el muro es usado como muros de contención de agua.

Como mínimo debe existir una sección horizontal en la base del muro de 1.2m

antes del talud.

2.4.3 LONGITUD DEL REFUERZO

La mínima longitud de refuerzo recomendado por la FHWA - DEMO 82 es de 0.7

la altura. Este parámetro es obtenido en función de la experiencia que se ha

tenido en distintos proyectos. De igual forma está dimensión se deberá chequear

en el momento de analizar la estabilidad externa.


45


FHWA Demo 82

1� L=0· .. 7H

.¡

Figura 25: Longitud mínima del refuerzo

2.4.4 CARGAS

Las cargas consideradas son la sobrecarga del suelo, sobre cargas vehiculares,

cargas sísmicas, peso propio del suelo de relleno. Todas estar cargas se debe

considerar en el diseño del muro de suelo reforzado.

2.4.5 ASENTAMIENTOS TOLERABLES

Se deberán controlar los asentamientos o distorsiones angulares de la estructura

teniendo en cuenta el tipo de paramento y el asentamiento que puede soportar la

estructura soportada sobre el muro de suelo reforzado. En la siguiente figura se

puede apreciar las distorsiones tolerables en función del tipo de estructura.


46

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA Facultad de ingenierla Civil CAPITULO 2: PARAMETROS PARA EL DISEÑO

l

roo l

200 l

300 1

.500

D l1t0ni6n angular 1,/f

..L -1.. 700

1 800

J... 900

_1_ 1000

limite p•a el que son de te.,., dificultades m m11111in1rí¡ sensil,le a los asentamient0$

Limite dt i,tljgrosiclad para póOicos arriostBdw

limire de Rguridad �ra tdilicio$ en los qu1 no son admisibln 11ñetas.

Limite par. el qur to1nienza el .,eumienm de 11,1Mles de tabique.

Limite para el que son de esperar dilicultadu en grúas-puente.

Límite pat1 el (lllt se t,ace viss1>le � inclinación de edilicios altos y 1ígidos.

Agrie1amiento corisidtnble de tabiques y muro, dt lad,illo.

limite de seguñdad pan muren d1 lidrillo fluihh:1 lt/1 <114

Límítt corres;iondit11te • cbiios estn,cturale$ en tililicios..

Figura 26: Distorsiones angular en función del tipo de estructura (Según Bjerrum, 1963a)

2.4.6 PARÁMETROS DE SUELOS

Los parámetros de suelo que se deben tener presente para el diseño del muro

de suelo reforzado son los siguientes:

• Suelo de relleno estructural, se deberá obtener la granulometría, límites de

Attemberg, ángulo de fricción interna, la cohesión, el peso unitario, el óptimo

contenido de humedad, la máxima densidad seca, ángulo de fricción y

cohesión entre el suelo de relleno y el geotextil de refuerzo.

• Suelo de fundación, se deberá obtener la granulometría, límites de

Attemberg, ángulo de fricción interna, la cohesión, el peso unitario y la

capacidad de carga admisible.

• Suelo de retenido, se deberá obtener la granulometría, límites de

Attemberg, ángulo de fricción interna, la cohesión y el peso unitario.


47

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierla Civil

2.4. 7 TIEMPO DE VIDA

CAPITULO 2: PARAMETROS PARA EL DISEÑO

Los muros de suelo reforzado deben estar diseñados para una vida de serv1c10

basado en la deterioro a largo plazo de los materiales componentes del muro.

Para la mayoría de aplicaciones permanentes el tiempo de vida útil mínimo debe

ser de 75 años. Para muros de contención temporales el la vida de diseño útil

puede ser de 36 meses.

Un nivel de vida útil mayor a los 75 años (100 años) debería ser más apropiado

cuando los muros de contención sirvan para sostener los estribos de un puente,

edificios u otro tipo de estructuras de servicio que de llegar a fallar tendrían

consecuencias muy severas.

De igual forma los muros de suelo reforzado deben ser diseñados para que

funcionen dentro de toda su vida útil con una apariencia estética y no mostrando

deformaciones que atentarían contra la misma.

2.4.8 CONSIDERACIONES DEL PARAMENTO

La importancia de la estética del la estructura en el lugar de funcionamiento toma

un lugar importante en análisis del tipo de paramento.

Para aplicaciones permanentes ubicadas en zonas urbanas se deberá

considerar un paramento con elementos prefabricados o un acabado tipo

tarrajeo. Esto se hace con el fin de controlar el impacto ambiental en la zona y

para prevenir los daños a la estructura por vandalismo.

Para zonas rurales los más conveniente es el uso de paramentos con cobertura

vegetal para lograr el menor impacto ambiental y de igual forma proteger a la

estructura del vandalismo.

En ambos casos, el paramento con elementos prefabricados o tarrajeo o el

paramento con cobertura vegetal, se debe tener presente los asentamientos y

deformaciones que pueden tolerar para ser previstos en la etapa del diseño del

muro.


48

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierfa Civil CAPITULO 3: METODOLOGIA DE DISEÑO

CAPÍTUL03

METODOLOGÍA DE DISEÑO

Al incluir un material con resistencia a la tensión dentro de una masa de suelo

que debe soportar una serie de empujes, se logra aumentar la resistencia

general del conjunto, básicamente por el esfuerzo cortante desarrollado entre el

geosintético y las capas de suelo adyacentes.

Existen un sin número de planteamientos para resolver el diseño de un muro en

suelo mecánicamente estabilizado, dentro de los cuales se pueden nombrar el

del Servicio Forestal de los Estados Unidos (Revisado en 1983), Broms (1978),

Collin (1986), Bonaparte et al. (1987), Leshinsky y Perry (1987), Schmertmann et

al. (1987), Whitcomb y Bell (1979), The U.S. Army Corps of Engineers (1995),

National Concrete Masonry Association (1997) o la Federal Highway

Administration - Publication No FHWA-NHl-00-043 (2001).

La diferencia entre estos métodos radica principalmente en la manera de enfocar

las distribuciones de esfuerzos, la superficie de falla y los valores para los

diversos factores de seguridad involucrados. Su similitud se basa en que

asumen que en la estructura no se presentan presiones hidrostáticas y que en la

superficie de falla activa es una superficie plana definida por la metodología de

Rankine. Sin embargo se ha demostrado que la inclusión de un refuerzo altera el

estado de esfuerzos y tensiones en una masa de suelo, haciendo que la

superficie de falla sea diferente a la de una masa de suelo no reforzada.

3.1 REVISION DE LAS METODOLOGÍAS EXISTENTES

3.1.1 DETERMINACIÓN DEL EMPUJE - TEORÍAS DE DISEÑO

El empuje de tierra es la resultante de las presiones laterales ejercidas por el

suelo sobre una estructura de sostenimiento o de fundación. Estas presiones

pueden ser debidas al peso propio del suelo o a sobrecargas aplicadas sobre él

(Maccaferri Gabioes do Brasil LTDA, GAWAC BR-2.0, 1997).


49

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierla Civil CAPITULO 3: METODOLOGIA DE DISEÑO

El valor del empuje sobre una estructura depende fundamentalmente de la

deformación que esta sufre bajo la acción del mismo empuje. Así mismo,

efectuado un experimento utilizando un paramento vertical móvil, como el

mostrado en la (Figura 27), soportando un desnivel de suelo, se verifica que la

presión ejercida por el suelo sobre el paramento varía con el deslizamiento del

mismo.

E

1 1

1 1 Ep

1 1

1 1

1 1

l 1

1 1

Óa o A

t\p

Figura 27: Empuje sobre un paramento vertical móvil. Fuente: De Almeida Barros, P.L. (2005)

Cuando el paramento se aparta del suelo sostenido, hay una disminución del

empuje hasta un valor mínimo que corresponde al total desarrollo de la

resistencia interna del suelo. Esta condición se obtiene con un pequeño

desplazamiento del paramento y es llamado estado activo. El empuje actuante

en este instante, entonces, es llamado empuje activo (Ea). Si al contrario el

paramento es movido contra el suelo sostenido, habrá un aumento del empuje

hasta un valor máximo donde habrá nuevamente movilización total de la

resistencia del suelo. A este valor máximo se le llama empuje pasivo (En) y la

condición de deformación en que ocurre es llamado estado pasivo. A diferencia

del estado activo, el estado pasivo solo es desarrollado después de un

desplazamiento mucho mayor del paramento. En el caso que el paramento se

mantenga inmóvil en su posición inicial, el empuje, conocido como empuje en

reposo (EO), se mantendrá entre los valores del empuje activo y del empuje


50

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER{A Facultad de ingenierla Civil CAPITULO 3: METODOLOGIA DE DISEÑO

pasivo. Esta condición no representa un completo desarrollo de la resistencia del

suelo. (De Almeida Barros, P. L. 2005).

Los muros de sostenimiento de gravedad, en general, y en particular los

flexibles, permiten una deformación del suelo sostenido suficiente para que su

resistencia sea totalmente desarrollada. Por lo tanto, deben ser dimensionados

sobre la acción del empuje activo. (De Almeida Barros, P. L. 2005).

El problema de la determinación de la magnitud y distribución de la presión

lateral del suelo es estáticamente indeterminado y son necesarias hipótesis

sobre la relación entre las tensiones y las deformaciones del suelo para que se

pueda llegar a una solución. (De Almeida Barros, P. L. 2005).

Los métodos de solución pueden ser divididos en cuatro categorías según

Maccaferri Brasil (Maccaferri Gabioes do Brasil LTDA, GAWAC BR-2.0, 1997):

a) La primera categoría, la conforman todos los métodos que examinan el

equilibrio del macizo de tierra (Coulomb, Rankine). Las condiciones de equilibrio

y las condiciones de contorno forman un sistema de ecuaciones para despejar

las incógnitas.

b) En la segunda categoría, se encuentra otro método muy conocido, el Método

del Equilibrio Límite (Bishop, Jambú, Sarma, etc.), donde se seleccionan

superficies de corrimiento arbitrarias y se determinan las fuerzas que actúan en

las fronteras de la masa de suelo. La superficie definitiva es aquella que provoca

un valor extremo para el empuje.

c) La tercera categoría, teoría de la plasticidad, puede ser utilizada para

determinar las tensiones en el macizo sobre la hipótesis de que la condición de

plastificación es satisfecha en todo el macizo o a lo largo de superficies

específicas. Estas superficies son las superficies de corrimiento o de rotura.

Estos métodos son denominados "Métodos mixtos Equilibrio Limite - plástico"

(Ejem. "working stress design", etc.).


