Metodologia e Implementacion de Muros de Tierra Mecanicamente Estabilizados

1

METODOLOGA E IMPLEMENTACIN DE MUROS DE TIERRA MECNICAMENTE ESTABILIZADOS APLICADOS EN OBRAS

RESUMEN

Los muros de contencin de tierras son elementos estructurales de amplio

uso en obras de infraestructura, cuya finalidad es la contencin de tierras para

estabilizacin de taludes naturales, formacin de terraplenes para carreteras,

formacin de estribos para obras de paso, etc. Tradicionalmente se han empleado

para su construccin, materiales tales como mampostera, hormign en masa y/o

hormign armado.

En las ltimas dcadas han tenido un fuerte desarrollo tecnolgico,

debido principalmente a la aparicin de nuevas alternativas de solucin como

complemento a las de uso ms tradicional. El avance alcanzado en el desarrollo

de estas estructuras ha pasado por la incorporacin de nuevos materiales para su

diseo, la definicin de nuevos mtodos constructivos y la creacin de nuevos

elementos estructurales a partir de los materiales de uso tradicional.

Es as como gran parte de las actuales aplicaciones en ingeniera estn

orientadas al refuerzo de suelos (con inclusin de armaduras metlicas o

geosintticos) y al empleo del hormign prefabricado para la construccin de los

muros (como pueden ser muros mnsula, muros criba, muros de tierra mecnicamente

estabilizada, etc.).

El empleo de elementos prefabricados permite realizar los trabajos de

puesta en obra con una reduccin de tiempo y coste, y una mejora en la calidad

final de la estructura, desde un punto de vista estructural y esttico. Adems,

esta tcnica permite una reduccin del impacto medio ambiental, debido a la

posibilidad de dar distintos acabados superficiales a la estructura.

2


En este sentido, es posible desarrollar nuevas soluciones de estructuras

de contencin de tierras prefabricadas, mediante el empleo de materiales no

tradicionales como es el caso de los materiales compuestos (composites). Los

composites presentan la ventaja de tener un reducido peso en comparacin a otros

materiales, como es el caso del hormign (pueden alcanzar densidades del orden

de 0,10 a 0,20 t/m3), con lo que la puesta en obra de estas estructuras se

facilita, no necesitando el empleo de maquinarias de gran envergadura para su

instalacin, lo que permite tambin llegar a zonas de difcil acceso. Adems,

algunos de estos materiales presentan la posibilidad de reciclaje, con lo que se

reduce el impacto que se genera sobre el medio.

Los materiales compuestos disponen de ventajas con relacin a otros

productos, aportando numerosas cualidades funcionales como son: ligereza;

resistencia mecnica y qumica; mantenimiento reducido y libertad de formas.

Su uso permite aumentar la vida til de ciertos componentes

estructurales, gracias a sus propiedades mecnicas (rigidez, resistencia a la

fatiga) y a sus propiedades qumicas (resistencia a la corrosin).

Tambin enriquecen las posibilidades de diseo, permitiendo aligerar las

estructuras y realizar formas complejas aptas para cumplir varias funciones.

A travs de este proyecto de investigacin, se estudiar el desarrollo de

una nueva aplicacin de los materiales compuestos en la industria de la

construccin, mediante el diseo de estructuras de contencin de tierras

fabricados en base a estos materiales. Se evaluarn distintas posibilidades de

solucin (muros tipo mnsula, muros de tierra mecnicamente estabilizada, entre

otros), a partir del anlisis del comportamiento geotcnico de dichas

3


estructuras y de su interaccin con el terreno, y se propondr, finalmente, un

prototipo que pueda ser utilizado en obras de infraestructura viaria.

1. INTRODUCCIN

La tecnologa de Suelos Mecnicamente Estabilizados (conocida tambin por

sus siglas en ingls MSE, de "Mechanically Stabilized Earth", o como TEM, por

"Tierra Estabilizada Mecnicamente", segn el Manual de Carreteras del MOP) fue

desarrollada en Francia, hace ms de 40 aos, como una alternativa tcnica y

econmica a la solucin tradicional de muros de contencin de hormign armado.

La norma "Standard Specification for Highway Bridges", de la'American

Association of State Highway and Transportation Officals" (AASHTO), de Estados

Unidos, incorpora su diseo con dicha denominacin MSE (Mechanically Stabilized

Earth Walis) en la seccin 5.8, mientras la FHWA (Federal Hghway

Admnistrafion) los especifica en su documento FHWA-SA-96-071.

Como indica su nombre, los sistemas TEM, o MSE, consisten en la

estabilizacin mecnica de un terrapln por medio de una armadura, gracias a la

interaccin entre ambos. Bsicamente, el suelo, al tender a deslizar, es

retenido por la armadura, la cual entra en traccin. Debido a que el fenmeno de

interaccin termina en el extremo de la armadura y que el terrapln estara

afecto a fenmenos de erosin (viento, agua, inestabilidades locales, etc.), se

4


cubre el paramento del mismo con placas de hormign conectadas a las armaduras,

dando valor esttico a la obra.

El muro se construye como un terrapln, en que cada cierto nmero de

capas se incorpora un conjunto de armadura, cubriendo el paramento con placas de

hormign que se encajan unas a otras, segn se ilustra en la figura N1.

Figura 1.1: Corte de muros de contencin de tierras.

5


1.1. OBJETIVOS Y ALCANCE DE LA INVESTIGACIN

1.1.1. Objetivo general

Describir el mtodo e implementacin de muros de tierra mecnicamente

estabilizados aplicados en estructuras.

1.1.2. Objetivos Especficos

Estudiar las diversas tipologas de estructuras rgidas de

contencin de tierras que actualmente se emplean en obras de

infraestructura, definiendo los mtodos de diseo para su posterior

dimensionamiento.

Describir la implementacin del sistema de tierra mecnicamente

estabilizada.

Explicar fuerzas que actan en la estructura para su diseo.

Describir metodologa de reparacin de muros de contencin

terratrel para 300 viviendas sociales en Panguipulli.

6


CAPITULO II

2. LOS MUROS DE CONTENCIN DE TIERRAS: TIPOLOGAS Y DISEO

GEOTCNICO

2.1. INTRODUCCIN

Una estructura de contencin de tierras, denominada comnmente muro, es

una estructura permanente, relativamente rgida y continua, que de forma activa

o pasiva produce un efecto estabilizador sobre una masa de terreno

desequilibrada, natural o artificial, que se encuentra ubicada en su parte

posterior (trasds). Terzaghi, Peck y Mesri (1996) lo definen como una

estructura destinada a soportar suelos que presentan pendientes mayores que su

ngulo de reposo.

Los muros de contencin de tierras son empleados en diversas actuaciones

de la ingeniera, como son: contencin de taludes y estribos de pasos superiores

en obras de infraestructura viaria (carreteras, ferrocarriles, etc.); contencin

de terrenos en obras de edificacin (a nivel superficial y en el interior del

terreno); utilizacin para la construccin de muelles portuarios; contencin de

vertederos; entre otros. Su empleo data ya de hace varios siglos, pero solo a

partir del siglo XVII aparecen las primeras contribuciones que han permitido

desarrollar las teoras para su diseo geotcnico (Soriano, 1996).

Este tipo de estructuras acta generalmente como un elemento de

transicin, destinadas a establecer y mantener una diferencia de niveles en el

7


terreno, con una pendiente superior a lo que permitira la resistencia del

mismo, transmitiendo a su base y resistiendo con deformaciones admisibles los

correspondientes empujes laterales a los que se ve sometido.

En ocasiones se emplean para estabilizar deslizamientos potenciales o ya

existentes, donde el muro es introducido al pie del talud como elemento de

contencin. En desmontes y terraplenes, en los que la falta de espacio impone

condiciones de construccin con el diseo de taludes casi verticales, el empleo

de muros puede ser casi obligado. Este es un caso muy frecuente en la

construccin de obras de infraestructuras viarias.