51

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA Facultad de ingenierfa Civil CAPITULO 3: METODOLOGfA DE DISEÑO

d) En la cuarta categoría, en caso se asuma una relación única entre tensión y

deformación el valor de la tensión puede ser determinado para cada punto en el

interior del macizo, así como el desplazamiento de la estructura de

sostenimiento. Las condiciones de equilibrio con las condiciones de

compatibilidad forman un sistema de ecuaciones diferenciales que debe ser

resuelto con el recurso de métodos numéricos como el método de los elementos

finitos. Estos métodos, a pesar de poderosos, exigen un conocimiento mas

completo del comportamiento del suelo para el establecimiento de las relaciones

tensión-deformación. Este conocimiento no siempre esta al alcance del

proyectista y, además, las herramientas numéricas necesarias son muchas

veces inaccesibles por su complejidad. (P. ejem. Método de los elementos

finitos).

3.1.2 METODOLOGÍAS DE DISEÑO

Como ya se menciono al inicio de este capítulo existen una gran variedad de

metodologías para el diseño de muros de suelo reforzado. De todas ellas hay

dos metodologías usadas por los estándares de la industria:

• "Design Manual for Segmenta! Retaining Walls", NCMA

• "Standard Specification for Highway Bridges", AAHSTO (complementado por

la Federal Highway Administration - Publication No FHWA-NHl-00-043

(2001 ))

3.2 DISEÑO DE MUROS DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTILES

La estabilidad de un muro de retención que se construya con suelo reforzado

debe comprender principalmente dos clases de análisis. En primer lugar tomar el

elemento como un conjunto que no será diferente de un muro convencional del

tipo de gravedad. En segundo lugar se harán análisis de estabilidad interna

básicamente para definir la longitud de las tiras de refuerzo y separación

horizontal y vertical, esto para que no se produzca deslizamiento del material

térreo respecto a las geomallas. Además de lo anterior es importante colocar

algún elemento frontal (paramento) que impida la salida de la tierra entre las


52


capas de refuerzo. El drenaje se deberá planear con las mismas ideas que en

los muros convencionales.

Se han hecho tres tipos de estudios con relación a los muros de suelo reforzado:

• Estudios con vistas a elaborar métodos de diseño. Por lo general se ha

procurado aplicar al caso la metodología disponible, con aplicación de las

teorías tradicionales del empuje de tierras.

• Estudios de modelos bidimensionales en el laboratorio, en los que la tierra se

ha representado por medio de barritas metálicas de longitud relativamente

grande en comparación con su diámetro. Las tiras de armado (geomallas) se

han hecho con el mismo material usado en los prototipos. Se trata

principalmente de modelos cualitativos y en ellos se estudiaron, sobre todo,

los tipos de falla susceptibles de presentarse.

• Mediciones en prototipos construidos para resolver específicos de vías

terrestres.

De los análisis y estudios anteriores se concluye que existe riesgo de que se

presente una falla de cualquiera de los tres tipos siguientes:

• Falla por deslizamiento de la tierra en relación a las tiras de armado,

acompañada de una desorganización dentro del cuerpo del muro de suelo

reforzado.

• Falla por rotura de las tiras de refuerzo, que parece estar asociada a

mecanismos de falla progresiva.

• Falla en la cual el muro de suelo reforzado colapsa como un conjunto, sin

deformación importante dentro de sí mismo. Esta falla puede ocurrir por

deslizamiento o volcadura y es análoga a la de un muro de retención

convencional que falle por las mismas causas.


53


De estos tipos de falla, las dos primeras categorías corresponden a fallas dentro

de la estructura de suelo reforzado, producto de un análisis de estabilidad interna

y la tercera y última categoría corresponde a un análisis externo de carácter

típico. En resumen, tenemos 2 tipos generales de análisis (Federal Highway

Administration Publication No FHWA-NHl-00-043 .2001): estabilidad externa y

estabilidad interna.

3.2.1 ESTABILIDAD EXTERNA

Las evaluaciones de estabilidad externa para las estructuras de suelo reforzado

tratan a las secciones con refuerzo como una masa de suelo homogénea

compuesta y evalúan la estabilidad de acuerdo a los métodos de falla

convencionales para los sistemas de muros de tipo gravitacional.

• Deslizamientos en la base

• Volcamiento

• Capacidad de soporte

• Estabilidad global


54

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierfa Civil CAPITULO 3: METODOLOG{A DE DISEÑO

-

UESLlZA.I\UJ:],TO Ei',; LA BASE \.l ELCO

CAPACIDAD DE SOPORTE EST.-\BJLI0.\0 GLOBAL PROFUi',;l}A

Figura 28: mecanismos de Falla por Análisis de Estabilidad Externa Fuente: Project Demostration 82 - Publication No FHWA-NHl-00-043

La secuencia de cálculo de estabilidad externa es la siguiente:

Definición de la geometría del muro y propiedades del suelo

• Altura e inclinación del muro

• Sobrecarga del suelo (sobrecargas por carga viva y por carga muerta).

• Cargas sísmicas

• Propiedades de ingeniería de suelos de fundación (Yt, <!>f, Ct)

• Propiedades de ingeniería del volumen del suelo reforzado (Yr, <l>r, Cr)

• Propiedades de ingeniería del relleno contenido(yc, <l>c, Ce)

• Condiciones de agua

Seleccionar parametros de diseño

• Factores de estabilidad externa e interna

• Factor de seguridad de estabilidad global


55


• Factor de seguridad de estabilidad sísmica

Geometría

CAPITULO 3: METODOLOGIA DE DISEÑO

El proceso de medición de la estructura comienza al añadir el empotramiento

requerido a la altura del muro con el objeto de determinar las alturas de diseño

para cada sección que se va a investigar. Dicha longitud de refuerzo se escoge

preliminarmente mayor que 0.7H o 2.Sm, donde "H" es la altura del diseño de la

estructura.

Presiones de la tierra para estabilidad externa

Los cálculos de la estabilidad para muros con una fachada vertical se hacen

suponiendo que la masa del muro de suelo reforzado actúa como un cuerpo

rígido con presiones de tierra desarrolladas en un plano de presión vertical que

aparece desde el extremo posterior de los refuerzos. El coeficiente activo de la

presión de tierras se calcula para muros verticales (definidos como muros con

una inclinación de fachada menor a 8 grados) y un talud posterior horizontal con

la ecuación de Rankine:

Ka= tan 2 ( 45- :)

Para un muro vertical con un talud en la parte superior:

Ka= cos/3 [cosf3--)cos2 j3 - cos2 <jJ] cos/3 + Fs2

/3- cos2 </J

Donde ¡3 = es ángulo de talud sobre el muro

(3)

(4)

Para una fachada frontal inclinada mayor que 8 grados, el coeficiente de la

presión de la tierra se puede calcular desde el caso Coulomb general como:


56

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingeniería Civil CAPITULO 3: METODOLOGIA DE DISEÑO

sen2

(0 + tf>) Ka=------------------ ---

2

[

sen(tf> + 8) * sen(tf> - /3) ] 2

sen 0 * sen( 0 - ó) * 1 +sen(tf> - ó) * sen(tf> + /3)

.

(5)

H ! . • -----u • k Y'H a a

.Ji 3

.

•·

•

a + ,o -e

Figura 29: Cálculo de la presión activa de suelos para paramento inclinado y talud superior según Coulomb.

Fuente: Project Demostration 82 - Publication No FHWA-NHl-00-043

Donde e es la inclinación de la fachada desde una horizontal, J3 es el ángulo del

talud sobre el muro y 8 es el ángulo de fricción del muro, el mismo que toma los

siguientes valores, según la NCMA, de acuerdo al tipo de análisis ( externo o

interno) que se realice:

¿; externo = el menor entre el t/> reforzado y el t/> retenido (6)

2 ¿j externo = ) t/J reforzado (7)

ó = Oº cuando el muro no presenta talud en su parte superior

Luego, las cargas a considerar en cada tipo de análisis serán asumidas

conforme muestra la Figura 30:


57

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingeniería Civil CAPITULO 3: METODOLOG{A DE DISEÑO

H

i\.lasa de Sm•lo

R(•forzado

l f

j

Asumida ¡wra análisis de Capacidad de

soporte del suelo i· estabilidad _!!loba!

Aswrúda para análisis de Vuelco.

des!i:: amiento y resistencia al

arrancamiento de los re/úer::os

Relleno

Retenido

=½'1iH 2 K-------"- ºt'

Figura 30: Cargas externas en muro sin talud superior y ubicación de sobrecarga de tráfico según análisis a realizar. Fuente: FHWA - Publication No FHWA-NHl-00-043.

El coeficiente pasivo de presión de tierras (Kp), despreciado de manera

conservadora en los análisis de estabilidad de los muros de suelo reforzado, se

calcula de la siguiente manera:

Kp = tan 2 ( 45 + �) (8)

Estabilidad al deslizamiento

Se verifica el tamaño preliminar con respecto al deslizamiento en la capa base,

que es la profundidad más crítica, de la siguiente manera:

FS = L Fuerza Resistente ¿ 1 _5deslizamiento L FuerzaActuante

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEfJO ESTRUCTURAL TELLO IRRJBARREN. MIGUEL ANGEL

(9)

58

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingeniería Civil CAPITULO 3: METODOLOG!A DE DISEÑO

Fuerza resistente: El inferior de los siguientes valores (resistencia al corte a

lo largo de la base del muro o una capa débil cerca de la base del muro)

Fuerza Actuante: es el componente horizontal de empuje en el plano vertical

en la parte posterior del muro.

Los pasos para el cálculo de un muro con o sin sobrecarga de talud son:

Calcular el empuje:

Donde:

1 2 Fr =-Ka* y*h 2

h = H +Ltan/J

Calculo de la fuerza horizontal producto de sobrecargas:

FQ

= Ka * S / C * h

Calcular la fuerza actuante:

P F = Fr * cos /3 + F0

* cos /3actuante = H _

(1 O)

(11)

(12)

(13)

Para calcular la fuerza de resistencia por unidad de longitud se emplea:

P,.esistenle = (ReaccionVertical + FTsen/J) * µ

Fuerza Resistente = cv; + v2

+ FT sen/J) * tan r/J

(14)

(15)

Donde µ = mínimo (tan4>1, tan<t>r o (para refuerzos continuos) tano) El efecto de

cargas externas en la masa del muro, el cual aumenta la resistencia de

deslizamiento, puede ser incluido únicamente si las cargas son permanentes.

Por ejemplo, se deben excluir las sobrecargas por carga viva de tráfico.

Calcular el factor de seguridad con respecto al deslizamiento y verificar si es

mayor que el valor requerido de 1.5.


59

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierta Civil CAPITULO 3: METODOLOGIA DE DISEÑO

Estabilidad al Vuelco

Se verifica que el factor de seguridad con respecto al vuelco sea mayor a 2.0

realizando una sumatoria de momentos con respecto a la arista delantera de la

base con las cargas actuantes y resistentes, de la siguiente manera:

FSvuetco = ¿Fuerza Resistente

� 2_0L FuerzaActuante

(16)

Cálculos de la Presión Vertical

H

, l(h-H)y,. ,-----lll1111 v2

= ' ,

,1asa de Suelo Reforzado

,/, y k rr J t" r

l V,-y, HL

L-2e

Suelo Retenido ,/, y k '/J J , J ,zj

l '

F,. = 17l1,-1-;_ªl

--¡;_ Figura 31: Cálculo de la presión vertical a nivel de fundación

Fuente: FHWA- Publication No FHWA-NHl-00-043.

Se debe tener en cuenta que el peso de cualquier fachada del muro es

normalmente despreciado en los cálculos por no ser significativo en los análisis

de capacidad de soporte. Los pasos de cálculo para la determinación de una

tensión de soporte vertical son:


60


Calcular la excentricidad "e", de la fuerza resultante en la base, sumando los

momentos de la masa de la sección de suelo reforzado alrededor de la línea

del centro de masa.

L Momentos Resistencia -MomentosEmpuje e=----- ---------- - - - ----

2 ReaccionVertical (17)

Para muros con talud en su parte superior la excentricidad se calcula con la

siguiente fórmula:

Fr ( cos /J)h I 3 - Fr (sen/J)L I 2 - V2

(L / 6) e=------------------

v; + v2

+ FT

sen/3

"e" debe ser menor que U6 en suelo o que U4 en roca.

Calcule la presión vertical uniforme equivalente en la base:

Reaccion Vertical (J'

V

= --------

L - 2e

V1 + V2

+ Frsen/3a =- -- --- --v

L-2e

(18)

(19)

(20)

Este alcance, propuesto originalmente por Meyerhof, supone que la carga

excéntrica resulta en una redistribución uniforme de la presión en un área

reducida en la base del muro. Esta área se define por un ancho igual al

ancho del muro menos la excentricidad por dos.

Agregar la influencia de sobrecarga y cargas concentradas a

corresponda.

Falla en la Capacidad de Soporte

ª" donde

Para prevenir fallas en la capacidad de soporte, se requiere que la tensión

vertical en la base calculada con la distribución Meyerhof no exceda la capacidad

de soporte permitida en el suelo de fundación determinado, considerando un

factor de seguridad de 2.5 (Publication No FHWA-NHI- 00-043).

a ::;; q = q111r v

a FS


(21)

(22)

(23)

61


Donde:

"c" es la cohesión,

"y" el peso unitario del suelo de fundación,

"Dt es la profundidad de cimentación (Se asume de manera

conservadora que la estructura está a nivel de suelo de fundación)

"N " "N " y "N " son los coeficientes de capacidad de soporte e , q 'Y •

Estabilidad Global

La estabilidad global se determina utilizando un análisis rotacional o de cuña,

según sea lo indicado, el cual puede desarrollarse utilizando un método clásico

de análisis de estabilidad de taludes. El muro de suelo reforzado es considerado

como un cuerpo rígido y solamente se consideran superficies de fallas

completamente fuera de la masa reforzada. Para estructuras simples con una

geometría rectangular, con espacios reforzados en forma relativamente

uniforme, y una fachada casi vertical, las fallas compuestas que pasan a través

de zonas tanto sin refuerzo como reforzadas no serán generalmente críticas. Sin

embargo, si existen condiciones complejas tales como muros escalonados,

sobrecargas altas e inusuales, sí se deben considerar fallas compuestas.

Carga Sísmica

Durante un sismo, el relleno retenido ejerce un empuje horizontal dinámico sobre

el muro denominado PAE adicional al empuje estático. Aún así, la masa de suelo

reforzado está sujeta a una fuerza de inercia horizontal PiR -

La fuerza P AE se puede evaluar por medio de un análisis de "Mononobe -

Okabe" seudo-estático y se puede agregar a las fuerzas estáticas que actúan en

el muro. Luego se evalúa la estabilidad dinámica con respecto a la estabilidad

externa. Los Factores de seguridad dinámica mínimos permitidos se suponen

como el 75% de los factores de seguridad estáticos.

La evaluación de la estabilidad sísmica externa se realiza de la siguiente

manera:

Se selecciona una máxima aceleración horizontal del terreno basado en los

sismos de diseño.


62

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA Facultad de ingeniería Civil CAPITULO 3: METODOLOGIA DE DISEÑO

Calcular la aceleración máxima Am desarrollada en el muro:

Am = (1.45-A)A (24)

A = coeficiente máximo de aceleración del terreno.

Am = coeficiente de aceleración máxima del muro en el centro de

gravedad de la masa de suelo reforzado.

Calcular la fuerza de inercia horizontal PIR y el empuje sísmico PAE, con las

formulas siguientes de ser el talud posterior del muro horizontal (Ver Figura

32a).

P1R = 0.5Am*yH2 (Terreno a contener horizontal)

y. Peso Específico de suelo retenido

PAE = 0.375*Am*yH2 (Terreno a contener horizontal)

y. Peso Específico de suelo retenido

Para estructuras con talud en la parte superior (Ver Figura 31 b) la fuerza

dinámica PAE y la fuerza de inercia PIR se basan en una altura "H2"

determinada de la siguiente manera:

H = H + tan/J *0.5H

2 (1 - O. 5 tan /3) (25)

PAE puede ser ajustado para muros con taludes en su parte superior

utilizando el método "Mononobe - Okabe", con la aceleración horizontal kh

igual a Am y kv igual a cero empleando la altura "H2" calculada

anteriormente:

2

PAE = 0.5* y* H2 * /)._KAE

PIR para taludes sobre el muro se calcula de la siguiente manera:

P¡r

=0.5Am*y*H2

*H


(26)

(27)

(28)

63


P¡s

=0.125Am*r* H/ *tan/3

H

--�

�-

9 .. 5H

j B

'- ,.,,

\1 a-.:.1 par·a fuc.:1·.t.a. ,·esi:skufe

\lasa pan:1. fuc.:1·.t.a

de.: i:ne,·ci.u

4' • • J

\h1sa pan11 h.1c.:1·,:a n·csi:�c:alk

Relleno

Rdc:1li.dt1

"(r l�r

(29)

Figura 32: Estabilidad externa sísmica en un muro de suelo reforzado Fuente: FHWA - Publication No FHWA-NHl-00-043.

Donde P,R es la fuerza de inercia causada por la aceleración del relleno

reforzado y Pis es la fuerza de inercia causada por la aceleración de la

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEIVO ESTRUCTURAL TELLO IRRJBARREN, MIGUEL ANGEL

64

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingeniería Civil CAPITULO 3: METODOLOG!A DE DISEÑO

sobrecarga del suelo del talud sobre el relleno reforzado, con el ancho de la masa contribuyendo a que P,R sea igual a 0.5H2 . El coeficiente sísmico total de presión de la tierra KAE basado en la expresión general de Mononobe -

Okabe viene dado por la ecuación mostrada a continuación:

cos\<P-<; -90 + 0) K'IE = �--- - - ------- -- "

r cos <; cos 2 (90 - 0) cos(J + 90 -0 + s=)[l +sen( <P + /)sen( <¡J- <; - /)

]-cos(J + 90 - 0 + s=) cos(/ -90 + 0)

Ecuación (30)

t).K.AE = KAE -Ka

Donde: 1 = ángulo del talud del relleno = í1

s = arctan (kh/1-kv)

q> = ángulo de fricción del suelo

e = ángulo del talud de la fachada

Para completar el diseño:

(31)

Se agrega a las fuerzas estáticas que actúan en la estructura (Ver figura 16), el 50% del empuje sísmico P AE y el 100% de la fuerza de inercia P,R- Se utiliza el P AE reducido porque es poco probable que estas dos fuerzas lleguen a su máximo en forma simultánea.

Se evalúa la estabilidad de vuelco, deslizamiento, excentricidad y capacidad

de soporte como se detalló en las secciones anteriores.

Se verifica que los factores de seguridad calculados sean iguales o mayores al 75% de los factores de seguridad estáticos mínimos y que la excentricidad este dentro de U3 tanto para suelo como para roca.

La FHWA sostiene que el uso del valor total de Am reemplazando a Kh en el método de "Mononobe-Okabe" asume que no se presentará ningún


65

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENJERIA Facultad de ingenierfa Civil CAPITULO 3: METODOLOG!A DE DfSEÑO

desplazamiento lateral en el muro. Tal suposición puede resultar en un diseño

excesivamente conservador, por tal motivo, para proveer una estructura más

económica, el muro se puede diseñar para tolerar pequeños desplazamientos en

lugar de una estructura excesivamente reforzada que no permita desplazamiento

alguno.

1996 AASHTO Specifications for Highway Bridges, en su artículo 5.2.2.4, en

combinación con la División 1A, Artículos 6.4.3 y 7.4.3 permite reducir la presión

lateral de suelo en el método "Mononobe-Okabe" a una "presión sísmica

reducida" detrás del muro a causa de un desplazamiento lateral del muro de

contención. Esta presión sísmica reducida se calcula a través del uso de un

coeficiente reducido de aceleración para Kh . Este Kh reducido puede ser

empleado para muros de gravedad y semigravedad si se cumplen las siguientes

condiciones:

El muro de contención y cualquier estructura soportada por éste pueden

aceptar pequeños movimientos laterales resultantes del deslizamiento de la

estructura.

El muro no debe tener restricciones al deslizamiento, mas alla de la que le

confiere la fricción del suelo a lo largo de su base y la resistencia pasiva

mínima del suelo.

Si el muro va a ser empleado como estribo de puente, la parte superior del

muro debe estar libre de restricciones al deslizamiento. Por ejemplo: la

superestructura descanza sobre soportes moviles.

1996 AASHTO Specifications for Highway Bridges, en su artículo 5.2.2.4, en

combinación con la División 1A, Artículos 6.4.3 y 7.4.3 provee una aproximación

de esta reducción para considerar el desplazamiento lateral del muro. El Kh

usado para el análisis de "Mononobe-Okabe" puede ser reducido a 0.5A,

aceptando desplazamientos laterales de 250Amm como máximo.

Kavazanjian et al. desarrolló una relación para calcular el coeficiente máximo de

aceleración del muro en el centroide de la masa reforzada Kh, calculado como:


66


(A )o.2s K" = 1.66A

m ;1


(32)

Donde "d' es el desplazamiento lateral del muro en mm. Debe tenerse presente

que esta ecuación no debe ser usada con desplazamientos menores a 25mm ni

mayores a 200mm.

Según esto, AASHTO y posteriormente la FHWA recomiendan que la reducción

solo sea aplicada a los cálculos de Estabilidad Externa, para estar consistentes

con el concepto de que el muro de suelo reforzado se comporta como un bloque

rígido. Internamente, la respuesta a la deformación lateral de los muros de suelo

reforzado es mucho mas compleja y actualmente no es clara en cuánto el

coeficiente de aceleración podría disminuir debido a la concesión de alguna

deformación lateral durante la carga sísmica.