Existen diversas clasificaciones por las cuales se distinguen las distintas

tipologas de muros de contencin de tierras que son empleadas en obras de

infraestructura viaria. En este captulo se presentan las ms significativas,

que en general son incluidas en la mayora de los textos de Mecnica de Suelos,

y que corresponden a: desde un punto de vista funcional; de acuerdo a la forma

en como contrarrestan los empujes; segn la interaccin suelo-estructura; y,

segn el material con el que son fabricados.

Las diversas tipologas de muros de contencin de tierras que pueden ser

empleadas en obras de infraestructura viaria, son diseadas para que resistan

las acciones a las cuales se ven sometidas, y segn las normativas actuales y el

tipo de estructura que se emplee, se analizan tanto por estabilidad externa como

por estabilidad interna.

El diseo de un muro de contencin de tierras se realiza esencialmente

por tanteos, definiendo unas dimensiones iniciales que son evaluadas para que la

8


estructura sea estable al vuelco, deslizamiento, hundimiento y estabilidad

global, este ltimo a partir de un anlisis de estabilidad de taludes que

incluya la estructura, el relleno de trasds y el terreno de cimentacin. Para

el anlisis de estabilidad interna, caracterstico de muros de tierra

mecnicamente estabilizada con armaduras de refuerzo, dicho anlisis est

orientado a analizar la rotura de las armaduras y su interaccin con el material

de relleno que forma el muro propiamente tal.

La determinacin de las acciones que actan sobre un muro y que permiten

efectuar el anlisis de su estabilidad, se realiza a partir de la definicin,

por un lado, de las fuerzas solicitantes que actan como fuerzas

desestabilizadoras, y por otro, de las fuerzas resistentes, que actan como

fuerzas estabilizadoras y que contribuyen a la estabilidad de muro. La

determinacin de las fuerzas desestabilizadoras, se hace a partir de diversos

mtodos de diseo geotcnico, siendo los mtodos desarrollados por

Coulomb (1776) y Rankine (1857) los de ms amplia aplicacin para el

dimensionamiento de estas estructuras.

En este captulo se analizan, por un lado, la diversas tipologas que son

empleadas actualmente en obras de infraestructura viaria, presentando las

distintas clasificaciones que se encuentran en las referencias bibliogrficas

estudiadas. Adems, se establece el estado actual del conocimiento de los

mtodos empleados para el dimensionamiento geotcnico de los muros de contencin

de tierras presentados en los primeros apartados, desde las primeras

contribuciones desarrolladas en el siglo XVII hasta aquellas utilizadas en la

actualidad para la definicin de los empujes de tierras que actan en su

trasds, debidos a: peso propio del relleno; sobrecargas; presencia de agua

hidrosttica; compactacin; y, sismo.

9


2.2. LOS MUROS DE CONTENCIN DE TIERRAS

Los muros de contencin de tierras pueden ser divididos en tres

tipologas: muros convencionales, muros prefabricados y muros de tierra

mecnicamente estabilizada.

Los muros convencionales son los de uso ms extendido y los ms antiguos,

emplendose para su fabricacin mampostera de piedra, hormign en masa y

hormign reforzado. Los muros prefabricados (de hormign) y los muros de tierra

mecnicamente estabilizada (con inclusin de armaduras de refuerzo en el suelo),

son de uso ms reciente, y actualmente son empleados en un gran nmero de

aplicaciones, por su rapidez de ejecucin, por las menores afecciones que

generan al medio ambiente y por la reduccin de costes que se alcanza en su

proceso de fabricacin y puesta en obra.

Durante muchos aos los muros de contencin de tierras han sido

construidos casi exclusivamente de hormign armado, siendo diseados como muros

de gravedad y como muros mnsula (cantilever). Estos tipos de muros son

esencialmente rgidos y, en general, pueden presentar problemas estructurales

cuando son cimentados en suelos de pobres caractersticas geotcnicas. Adems,

su coste aumenta ms en estas condiciones con el aumento de su altura, en

comparacin a los muros de tierra mecnicamente estabilizada.