3.2.2 ESTABILIDAD INTERNA

El proceso de diseñar para la estabilidad interna, consiste en determinar las

máximas fuerzas de tensión desarrolladas, su ubicación a lo largo de una

superficie de deslizamiento crítico y la resistencia proporcionada por los

refuerzos tanto en capacidad de extracción ("pullout") como en resistencia a la

tensión. De acuerdo a esto, la Federal Highway Administration (FHWA) sostiene

que la falla interna de un muro MSE puede ocurrir de dos formas diferentes:

Las fuerzas de tensión (y en el caso de refuerzos rígidos, las fuerzas de

corte) en las mallas llegan a ser tan grandes que éstas se expanden

excesivamente o se rompen, ocasionando desplazamientos considerables

y/o el posible colapso de la estructura. Este modo de falla es llamado "Falla

por elongación o rotura de los refuerzos" y es empleado para calcular el

espaciamiento vertical entre refuerzos.

Las fuerzas de tensión en los refuerzos llegan a ser tan grandes que vencen

la resistencia por "Pullout", es decir, la fuerza de tensión es tal que "jala" al

refuerzo fuera de la masa de suelo. Esto, a su vez, aumenta los esfuerzos al

corte en el suelo circundante, ocasionando grandes desplazamientos y el

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEÑO ESTRUCTURAL TELLO fRRfBARREN, MIGUEL ANGEL

67

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingeniería Civil CAPITULO 3: METODOLOGIA DE DISEÑO

posible colapso de la estructura. Este modo de falla es llamado por "Falla por

Pullout" y es empleado para calcular la longitud mínima de los refuerzos.

-$

�

1 ,,. -- -

,J / i 1 - - . : r r 1

-

.lí - - -

,.-,,, ,- -- t:;,:;;..

FALLA POR ARRAJ\'CAJ\UEi"l,··ro.

EX.TRACCI01' O P LLLOLT

FALLA POR RCfl"LRA DE

REFLERZC)S

Figura 34: Mecanismos de falla para el análisis de la estabilidad interna

Para lograr determinar el largo, espaciamiento vertical y resistencia mínima de

los refuerzos se asume, a favor de la seguridad, que una línea recta separa el

macizo reforzado en dos zonas claramente definidas: la zona "activa" y la zona

"resistente" (Ver Figura 35), la cual se inicia en el extremo inferior interno del

paramento, con una inclinación de 45+ <j>/2, realizando el análisis precisamente

en los puntos en los que dicha línea corta los refuerzos.

Zona de 11uáxi11110 esflllerzo o

superficie de falla potencial

l[

e

Zona

Resistente

-----------· l ..-- Relleno Reforzado

L

V/' = 45 + ef; . ,..., .

Figura 35: Localización de la superficie de falla potencial para el análisis de estabilidad interna. Fuente: FHWA - Publication No FHWA-NHl-00-043.


68


La secuencia de cálculo de estabilidad interna es la siguiente:

Definición de la Capacidad Admisible del Refuerzo

Se calcula en base a la siguiente ecuación:

Ta= TuuRFCR * RFD * RF¡D * FS

Donde:

(33)

Ta= T Diseño, tensión de diseño a largo plazo para el estado límite expresado

en fuerza de tensión por unidad de ancho de refuerzo.

T ULT, fuerza de tensión última del refuerzo geosintético, obtenida del ensayo

de muestra ancha (ASTM D4595). Basado en el valor mínimo promedio de

rollo (MARV) del producto.

RFcR, factor de reducción por creep en función del esfuerzo límite por creep

obtenido en pruebas de laboratorio para cada producto (ASTM D5262).

RFo, factor de reducción por durabilidad que está bajo la dependencia de la

susceptibilidad del geosintético al ataque de microorganismos, productos

químicos, oxidación térmica, hidrólisis, etc.

RF,o, factor de reducción por daños de instalación, basado en ASTM D 4595,

Cálculo de las Fuerzas de Tensión Máxima en las Capas de Refuerzo.

El coeficiente lateral "Ka" se determina utilizando la relación de Coulomb de

presión de tierras, suponiendo que no existe fricción en el muro y que el ángulo

"13" es igual a cero. Por lo tanto, para un muro vertical la presión de la tierra se

reduce a:

Ka= tan 2 ( 45- �) (34)

Para inclinaciones en la fachada, se emplea la forma simple de la ecuación de

Coulomb, suponiendo que en la ecuación 5 no existe fricción en el muro y que el

ángulo "8" es igual a cero:

Ka= sen2 (0+</>)sen3e[1 + sen</>] 2

sene


(35)

69

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA Facultad de ingeniería Civil CAPITULO 3: METODOLOGIA DE DISEÑO

Donde "0" es la inclinación de la parte posterior de la fachada medida desde la

horizontal partiendo de la parte frontal del muro.

Los pasos para el cálculo, son los siguientes:

Calcular las alturas "dn" para cada nivel de geotextil (Ver figura 36) y

posteriormente las alturas tributarias "Sv" para cada refuerzo mediante las

siguientes formulas:

Fórmula para la capa de geotextil superior:

1 svl = d¡ +-(d2 -d¡)

2 (36)

Configuración general para la segunda capa y las demás intermedias

1 1 sv2 =-(d2 -d¡)+-(d3 -d2)

2 2

Fórmula para la capa de geotextil inferior

1 1 Svn =

2 (dn-1 -dn-2)+

2 (H -dn-1)

' T dr

d2T

1 drT

.

.

(37)

(38)

.· .

. .. . . .. ·

. . .·

,· .

.· .

:

.

± '\ A '<' �

1 .... � �

>-····' ..... 45¡+

q,72 .................................... 1

14 L

Figura 36: Definición de propiedades "dn" Fuente: FHWA - Publication No FHWA-NH/-00-043.


�

70

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierfa Civil CAPITULO 3: METODOLOG/A DE DISEÑO

Calcular en cada nivel de refuerzo las tensiones horizontales "aH" a lo largo

de la línea posible de falla, considerando para esto la sumatoria de las

fuerzas gravitacionales (tensión vertical) como el peso propio del suelo, el

peso del material inmediatamente encima del relleno reforzado (de presentar

talud superior), la sobrecarga uniforme SIC y hasta las cargas concentradas

60v y 6CJh si las hubieran.

a,, =y*dn

+S/C+�a,,

a =a * Ka+�aH V /¡

(39)

(40)

6<rv, es el incremento de la tensión vertical debido a las cargas verticales.

6<rh, es el incremento de la tensión horizontal debido a sobrecargas

concentradas horizontales, si existen.

dn , es la profundidad a la que se encuentra la capa de refuerzo a ser

analizado.

SIC, es la sobrecarga aplicada directamente sobre el muro.

y, peso unitario del relleno reforzado.

Calcular la tensión máxima T max en cada capa de refuerzo por el ancho

unitario del muro basado en el espaciamiento vertical Sv, de:

T -*S

max -0-H V (41)

Calcular la estabilidad interna con respecto al rompimiento del refuerzo. La

estabilidad con respecto al rompimiento de los refuerzos requiere que:

Ta*Rc T < --

max -

FS (42)

Donde Re es la cobertura parcial del refuerzo, Ta es la capacidad a la

tracción admisible del refuerzo, FS es el factor de seguridad.


71

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierla Civil CAPITULO 3: METODOLOG/A DE DISEÑO

Estabilidad Interna con respecto a la capacidad de Extracción

La estabilidad con respecto a la extracción de los refuerzos requiere que se

satisfaga el siguiente criterio:

2 Pr � --- * y* d n *Le* tan(<;b) * ci *Re* a

FSPO

FSpo = Factor de seguridad contra el extracción (>= 1.5).

P r =T max = Tensión máxima del refuerzo por arrancamiento.

Tan<!>*Ci = Factor de resistencia de extracción

a= Factor de corrección por efecto de escala.

(43)

Nota: Las cargas por tráfico u otra carga viva NO deberán ser incluidas en los

cálculos de arrancamiento.

La longitud del refuerzo "L", requerido por el análisis de estabilidad interna es

determinado de la siguiente manera:

(44)

La es el resultado de resolver la siguiente formula:

(45)

Cálculo de las Cargas Sísmicas

La carga sísmica produce una fuerza de inercia "Pi" que actúa en forma

horizontal, además de las fuerzas estáticas existentes. Esta fuerza conducirá a

aumentos dinámicos en las fuerzas de tensión máxima en los refuerzos. Se

supone que la ubicación y la pendiente de la línea de fuerza de tensión máxima

no cambian durante la carga sísmica. Ver figura 37.

Los pasos para el cálculo del análisis de estabilidad interna con respecto a la

carga sísmica, son los siguientes:


72

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierla Civil CAP{TULO 3: METODOLOGIA DE DISE/'Í/0

Calcular la aceleración máxima en el muro y la fuerza "Pi", por el ancho

unitario que actúa sobre la base:

P¡ =Am*Wa (46)

Am = (1.45-A)A (47)

"A" es el coeficiente de aceleración y "Wa" es el peso de la zona activa

calculado, de la siguiente manera, para muros con paramento vertical y

sin sobrecarga de talud:

Wa = 0.5 * H2 * tan( 45 - f/Jref )

* Yref2

Zona Activa

p

e

...... ._.._ -- -- -- -- -- -- __ ¡:

Figura 37: Análisis sísmico de la estabilidad interna Fuente: FHWA - Publication No FHWA-NHl-00-043.

(48)

Calcular el incremento dinámico "T md" inducido directamente por la fuerza de

inercia "Pi" en los refuerzos por medio de la distribución de "Pi" en los

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISE/'Í/0 ESTRUCTURAL TELLO IRRIBARREN. MIGUEL ANGEL

73

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingeniería Civil CAPITULO 3: METODOLOG{A DE DISEÑO

diferentes refuerzos en forma proporcional a su "área de resistencia" (Le)

sobre una base de carga por ancho unitario del muro.

Tmd = P¡ *Lei

(49)

¿(Lei) i=l

La fuerza de tensión máxima es:

J;0101 = T max + Tmd (50)

Donde Tmax se calcula de:

Tmax = 0-H *Sv (51)

Verifique la estabilidad con respecto al rompimiento y extracción del refuerzo con

factores de seguridad sísmicos de 75% del factor de seguridad estático mínimo.

El refuerzo debe ser diseñado para resistir el componente estático y dinámico de

la carga, de la siguiente manera: Para el componente estático tenemos:

FS =T,,,c * Re

RFcR * RFD * RF¡D * 1' max

(52)

Para el componente dinámico, donde la carga es aplicada por un corto tiempo,

no es necesaria la reducción por creep:

(53)

Para la extracción bajo carga sísmica, para todos los refuerzos, se debe

reducir el coeficiente de fricción (tan<j>*Ci) a un 80% del valor estático:


(54)

74

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingeniería Civil

Resistencia de Conexión


El procedimiento recomendado para desarrollar una resistencia de conexión

adecuada, requiere que su resistencia sea la menor de:

La resistencia de diseño permitida para el refuerzo "Ta".

Ta*Rc Tmax :s;----FS

(55)

La resistencia de la extracción y ruptura de la conexión basada en pruebas.

(Ruptura de la conexión)

'T' T;,1c * CRu * Re

1 ac = ---- - --

s RFCR

* RFD

T *CRu* Re T < _ _ 111_c _ __ __ _

max RFCR

* RFD

* FS

(56)

(57)

Donde, el valor de "CRu" es un factor de reducción por rotura de la conexión,

obtenido del ensayo ASTM D-4884 (long term pullout testing).

(Extracción de la conexión)

Tac = Tult * CRs * Re PO

T < T,,11 * CRs * Remax - FS

(58)

(59)

Donde, el valor de "CRS" es un factor de reducción por arrancamiento de la

conexión, obtenido de ensayos descritos en el apéndice A.3 de la Publication

No FHWA-NHl-00-043. Para el análisis sísmico de las conexiones con

geosintéticos, la resistencia a largo plazo de la conexión debe ser mayor que

Tmax + Tmd. Siendo el componente dinámico "Tmd" reducido en un 80% de

su valor estático. Luego tenemos:


75


(Resistencia del refuerzo)

FS ::;; T,,,1 * Re

RFD * RF¡D * (RFCR * Tmax + Tmd)

Espaciamiento del refuerzo


(60)

El uso de una sección de refuerzo constante y el espaciamiento para la altura

total del muro normalmente otorga más refuerzo cerca de la parte superior del

muro que la que se necesita para su estabilidad. Por lo tanto, puede ser posible

un diseño más económico variando la densidad del refuerzo con la profundidad.

Sin embargo, la FHWA para proporcionar una masa de suelo reforzado

coherente, recomienda un espaciamiento vertical del refuerzo primario máximo

de 800mm (32 pulgadas), mientras que la NCMA recomienda que la separación

máxima entre refuerzos debe estar limitada a 2 veces el ancho (profundidad

desde la cara a la espalda) del bloque que conforma el paramento de la

estructura, es decir 600mm aproximadamente para asegurar su correcta

construcción y estabilidad a largo plazo. Además, la fila máxima de refuerzo

debería quedar a la mitad el espaciamiento vertical o 2 veces la altura del bloque

como máximo.


76


3.2.3 EJEMPLO DE DISEÑO


' Como ejemplo de diseño se tiene al muro de suelo reforzado que se ha

construido como parte del trabajo de campo.

La altura de este muro de contención es de 4m, la base que se obtiene del

cálculo es de 3m, el espaciamiento del geotextil tejido Frotes BX 90 es a cada

0.50m, no se ha considerado drenaje, el suelo de fundación es una roca de

buenas características, el material de relleno es material granular con ángulo de

fricción de 32° y un peso unitario de 2.05gr/cm3. En el anexo 2 se adjunto la

memoria de cálculo. En las siguientes fotos se puede apreciar la construcción del

muro de suelo reforzado

Foto 01: Construcción del muro de suelo reforzado


77

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERfA Facultad de ingeniería Cwil CAPITULO 3: METODOLOGIA DE DISEÑO

Foto 02: Detalle del encofrado (formaletas)

Foto 03: Compactación


78


Foto 04: Muro de suelo reforzado con geotextil


79

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierfa Civil CAPITULO 4: NORMAS Y ESPECIFICACIONES T�CNICAS

CAPÍTUL04

NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

La norma que se deben cumplir al respecto del uso de geotextiles en el Perú es

la norma Ministerio de Transportes y Comunicaciones: Especificaciones

Técnicas Generales para Construcción de Carreteras (EG-2000), en su sección

650: Geotextiles (Tablas de especificaciones mínimas para cada aplicación). De

igual forma se debe tener presente lo indicado en el Reglamento Nacional de

Construcciones (Norma E.030, Norma E.050, Norma E.060)

En nuestro país no existe una norma sobre la forma de diseño que se debe

adoptar ni que criterios son mínimos para decir si un proyecto cumple ciertos

requerimientos o no. Ante esta situación se recomienda revisar manuales de

' diseño de los proveedores de geotextiles, códigos y distintas normas

internacionales. Dentro de las cuales se pueden resaltar las siguientes:

"Standard Specification for Highway Bridges", AAHSTO (complementado por

la Federal Highway Administration - Publication No FHWA-NHl-00-043

(2001 ))

British Standard BS8006 (1995): Code of practice for Strengthened reinforced

soils and other fills.

"Design manual of Segmenta! Retaining Wall", NCMA (National Concrete

Masonry Association).

"Geisynthetic Design and Construction Guidelines", Federal Highway

Administration - Publication No FHWA-Hl-95-038 (1998)

"Engineering Use of Geotextiles", U.S. Army Corps of Engineers (1995)

Designación AASHTO M288-00. "NORMA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE

GEOTEXTILES PARA APLICACIONES EN VÍAS.


80

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingeniería Civil CAPITULO 4: NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Los geotextiles tienen una gran variedad de proveedores y continúan en

constante evolución. Las normas aceptadas a nivel internacional para la

' obtención de sus propiedades mecánicas y físicas son las ASTM, ISO y las GRI.

· a) Propiedades Físicas

Masa por unidad de área. Norma: ASTM D 5261-92

Este método de ensayo es utilizado para determinar si un geotextil cumple

con la masa por unidad de área establecida por las especificaciones técnicas

de un proyecto. Este método también puede ser utilizado para establecer la

conformidad de un material dentro de las actividades de control de calidad

durante el proceso industrial de producción.

Espesor Nominal. Norma: ASTM D 5199-91

Para el cálculo de algunos parámetros de geotextiles se requiere calcular el

valor del espesor, como en el caso de los coeficientes de permeabilidad,

esfuerzo a tensión (índice), ya que el espesor no es un indicador del

desempeño en campo y por lo tanto no se recomienda para especificación.

b) Propiedades Mecánicas

Resistencia a la Tensión.

Quizás una de las propiedades simples más importantes de los geotextiles

es su resistencia a la tensión. Invariablemente todas las aplicaciones de los

geotextiles se relacionan con esta propiedad tanto como función principal

(como en las aplicaciones de refuerzo) o como función secundaria (como

separación, filtración, drenaje).

El ensayo básico consiste en colocar el geotextil dentro de un conjunto de

ganchos, para después de colocar este arreglo en una maquina de ensayo

mecánico y tensar al geotextil hasta que ocurra la falla. La falla de la tela es

generalmente fácil de identificar y a menudo incluso es audible. Durante el

proceso de extensión, se acostumbra a medir la carga y la deformación, de

tal forma que se pueda generar la curva esfuerzo versus deformación. (El

esfuerzo es usualmente dado como una carga por unidad de ancho).


81

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingeniería Civil CAPÍTULO 4: NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

De la curva esfuerzo versus deformación (la deformación se calcula como la

deformación, dividida entre la longitud original del espécimen), se obtiene

cuatro valores:

• El esfuerzo de tensión máximo (resistencia del geotextil)

• Deformación en la falla (elongación máxima)

• Tenacidad (es el trabajo hecho por unidad de volumen antes de ia falla,

usualmente tomado como área bajo la curva esfuerzo - deformación).

• Modulo de elasticidad (la pendiente de la porción inicial de la curva

esfuerzo - deformación)

Respecto del tamaño del espécimen de ensayo se han escrito mucho. Los

estándares ASTM D1682, D751, D4632 Y D4595, permiten un número de

variaciones.

Resistencia a la Costura. Norma: ASTM D4884

A menudo deben unirse los extremos o lados de los rollos de geotextiles con

el objeto de transferir esfuerzos de tensión. De lejos el método más común

es por cocido. El tipo de costura debe evaluarse en el laboratorio para

determinar su capacidad de transferencia de carga, del geotextil de un rollo

al de otro.

Resistencia al Punzonamiento. Norma: IV E - 902, ASTM D D4833,

ICONTEC 3299 (C16.168/91)

Esta norma establece el método para determinar el índice de resistencia al

punzonamiento de geotextiles y consiste en colocar un espécimen sin

tensión, entre las placas circulares del dispositivo anular de sujeción de la

máquina de ensayo. Se aplica una fuerza en la parte central, mediante una

barra de acero sólido, conectada al indicador de carga, hasta que se rompa

el espécimen. La máxima fuerza registrada corresponde a la resistencia al

punzonamiento.


82

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingeniería Civil CAPÍTULO 4: NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Resistencia al Rasgado Trapezoidal. Norma: ASTM O 4533, ICONTEC 2003

(C16.113/84)

Este método de ensayo es un índice que permite determinar la fuerza

requerida para continuar o propagar un rasgado en geotextiles tejidos, no

tejidos, tejidos de punto y telas estratificadas, por el método trapezoidal. Esta

norma describe el procedimiento para la determinación de la resistencia al

rasgado trapezoidal de geotextiles.

Este método corresponde a una propiedad índice y no ofrece la información

suficiente para considerarse un criterio de diseño en todas las aplicaciones

de geotextiles.

Resistencia al Estallido. Normas: ASTM O 3786-87, ICONTEC 2 678

(C31.051/87)

Esta norma tiene por objeto determinar la resistencia de los geotextiles

tejidos y no tejidos al estallido, empleando el método de ensayo de diafragma

hidráulico (Mullen Burst). Esta norma determina una propiedad índice y

consiste en prensar un espécimen de geotextil sobre un diafragma

expandible. El diafragma es expandido por presión de fluido hasta el punto

de rotura del espécimen. La diferencia entre la presión total requerida para

romper el espécimen y la presión requerida para inflar el diafragma se

reporta como la resistencia al estallido.

e) Propiedades Hidráulicas

Permeabilidad - Permitividad. Normas: ASTM 04491 o ISO/OIS 11058.

Este método de ensayo proporciona procedimientos para determinar la

conductividad hidráulica (permeabilidad al agua) de los geotextiles en

términos de permitividad bajo condiciones de ensayo estandarizadas, sin

someter el espécimen a carga normal.

Tamaño de la Abertura Aparente. Norma: ASTM 04751 - 95, ICONTEC

Este método de ensayo consiste en colocar un espécimen de geotextil en un

marco de tamiz y sobre él se colocan unas partículas de cristal graduadas. El

conjunto se agita enérgicamente para inducir el paso de las partículas a

través del geotextil (Ver Figura Nº 2.31). El procedimiento se repite para el


83

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingeniería Civil CAPITULO 4: NORMAS Y ESPECIFICACIONES Tf=CNICAS

mismo espécimen con varios tamaños de partículas de cristal hasta

determinar el Tamaño de Abertura Aparente (TAA). Esta propiedad también

se conoce como AOS (Apparent Opening Size).