Elias, Christopher y Berg (2001), han presentado un anlisis comparativo

de costes de algunos muros de contencin estudiados en funcin de su altura. En

su estudio se puede observar que, los muros de tierra mecnicamente estabilizada

son los que presentan los menores costes en comparacin a las estructuras

10


rgidas, debido a que ellos pueden tolerar mayores asentamientos y alcanzar

mayores alturas, por el efecto de refuerzo que se crea con la inclusin de las

armaduras (figura 2.1). Los

muros rgidos aumentan significativamente su costo para alturas mayores a 7 m,

debido a que es necesario reforzar adecuadamente el hormign para los mayores

esfuerzos a los que se ven sometidos.

El desarrollo de cada una de estas tcnicas ha permitido disponer en la

actualidad de un gran nmero de soluciones para las distintas aplicaciones

mencionadas anteriormente, que se ajustan adecuadamente a los requerimientos que

imponen los proyectos de ingeniera. Adems, ha llevado a la definicin de

distintos tipos de clasificaciones, considerndose en general para todas las

tipologas las siguientes:

segn la funcin que cumplen en el terreno;

segn la forma en como contrarrestan los esfuerzos del terreno;

segn la interaccin suelo-estructura que se crea en el contacto entre

ambos materiales, y;

segn los materiales que son empleados para su fabricacin.

11


Figura 2.1: Costes relativos de muros de contencin de tierras.

(Tomada de FHWA NHI 00 043, 2001. Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced

Soil Slopes Design and Construction Guidelines)

2.2.1. CLASIFICACIN DE LOS MUROS DE CONTENCIN DE TIERRAS

Diversas clasificaciones de los muros de contencin han sido planteadas

histricamente. Desde un punto de vista funcional, los muros de contencin se

pueden dividir en tres tipos fundamentales: de sostenimiento, de contencin y de

revestimiento (Jimnez Salas et al, 1981).

12


Figura 2.2: Tipologas de muros segn su funcionalidad: (a) de sostenimiento; (b) de

contencin; (c) de revestimiento. (Tomada de Jimenez Salas et al, 1981. Geotecnia y Cimientos II)

Los primeros son aquellos que se construyen separados del terreno

natural, y que posteriormente se rellenan con tierras en su trasds. Los muros

de contencin son los construidos directamente contra un talud en terreno

natural, sin relleno en su

trasds. Finalmente, los muros de revestimiento son diseados para recubrir y

proteger un talud de la erosin, arrastre o meteorizacin, siendo elementos de

delgado espesor adosados a un terreno natural en pendiente (en general son los

menos empleados).

Otra importante clasificacin de los muros se basa en la forma de cmo

ellos contrarrestan los esfuerzos del terreno a los que se ven sometidos.

Existen muros de gravedad, en los que el efecto estabilizador viene dado por su

peso propio, y muros aligerados, en los que el efecto estabilizador viene dado

por el aprovechamiento de las tierras que son colocadas en su trasds (caso

tpico de los muros mnsula).

13


Por otro lado, en funcin de la interaccin suelo-estructura, los muros

suelen dividirse en dos grandes grupos:

- Estructuras rgidas: que por sus condiciones (dimensiones, morfologa,

etc.) no cambian de forma bajo los empujes del terreno, es decir, que sus

movimientos son perfectamente de giro y/o traslacin, sin que se produzcan

deformaciones significativas de flexin.

- Estructuras flexibles: que por contraposicin con las anteriores, son

aqullas que por sus condiciones soportan los empujes de tierras

experimentando deformaciones a flexin considerables, o las que debido a

sus deformaciones modifican la configuracin de los empujes del terreno.

Finalmente, los muros de contencin pueden ser clasificados por el

material con el cual son fabricados. Antes de la aparicin del hormign armado,

la mayora de los muros de contencin eran diseados en base a mampostera de

piedra y hormign en masa.

Dado que la estabilidad de estas estructuras es debida principalmente a

su peso propio, son tambin conocidos como muros de gravedad.