84


CONCLUSIONES

CONCLUSIONES

1. Los muros de suelo reforzado son una gran opción frente a las soluciones

convencionales de concreto armado.

2. Este sistema es más económico que los sistemas convencionales a partir de

alturas mayores a 6m.

3. El procedimiento de diseño desarrollado es bastante conservador porque no

considera desplazamientos laterales de la estructura.

4. Uno de los factores más importantes en el chequeo de la estabilidad al

deslizamiento es el ángulo de fricción interna. Mientras mayor sea el ángulo

de fricción interna mayor será la capacidad de la masa de suelo a resistir las

fuerzas actuantes horizontales.

5. El diseño desarrollado propone que el material de relleno sea granular y que

cumpla una determinada granulometría. Pero por lo revisado se puede llegar

a la conclusión que materiales de relleno que no estén dentro de estos husos

granulométricos recomendados también podrían ser usados. En estos casos

se deberá evaluar el ángulo de fricción entre el suelo de relleno y el geotextil

a través de un ensayo de corte directo. Igualmente se tendrá que revisar las

deformaciones elásticas que pueda tener el suelo con el paso del tiempo.

6. En el caso de muros de suelo reforzado con geometrías distintas a las

desarrolladas se deberá analizar el problema específicamente.

7. Los geotextiles tejidos de alta tenacidad brindan un mejor desempeño que

los geotextiles de otros polímeros porque presentan mayores resistencias a

la tensión y desarrollan un mayor esfuerzo a la tensión para niveles de

deformación similares con otros polímeros.


85


RECOMENDACIONES

RECOMENDACIONES

1. Se recomienda realizar un ensayo de corte directo según la norma ASTM

D5321 para poder determinar con mayor precisión cual es el coeficiente de

fricción entre el suelo de relleno y el geotextil.

2. Contemplar obras de drenaje es muy importante para el desempeño a largo

tiempo del muro de suelo reforzado ya que en su diseño se asume que no

hay presión de poros.

3. Se deberá de tener mucho cuidado en la elección de los factores de

reducción a usar para los daños por instalación y creep. El uso de un factor

de reducción por creep inadecuado podría resultar un peligro para la

estructura con el paso del tiempo.

4. Se recomienda que el espaciamiento de las capas de geotextil en el muro de

suelo reforzado no exceda de 0.50m porque a partir de esa medida lograr la

compactación adecuada se vuelve más complicado.

5. Se deberá escoger con mucho criterio el tipo de paramento a usar según la

ubicación y uso del muro de suelo reforzado.

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEÑO ESTRUCTURAL MIGUEL ANGEL TELL O IRRIBARREN

86

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingeniería Civil BIBL/OGRAFIA

BIBLIOGRAFÍA

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CIMENTACIONES". Edamsa Impresiones S.A. de C.V.

2. Designación AASHTO M288-00. "NORMA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE

GEOTEXTILES PARA APLICACIONES EN VÍAS".

3. Dr. Koerner Robert. 4th edition. "DESIGNING WITH GEOSYNTHETICS".

4. FHWA-NHl-00-043, March 2001. "MECHANICALL Y STABILIZED EARTH

WALLS ANO REINFORCED SOIL SLOPES DESIGN ANO CONSTRUCTION

GUIDELINES".

5. Lambe William, "Mecánica de suelo·. Editorial LIMUSA, 2001, México

6. MINISTERIO DE TRANSPORTE Y COMUNICACIONES, Especificaciones

Técnicas Generales para Construcción de Carreteras (EG-2000)., PERU;

2000.

7. NCMA, Segmenta! Retained Walls, 2da edición, 1997. Herdon, Virginia

USA.

8. PAVCO S.A., Manual de Diseño, Edición Nº 07, 2006, Bogotá o.e. -

Colombia.

9. Peck, Hanson, Thornburn. "INGENIERÍA DE CIMENTACIONES". Editorial

Limusa S.A.; México; 2002

10. Terram Ud. Design Service, 3rd edition. (1994)."DESIGNING FOR SOIL

REINFORCEMENT TERRAM MANUAL"

11. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA, Curso de Titulación por

Actualización de Conocimientos, Aplicación de Geosintéticos en Obras de

Ingeniería Civil, 2006 - 2007, Lima - Perú.

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEÑO ESTRUCTURAL MIGUEL ANGEL TELLO IRRIBARREN

87

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingenierfa Civil

ANEXOS


ANEXOS

88

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingenierla Civil

ANEXO 1

Resumen de Expediente Técnico - Trabajo de Campo


ANEXOS

89


TRABAJO DE CAMPO - GRUPO 7

MURO DE CONTENCIÓN DE SUELO

REFORZADO CON GEOTEXTILES

1. INTRODUCCION

ANEXOS

La Universidad Nacional de Ingeniería, a través del Curso de titulación:

"Aplicación de geosintéticos en la Ingeniería Civil" encargó a los suscritos

la elaboración de un proyecto consistente en la ejecución de un Muro de

Contención de Suelo Reforzado con Geotextil.

El presente informe es producto del mencionado proyecto, abarcando los

diferentes aspectos del Expediente Técnico del Muro de Contención de

Suelo Reforzado con Geotextil.

Los muros en suelo reforzado son estructuras de contención flexibles,

internamente estabilizadas por la acción de la colocación de refuerzos con

geosintéticos.

Estas estructuras reforzadas permiten conformar áreas planas y soportar

empujes laterales, el principio de funcionamiento es el de las estructuras

de contención por gravedad.

El área de trabajo se ubica a espaldas del campo deportivo de la facultad

de lng. De Minas dentro del campus de la Universidad Nacional de

Ingeniería.

Par lograr los objetivos de la ejecución de obra del modelo experimental

del muro se contó con la colaboración de la Empresa Andex por medio de

la donación del Geotextil de refuerzo.


90


2. OBJETIVO

ANEXOS

El objetivo principal del Expediente Técnico es establecer las

consideraciones necesarias para la ejecución de obra del modelo

experimental del Muro de Contención de Suelo Reforzado con Geotextil,

documento previamente revisado y aprobado por los especialistas y el

asesor del proyecto.

3. UBICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL ÁREA

3.1 Ubicación

La zona de trabajo del modelo experimental se ubica en la parte posterior

de la losa deportiva de la Facultad de Ingeniería Geológica, Minas y

Metalurgia (FIGMM) dentro del campus de la Universidad Nacional de

Ingeniería, en el Distrito de San Martín de Porras que conforma el área

integrada de la Metrópoli de Lima.

3.2 Topografía

La topografía de la zona en estudio constituye una topografía semi plana,

los planos topográficos de la zona fueron proporcionados por la

Universidad, lo cual no implica que debamos llevar a partir de ellos un

control respecto a los niveles de excavaciones y rellenos.

3.3 Estudio de Suelos

Se realizaron tres calicatas de aproximadamente 0.50m. de profundidad a

lo largo del eje del muro, siendo el propósito original llegar a profundidades

de 2.00m., lo cuál no se pudo realizar porque se encontró roca en los

niveles superiores.

De acuerdo con los estudios realizados especificados en el Anexo Nº 1, se

encontró que el suelo de fundación está formado por rocas.

3.4 Clima

Según el sistema de clasificación THORNWAITE, a Lima le corresponde el

clima árido de tipo desértico, cálido y húmedo. La temperatura varía de


91

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de ingenierla Civil ANEXOS

acuerdo con las estaciones, presentando la temperatura media anual de 18

ºC; 10 ºC en invierno y 28 ºC en verano.

La humedad relativa varía entre 80 y 100%, registrándose en la temporada

de invierno neblinas por la mañana.

3.5 Sismicidad

El Perú está ubicado en una de las áreas de actividad sísmica más activas

del mundo, formando parte del cinturón circumpacífico. De acuerdo al

estudio de micro zonificación, el valor del coeficiente sísmico se toma

como un porcentaje de la máxima aceleración sísmica, aproximadamente

entre 1/3 y ½ de la aceleración máxima de la zona, determinada de un

estudio de peligro sísmico o del registro de aceleraciones en tiempo

historia.

4. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

Muro de Suelo Reforzado con Geotextil

La técnica del suelo reforzado con geotextil consiste en la inclusión de

estos materiales obteniendo un material compuesto más resistente y

menos deformable que el suelo solo. La combinación de las propiedades

de los materiales y la interacción entre ellas puede resultar un material con

propiedades de ingeniería suficientes para un buen desempeño en

diversos tipos de obras.

La utilización de geotextiles como refuerzo en los suelos para la

construcción de Muros ofrece ventajas técnicas y económicas, permitiendo

así considerables ahorros en volumen de material y menor área para la

construcción, menor uso de mano de obra calificada, ya que los

procedimientos constructivos son sencillos y menor tiempo de

construcción, por lo tanto si hacemos un análisis individual observamos

que como partida los geotextiles resultan económicamente altos en costos,

pero como partida global y por su desarrollo técnico en la construcción

resultan mucho más económicos que los métodos convencionales.


92


Diagnostico y Planteamiento del Problema

ANEXOS

De acuerdo a la evaluación realizada en campo, se determinó que el

mayor problema es el sobre dimensionamiento del muro, y el tipo de suelo

donde se ejecutará el proyecto.

Solución Propuesta

Ante esta situación se planteó la alternativa de muros de tierra reforzada

con geotextiles, solución técnicamente mas adecuada, debido a poseer

propiedades de flexibilidad a diferencia de un muro rígido, descartándose

además el tendido de talud por ser los rellenos demasiado altos y con

pendiente pronunciada, lo que originaria mucho movimiento de tierras

Información Existente

La información existente consistió en las características geométricas del

muro, las propiedades geotécnicas tanto del suelo de fundación como del

suelo de relleno y los criterios de seguridad. A continuación relacionamos

los datos entregados y que se adoptaron para la elaboración de la

presente propuesta.

Suelo de Fundación:

Según el anexo Nº1 se encontró que el suelo era roca por lo que se hizo el

estudio respectivo de suelos y se encontraron los siguientes datos:

e= 35º

c =310KPa

O lo que es su equivalente para Rocas: RMR: 62

p = 2.46 TI m3

Contenido de Humedad: 1.57%

Suelo de Relleno:

Para el Suelo de Relleno se realizó los ensayos de cono de arena, de

Compactación, Granulometría y de Corte Directo todos ellos durante el

proceso constructivo.

e= 32.5°


93


c = O T / m2

p = 2.05 T/ m3

Características Mecánicas del Geotextil Utilizado

ANEXOS

El material de refuerzo utilizado para el diseño del muro corresponde al

tipo de Geotextiles Tejidos FORTEX BX90, cuyas características se

indican en las especificaciones técnicas correspondientes y adjuntas al

presente informe (Anexo NºS).

Cargas de Tránsito Vehicular de Diseño

No se considera cargas de tránsito vehicular para la verificación del

análisis de estabilidad de los muros de suelo reforzado; solo se está

considerando una sobrecarga repartida de 1.00 ton/m2 por el material que

va encima del muro y que actúa en distintos lugares de el.

. Criterios de seguridad

Para los taludes en relleno se han tomado los siguientes factores de

seguridad:

• Factor de Seguridad por Daños de instalación: FRdi = 1, 1 O

• Factor de Seguridad por Fluencia del Material: FRn = 1,62

• Factor de Seguridad por Degradación Química: FRdq = 1,05

• Factor de Seguridad por Degradación Biológica: FRdb = 1,0

• Factor de Seguridad Global: FS = 1,3

Coeficientes Sísmicos

Se considera entre el 10 y 20% de la aceleración de la gravedad.

Para nuestro proyecto consideramos el 20%.


94


5. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

5.1 Preparación de la Fundación:

Excavar de 20 cm. por debajo del nivel inicial de la primera capa

Rellenar con material granular seleccionado, compactar y nivelar

5.2 Colocación del Geotextil:

ANEXOS

El rollo de Geotextil deberá colocarse con el sentido a partir del cual se

realizó el diseño, perpendicular al alineamiento horizontal del muro. Debe

asegurarse en el sitio de tal manera que se prevenga cualquier movimiento

durante la colocación del material de relleno.

Se debe garantizar como mínimo un traslapo de 30 cm a lo largo de

todos los bordes.

Si se prevén unos asentamientos grandes en la fundación que puedan

originar una separación entre rollos traslapados.

5.3 Colocación del material de relleno:

El material deberá colocarse directamente sobre el Geotextil, compactando

en capas de 20 cm de espesor con compactadota de plancha.

Se deberá verificar la compactación mediante el ensayo de proctor, el cual

deberá ser del 95% de la densidad máxima obtenida en laboratorio para el

ensayo de Proctor modificado. Esto se controlará en tres diferentes capas

del relleno, se recomienda en la primera, una del medio y en la última.

Para obtener un buen ensayo de Proctor se deberá humedecer el material

cada cierto tiempo para que el tenga un buen contenido de humedad.

Evitar al máximo cualquier movimiento o arrugamiento del Geotextil

durante la colocación del material de relleno.


95

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingenierfa Civil ANEXOS

Se recomienda que en todos los casos, al trabajarse los primeros 60 cm.

más cercanos al borde del muro se trabaje con compactadores manuales.

5.4 Construcción de las capas:

Colocar el rollo de Geotextil directamente sobre el suelo de fundación.

Para conformar la cara del muro se utilizará un encofrado de madera.

Se debe prever que al menos 1 m de Geotextil esté por fuera del

encofrado, para luego poder conformar el pliegue superior de cada una de

las capas de refuerzo.

Colocar el material de relleno, según el proceso mencionado en el punto

anterior.

El extremo del Geotextil que se había dejado suelto anteriormente para

realizar el pliegue superior, se coloca sobre la siguiente capa de material

de relleno.

Se retira el encofrado, procediendo primero con los tablones y

posteriormente con las ménsulas. Este mismo encofrado se usa para

continuar con las capas superiores.


96


ANEXO 2

Memoria de Cálculo - Trabajo de Campo


ANEXOS

97


DISEÑO MURO DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL - GRUPO 7

1. 00 GEOMETRÍA DEL MURO

Datos del Proyecto

Altura del muro

Longitud

Inclinación de la cara

2.00 PARAMETROS GEOTÉCNICOS

MATERIAL DE RELLENO

(Ver anexo Nº Ensayos de suelos de Relleno)

Cohesión

Ángulo de fricción interna

Límite Líquido

Límite Plástico

Pasa Tamiz Nº 200

Contenido humedad natural

Máxima densidad seca

Densidad de control (95% MDS)

Contenido humedad óptimo

SUELO DE FUNDACIÓN

(Ver Anexo de Ensayo de Suelo de Fundación)

Cohesión

Ángulo de fricción interna

Límite Líquido Límite Plástico

Pasa Tamiz Nº 200

Densidad (Peso especifico)

H

L

13

c <!>

LL

LP

%finos

wn

q>dmax

q>t

wopt

c

<!>

LL

LP

%finos

q>t

4.00 m

20.00 m

90 °

0.00 T/m2

32. S º

25

15

13.09

0.3 \

2.25 T/m3

2.14 T/m3

5.9 .,,

31.00 T/m2

36 º

2.59 T/m3

(Se calcula el promedio de las tres muestras Ver Anexo de Ensayos de Suelo de Fundación)

Nota: No se determina limite liquido ni limite plástico, ya que el suelo de fundación es roca

3.00 EVALUACIÓN DE CARGAS

Carga uniforme O.SS T/m2

(No se esta considerando carga vehicular, solo una sic por et material que va encima del

muro y que actúa en distintos puntos de et)

4.00 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD INTERNA

Estimación de la base

(Se estima et 70% de ta altura del muro)

DATOS DEL MATERIAL DE REFUERZO

Geotextil FORTEX BX90

Resistencia a la tracción (método

de la tira ancha) ASTM D4595

FACTORES DE REDUCCIÓN

Por Creep

B�O.?xH� 2.80 m

Tult 106.30 KN/m

FR creep 1.62

Es un factor de reducción por esfuerzo constante, como et material es

sensible al flujo plástico {polímero). Tiempo de vida utit de 75 años.

Se toma como referencia ta Hoja Técnica de Geotextites FORTEX (ver anexo)

Por Daños durante la instalación FR id 1. 1 O

Es un factor de reducción por daños causados en et geotextit al momento de instalar


ANEXOS

98


CALCULO DE Tadmisible

Tadm Tu/tima

que equivale a: Tadm Tadm

FRcreep * FRid * FRqb

56.81 KN/m 5.68 T/m

(ver hoja 2 con tabla de espesores y longitudes de capa)

5.00 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD EXTERNA

5.1 O ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO

FUERZAS HORIZONTALES RESISTENTES:

Base final

Esfuerzo vertical

Esfuerzo cortante

3.00 m

CM + yd * H I

ov= 9.10 T/m2

Angulo de fricción entre el geotextil y el suelo de relleno. Se considerará el 80% del angulo de fricción interna del suelo de relleno.

lb = o. 8 * 32 5 = 26 o 1

Fuerza cortante � X B;

FUERZAS HORIZONTALES ACTUANTES:

Coeficiente de Presión Activa

Relleno de confinamiento

Carga muerta

Factor de seguridad al deslizamiento

Según la FHWA DEMO 82 el FS >; 1.5 Es mayor que 1. 50, entonces OKI

Ka

� = 4.44 T/m2

13.32 T/m

0.301

1Pa =½*Ka* yd *(H)2 I

Pcm

Pcm

Pa=

yd,. Ka "'H

5.15 T/m

0 .66 T/m

resisten es FS=�----LFactuantes

FS= 2.29


ANEXOS

99


5. 20 ESTABILIDAD AL VOLCAMIENTO

MOMENTOS RESISTENTES:

Momento generado por carga muerta

Momento generado por el peso propio

MOMENTOS ACTUANTES:

Momento por la presión de tierras

Momento por carga muerta extra

Según la FHWA DEMO 82 el FS >= 2.00

Es mayor que 2.00, entonces OK!

5. 30 CALCULO DE EXCENTRICIDAD

FUERZAS HORIZONTALES ACTUANTES

Coeficiente de Pres ión Activa

Empuje estático

Carga muerta

FUERZAS VERTICALES ACTUANTES

Peso de Suelo reforzado

Peso de carga muerta

jMcm = CM " 8 " 8 l 2 \

M cm 2.48 T.m/m

!Mpm = yd * H * B * B / 21

M pp 38.49 T.m/m

\.Mpt Pa *�I

M pt 6.87 T.m/m

rcm CM *r� 1

M cm 1.32 T.m/m

FS 5.00

\Ka= Tan\45º-½) 1

Ka= 0.301

Pa = .!_* Ka*yd*(H)2 2

Pa= 5.15 T/m Pcm = yd * Ka * H

Pcm = 0.66 T/m

¡v y X B X H

V1= 25.66 T/m

¡v 2 = CM X B

V2= 1.65 T/m

FS _ ¿Mresistentes- ¿Jvfactuanres

Según FHWA DEMO 82, la excentricidad ··e"' debe ser menor de B/6


100

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIER{A Facultad de ingenierfa Civil

5.40 CALCULO DE PRESION ADMISIBLE

MÁXIMA PRESIÓN VERTICAL APLICADA EN LA BASE DEL MURO

ANEXOS

Según la Sección 4.2d - FHWA DEMO 82, el esfuerzo vertical transmitido en la base del muro es jercida sobre un ancho menor al del muro, el cual se calcula de la siguiente manera:

IL' B 2 e

Entonces:

Lº= 2.40 m

Luego el esfuerzo vertical que le ejerce el muro en su base es:

Entonces:

V 1 + V 2

L'

abase=

CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA DEL SUELO DE FUNDACIÓN

Se expresa de la siguiente manera:

Donde:

- c: cohesión del suelo de fundación

11.38 T/m2

yNfqc:M!Jr,e!51 de capacidad de carga (función del ángulo de fricción interna del suelo)

y: peso especifico del suelo de fundacióny�profundidad de la cimentación. En nuestro caso q = 2.59T/m2 x 0.00m = 0.00 T/m2

�1"832.5° se tienen los sigiuentes:

La cohesión del suelo de fundación es

Entonces la capacidad de carga última es:

Entonces el factor de seguridad será:

Según la FHWA DEMO 82 el FS >= 2.5

Es mayor que 2. 50, entonces OK!


Ne=

Nq=

C=

qu=

IF F.S =

37.07

24.64

32.71

31.00 T /m2

1276.25 T/m2

.S q "

basa

112.16

101


5.50 ANALISIS CON CARGAS DINÁMICAS

Coeficientes sismicos

Según el mapa de zonificación sísmica y de acuerdo a las Normas Sismo · Resistente E-030 del Reglamento Nacional de Edificaciones, al Departamento de Lima se encuentra en la zona 3 y le corresponde una sismicidad alta de intensidad de VIII a IX en la Escala Mercalli Modificado. Adicionalmente se presentan distribuciones de aceleraciones sísmicas en el Perú, para 50 y 100 años de vida útil (Alva Hurtado, 1993), con una excedencia del 10%. Estos valores de aceleraciones máximas deben considerarse como valores medios esperados en suelo firme, donde no esta considerado la influencia de las condiciones locales del suelo, ni los efectos de la interacción suelo-estructura. Por lo que se considerara para la zona en estudio una aceleración a=0.44g, para el Análisis Dinámico (Pseudo estático).