La aparicin de muros de hormign armado ha permitido reducir el peso de

la estructura y con ello aumentar su altura, por lo que generalmente son

llamados muros aligerados. En funcin de su configuracin geomtrica, estos

muros pueden ser de semigravedad, cantilever (o en mnsula) y con contrafuertes.

Su estabilidad es debida al peso de tierras que se ubica en la parte posterior

del muro y sobre la zapata.

2.2.2. TIPOLOGAS DE MUROS DE CONTENCIN

Tal como se mencionara en el, los muros de contencin pueden ser

divididos en tres tipologas: muros convencionales, muros prefabricados y muros

de tierra mecnicamente estabilizada. Esta subdivisin permite diferenciar

14


aquellos muros que son completamente construidos in-situ (muros convencionales),

de aquellos de aparicin ms reciente y que son fabricados mediante un proceso

industrializado (muros prefabricados y muros de tierra mecnicamente

estabilizada).

La aparicin de muros prefabricados en el mercado ha trado innumerables

beneficios, no solo en lo referido al costo de construccin, sino tambin a

aspectos medioambientales, a la rapidez de ejecucin de las obras y al

desarrollo de una tcnica que permite alcanzar mayores alturas, adecundose as

a los requerimientos que imponen los proyectos. Estos beneficios tambin han

sido alcanzados con los muros de tierra mecnicamente estabilizada, siendo

adems posible su empleo en zonas con suelos que presentan inadecuadas

propiedades geotcnicas.

Dentro de cada una de estas tipologas es posible incluir varios tipos de

muros de contencin, dependientes principalmente de los materiales empleados

para su construccin y de su geometra.

2.2.2.1. MUROS CONVENCIONALES

Los muros convencionales, o tambin llamados tradicionales, se encuentran

incluidos dentro del grupo de los denominados rgidos, definidos como aquellos

que, ante los empujes de tierras, por su forma y dimensiones sufren

preferentemente movimientos de giro y/o traslacin, sin deformaciones

significativas de flexin, que a su vez pueden dar lugar a modificaciones en la

distribucin de empujes. Los movimientos que pueden producirse en cualquier

15


tipologa de estos muros, dependen principalmente de las condiciones de

cimentacin de la estructura.

Dentro de esta tipologa se pueden incluir los muros de gravedad, los

muros de semigravedad, los muros en L o T invertida (mnsula) y los muros con

contrafuertes.

De estos, los muros mnsula son los que pueden verse ms afectados por la

deflexin de su alzado, debido a que estos muros son ms ligeros con relacin a

los muros de gravedad.

2.2.2.2 MUROS DE GRAVEDAD

Es la tipologa de muro ms antigua, y pueden ser fabricados de hormign

en masa, mampostera y fbrica. Suelen dotarse de una leve pendiente en el

intrads, con el propsito de mejorar la estabilidad de la estructura. El efecto

estabilizador de estos muros es logrado por su peso propio y por su resistencia

a la compresin, no precisando de armaduras dada estas caractersticas. Adems,

pueden ser de variadas formas y son los ms resistentes a los agentes

destructivos. En general no es frecuente el empleo de estos muros para alturas

mayores a 8 m.

16


Figura 2.3: Muro de gravedad de mampostera.

Como estos muros pueden sufrir algn movimiento al entrar en carga, si

ste es de giro, con la inclinacin del intrads se evitan efectos visuales

indeseables de desplome, lo que tiende a ocurrir cuando el intrads es vertical.

Con respecto al trasds, tambin puede ejecutarse con inclinacin, lo que

resulta favorable para la estabilidad.

Uno de los inconvenientes de los muros de gravedad es el hecho de que su

peso est limitado por la resistencia del cimiento, situacin muy importante si

el material del mismo es arcilloso. Por contrapartida, la principal ventaja que

presentan estos muros es su facilidad para ser construidos y el reducido coste

que presentan al ser empleados en estructuras de pequea altura. Dentro de esta

categora tambin se

encuentran los muros criba, los muros de gaviones y los de escollera, que suelen

disearse como muros de gravedad.

17


Los muros criba, o tambin denominados muros jaula, estn formados por

dos clases de vigas cortas, que pueden ser de hormign prefabricado o madera y

que se entrecruzan entre s, formando un armazn que es rellenado posteriormente

con material granular drenante. Generalmente son instalados con su intrads en

pendiente, aunque puede ser vertical para aplicaciones de escasa altura.

Figura 2.4: Muro de contencin tipo cribas.

Los muros de gaviones estn formados por elementos metlicos

confeccionados con redes de malla hexagonal de doble torsin, que son rellenados

posteriormente con gravas. Estos muros suelen ser de altura moderada (del orden

de 5 m), aunque se han construido muros de 25 m de altura con resultados

satisfactorios. Las unidades de gaviones son firmemente unidas entre s con

redondos que los conectan, fijados a travs de costuras con alambres de iguales

caractersticas a los que forman las mallas, de modo de formar una estructura

continua.

18


Figura 2.5: Muro de contencin de gaviones.

La eleccin del material a ser empleado en la construccin de este tipo

de estructuras, referido esto a las caractersticas de la malla o el material de

relleno, es fundamental para la obtencin de una estructura realmente eficaz. La

malla, en particular, debe poseer una elevada resistencia mecnica, elevada

resistencia contra la corrosin, buena flexibilidad y no ser fcil de destejer o

desmallar.

Los muros de escollera estn constituidos por bloques ptreos, que son

obtenidos generalmente por voladura, con formas ms o menos prismticas y

superficies rugosas. Tanto los muros de gaviones como los muros de escollera

presentan la ventaja de su gran flexibilidad al ser empleados en estabilizacin

de taludes, principalmente por su capacidad de sufrir movimientos importantes

sin romperse, manteniendo ntegras sus caractersticas bsicas como elemento de

contencin.

19


Figura 2.6: Muro de contencin de escollera.

2.2.2.3. MUROS DE SEMIGRAVEDAD

Estos muros son una variante de los denominados muros de gravedad,

constituidos fundamentalmente por hormign y que van ligeramente armados, con lo

que se reduce en parte su peso al necesitarse de menos hormign para ser

construidos. La reduccin de la seccin de hormign suele ir asociada a una

reduccin de su base de apoyo, y por lo tanto a un aumento de las presiones

sobre el terreno. Dada sus caractersticas, estos muros suelen ser considerados

tambin como muros aligerados.

2.2.2.4. MUROS MNSULA Y CON CONTRAFUERTES

Estos tipos de muros son empleados ante la necesidad de reducir el

volumen de materiales a emplear. Existen de dos tipos: los muros mnsula y los

muros con contrafuertes.

Los muros mnsula, en L o T invertida (tambin denominados cantilever),

estn constituidos por una losa o zapata sobre la que se levanta el alzado,

siendo generalmente de espesor reducido, absorbiendo las flexiones de la mnsula

20


mediante armadura sencilla o doble. Tambin pueden llevar zarpas en la zapata,

cuyo propsito es mejorar su resistencia al deslizamiento.

Figura 2.7: Muro de contencin tipo mnsula.

Los muros mnsula de uso ms tradicional (en T invertida), estn

constituidos por una zapata y un alzado. La parte de la zapata que sobresale

hacia el intrads, suele denominarse puntera, mientras que la que se

extiende hacia el trasds, taln. Sobre el taln, una parte de las tierras

correspondientes al relleno del muro gravitan sobre l, dndole estabilidad y

confirindole al conjunto muro-relleno caractersticas que lo hacen funcionar

globalmente como muro de gravedad.

La presin que ejerce este tipo de estructuras sobre el cimiento, es

menor que la que genera los muros de gravedad, por lo que son adecuados cuando

la cimentacin posee caractersticas geotcnicas deficientes. El empleo de este

tipo de estructuras es recomendable para alturas no superiores a 14 m.

21


Los muros de contrafuerte son una variante de los muros L. A intervalos

regulares tienen placas delgadas de hormign conocidas como contrafuertes, que

conectan entre s el muro (alzado) con la losa de base. Con esto se reduce la

fuerza cortante y los momentos flectores. Estos contrafuertes pueden ser

ubicados en el trasds como en el intrads, aunque su empleo ms habitual es en

el trasds.