Según la FHWA-DEMO 82 podemos usar el 50% de la aceleración y podemos asumir Av =0

Ah 0.22

Av 0.00

Coeficiente de Presión Activa K as 0.47

(Ver Anexo· cálculo de presiones según Mononobe-Okabe)

ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO CON CARGAS DINÁMICAS

Fuerzas Resistentes:

Fuerza cortante

Fuerzas Actuantes:

Relleno de confinamiento

Sobrecarga

Factor de seguridad

( X B)

FS

Pa

P se

2_ Fresistent es ¿ Factuantes

FS

13.321 T/m

7.99 T /m

1.03T/m

1.477

Según la Federal Highway Administracion (FHW A) se debe considerar un FS >= 1. 125

Es mayor que 1.125, entonces OKI

ESTABILIDAD AL VOLCAMIENTO CON CARGAS DINÁMICAS

Momentos resistentes:

Por la carga muerta

Por peso propio del muro

Momentos actuantes:

Por la presión lateral de tierras

Por la carga muerta

M cm

M pm

M pt

M cm

FS

2.48 T.m/m

38.49 T.m/m

10.65 T.m/m

2.05 T.m/m

3.22 resisten es FS

¿ /Vi actuantes

Factor de seguridad

Según la Federal Highway Administracion (FHWA) se debe considerar un FS >= 1.50

Es mayor que 1.5, entonces OKI


102

g � s: (j)�� º ,-oc,,

�m� (j) � (')

¡ne:� "1� � i::�

<'.

�r--g 1 � � � a? � � o

o (,)

o

(')

CALCULO DE ESPESORES Y LONGITUDES DE CAPA

e (º

) (T/m2) Nº

(1) tan RO e 8 32.5 0.488 0.00 7 32.5 0.488 0.00 6 32.5 0.488 0.00 5 32.5 0.488 0.00 4 32.5 0.488 0.00 3 32.5 0.488 0.00 2 32.5 0.488 0.00 1 32.5 0.488 0.00

e (m) (m) (m)Nº Sv Sv a usar Lg8 8.97 0.50 1.927 5.40 0.50 1.656 3.86 0.50 1.375 3.01 0.50 1.104 2.46 0.50 0.823 2.08 0.50 0.552 1.81 0.50 0.271 1.59 0.50 0.00

1 tan Ro = tan(0.8 * � * 7l' /180) 1

(m) H

4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00

(m) Le

0.30 0.25 0.23 0.23 0.22 0.22 0.22 0.21

(T/m) (T /m3) (T/m2) Tadm q>t S/C 5.68 2.14 0.55 5.68 2.14 0.55 5.68 2.14 0.55 5.68 2.14 0.55 5.68 2.14 0.55 5.68 2.14 0.55 5.68 2.14 0.55 5.68 2.14 0.55

(m) (m) (m) Lemim L L (obra)

1.00 2.92 3.00 1.00 2.65 3.00 1.00 2.37 3.00 1.00 2.10 3.00 1.00 1.82 3.00 1.00 1.55 3.00 1.00 1.27 3.00 1.00 1.00 3.00

(m) Ka z

0.301 o.so0.301 1.00 0.301 1.50 0.301 2.00 0.301 2.50 0.301 3.00 0.301 3.50 0.301 4.00

(m) (m)Lo Lt (a usar)

1.00 4.50 1.00 4.50 1.00 4.50 1.00 4.50 1.00 4.50 1.00 4.50 1.00 4.50 1.00 4.50

(T/m2) sh

0.49 0.81 1.13 1.45 1.77 2.10 2.42 2.74

FS 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3

¡ic:(') e:i� �"' (b 6

5-�'8 ::, � i' ... a}g (')� �r--

� � �ñi::o :t.'

g S2 � C)�� .o r-o(/) :i:. rn e::, � (/) rn C):il (")I!! e:: o

(")� ñl-; ril i::c::�o�Q

r-o :ii � :o e::, iii rn

t (/)

� � � o

o

o

�

... i

Cálculo de Presiones Activas según Mononobe-Okabe

Aceleraciones de Sismo

ah 1 0.22 av 1 0.000

4' (rad) 1 0.217 4'(grados) 1 12.41

Geometría

Fricción Suelo - Muro, o' 26.0 (grados) Angulo de Inclinación del 90.0 Espaldón, a (grados) Angulo de Inclinación del 0.00 Talud, p (Grados)

Altura del Muro 4.00 (m)

Datos del Suelo

Peso Unitario (T/m ) 2.14 Angulo de Fricción Interna 32.5

1

Valor del Factor (1 - av)sen\a+�-ql)/(cos4'sen2asen(a-o-4')) 1 - av 1.000

senL(a+�-4') 0.882 cos(4') 0.977 1.15senLa 1.000

sen(a-8-4') 0.784

Valor del Factor Fa= [1+(sen(.1. · �'---ª 0 ""1'---1-· �, ___ , __ . 0,,,�

sen(�+o) 0.853 sen(�-P-4') 0.344 1 2.47 sen(a-8) 0.899 1 sen(a+P) 1.000

Valor del Coeficiente de 1 0.47 _ Presión.ActivaJ_Ka)

Valor de la Presión Activa 1 7.99 Pa (T/m)

JC::g� ¡¡f �Q,� Q, (/) CD 0 s· :i:. � e::, ::, � �- l:,

�Q(")o<'�:::: ,-

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ANEXO 3

Planos de Trabajo de Campo


ANEXOS

105

UNIVERSIDAD NACIONAL DE JNGENIERIA Facultad de ingenierfa Civil

ANEX04 Hoja Técnica del Geotextil Tejido Fortex BX90


ANEXOS

115

Fürte;¿. DESCRIPCION

Resistencia -(deformación) a la tensión método Grab (MD)1

Resistencia -(deformación) a la tensión método Grab (TD)2

Resistencia al punzonamiento Resistencia al rasgado trapezoidal

(MD)1 (TD)2 Resistencia al estallido Müllen Burst Método tira ancha Resistencia (elongación) MD Resistencia (elongación) TD Resistencia@ 2% deformación (MD/TD)

Resistencia@ 5% deformación (MD/TD)

Tamaño de abertura aparente

Permeabilidad

Permitividad

Tasa de flujo 1 Tipo de polímero

Resistencia a altas temperaturas (punto de ablandamiento)

Resistencia a UV (% Retención a 500 horas) 1 ancho x largo (área

' .

ancho x largo área

ancho x largo

Protección

Filtro

Separación

Estabilización

Refuerzo

Notas:

NORMA

ASTM D 4632

ASTM D 4833

ASTM D 4533

ASTM D 3786

ASTM D 4595

ASTM D 4751

ASTM D 4491

ASTM D 276

ASTM D 4355

medido

INV art 673-02 AASHTO M 288 INV art 67 4-02

AASHTO M288 INV art 676-02

AASHTO M 288

UNIDAD BX 30

1380 • (35,6) N-(%)

1350 -(30,4)

N 420

N 450 450

kPa 3920

32,6 -(26,0)

kN/m-(%) 31,9 -(25,9)

NA(4)

NA(4)

mm 0.21

cm/s 0.06 ---

s-1 0.62 --

l/min/m2 1879 ---

PET ---

ºC 240

% 75

m 3.50 X 120 !!.ll 420 m 3.85 X 120

!!.ll (462) m 6.14 xBO m2 (491)

(1) MD Dlrecaón oe la maquina, a lo largo de los rollos. (2) TO Dirección transversal al largo de los ro::os. (3) Poliéstar alta tenacidad. (4) N.A.: No Aplica

BX 40

1460 -(18,0)

1480 -(16,2)

510

550 540

4343

40,8-(13,1) 41,3 -(12,9)

7,8 / 9,5

11,5 / 13,2

0.43

0.06

0.79

2390

PE-f

240

75

3.80 X 120 (456)

6.14xBO (491)

¡5) Los resultados corresponden a Valores Mln,mo Promedio por Rollo de ensayos estadlstlcos, que representan el 87.7 % de confianza en el comportamiento de las variables indicadas.

Creat��tffljl\t��!&t�1f]Jf�1��N/�.f.b�t.ef1aªlilJ,Q�Jh� line, click here to buy Virtual PDF Printer Estos productos son fabricados bajo los lineamientos de un sistema de gesbón de calidad que se aJusta a las normas y especificaciones AASHTO M-288. ASTM O 4354 e I.N.V. E 908. Pera mavor tnformactón consultar el sitio web www.oeos1meticosla1'avette.com

·¡ :¡: · Hoja Técnica

t,�¡ 1¡':''

lf1ti , 'valores VMPR ¡s; �.!' l.!

BX 60 BX 90

2545 - (14,5) 3380 -(14,5)

2595 -(14,0) 3450 • (14,0)

765 1025

720 1070 645 1060

5660 > 9000

79, 7 -(11,8) 106,3 -(13,0) 80,5 -(11,3) 113,6-(12,1) 12,9 / 12,0 17,3 / 17,2

21,9 / 18,0 29,8 / 29,9

0.43 0.43

0.23 0.21

3.16 2.04

6200

PE-f PE-f

240 240

80 80

3.85 X 120 3.85 X 120 (462) (462)

6.20 X 80 6.20 X 80 (496) (496)

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Notas:

(1) MD Dirección de la maquina, a lo largo de los rollos. (2) TO Dirección transversal al largo de los rollos. (3) Poliéster alta tenacidad. (4) N.A.: No Aplica

(5) Los resultados corresponden a Valores Mínimo Promedio por Rollo de ensayos estadísticos, que representan el 97.7 % de confianza en el comportamiento de las variables Indicadas.

LDs valores de esta hoja técnica son los vigentes con la fecha de la úWma revisión,

(6) El ancho puede variar an un rango de +/-1% para fortex BX 30 y 40 y +l-0, 5% para Fortex BX 60 y 90

Estos productos son fabricados bajo los lineamientos de un sistema de gestión de calidad que se ajusta a las normas y especificaciones AASHTO M-288, ASTM D 4354 e I.N.V. E 906.

Para mayor Información consultar el sitio web www.geoslntettcoslafayette.com.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE JNGEN/ERIA Facultad de ingenierla Civil

ANEXO 5

Plano con Distribución de lsoaceleraciones

MUROS DE CONTENCIÓN DE SUELO REFORZADO CON GEOTEXTIL DISEÑO ESTRUCTURAL MIGUEL ANGEL TELLO IRRJBARREN

ANEXOS

118

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-7\º 6F

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COLOMBIA \ ':\.. ! / Í/ f(lf \ ,,. ' '·,>�"--�',r ¡ ·, '\'. \ ¡ . . : • ,-. , •• " ; ' ·,... ' Js ' "\ • ' '

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