2.2.2.5 MUROS PREFABRICADOS

Los muros convencionales en muchas ocasiones resultan inadecuados por los

requerimientos en cuanto a estabilidad y deformabilidad de su cimentacin.

Adems, la mayor demanda para la conservacin del medio ambiente obliga a que

las obras interfieran lo menos posible con el aspecto natural del entorno.

A partir de ello, en las ltimas dcadas han aparecido en el mercado

nuevas alternativas de solucin que compaginan las funciones resistentes con las

ecolgicas. Estas nuevas alternativas corresponden a estructuras de contencin

prefabricadas, fabricadas principalmente en hormign, que permiten alcanzar una

mayor rapidez de ejecucin de las obras y una minimizacin del impacto

ambiental.

Los muros prefabricados de hormign son elaborados total o parcialmente

por un proceso industrial mecanizado. En algunos casos se hace necesaria la

colocacin de armaduras, con el propsito de resistir los esfuerzos de flexin a

22


los que se ven sometidos. Segn su diseo estructural, los muros prefabricados

de hormign pueden

ser clasificados en tres grandes grupos, como puede verse en el siguiente

esquema:

Las principales ventajas que lleva asociada la utilizacin de este tipo

de muros de contencin de tierras, son:

- Reduccin de tiempo y de costes en la ejecucin de la obra, influenciado por la

sencillez de montaje de los elementos prefabricados.

- Reduccin de los recursos humanos necesarios para su puesta en obra, con una

menor mano de obra especializada.

23


- Mejora de la calidad final de la estructura.

- Reduccin del impacto ambiental, con la posibilidad de obtener diferentes

acabados dependiendo del entorno donde se ubique la estructura de contencin.

2.2.2.6. MUROS PREFABRICADOS EMPOTRADOS

Este tipo de muros trabaja en voladizo, el cual es formado por un

elemento plano o nervado, continuo o discontinuo, pretensado o postensado, y que

se encuentra empotrado en su base. Sus dos funciones principales son las de

sostenimiento y contencin de tierras, y entran en carga cuando es colocado el

material de relleno en su trasds. La mxima altura que pueden alcanzar estos

tipos de muros es de 16,0 m.

Figura 2.8: Muro de pantalla prefabricada y zapata in situ.

2.2.2.7. MUROS PREFABRICADOS DE GRAVEDAD

Son aquellos formados por elementos prefabricados, generalmente de

hormign, que son estables por su propio peso sin que existan esfuerzos de

24


traccin en algunos de sus elementos, y que pueden ser de mdulos huecos o de

bloques macizos. La mxima altura aconsejable para este tipo de muros, oscila

entre 20,0 y 24,0 m.

Figura 2.9: Muro de mdulos prefabricados verdes.

2.2.2.8. MUROS DE BLOQUES PREFABRICADOS DE HORMIGN

Son muros realizados mediante la superposicin de bloques abiertos, no

macizos, y que se unen entre s por un mortero de cemento. En general su uso se

limita a muros de pequea altura (mximo 3,0 m), siendo necesario en algunos

casos armarlos interiormente, con barras de acero y hormign. Adems, suelen

unirse a la cimentacin mediante armaduras de espera.

Figura 2.11: Muro de bloques prefabricados de hormign.

2.2.2.9. MUROS DE TIERRA MECNICAMENTE ESTABILIZADA

25


La idea de la tierra mecnicamente estabilizada fue desarrollada por

primera vez en los aos 60 del siglo pasado, por el Ingeniero Francs Henri

Vidal (Schlosser, 1972), quin creo y patent la Tierra Armada.

La tecnologa creada por Vidal consiste en la estabilizacin mecnica de

un terrapln por medio de la inclusin de tiras metlicas, las cuales refuerzan

el suelo por el efecto de interaccin que se genera entre ambos, aumentando

significativamente su resistencia. Las tiras son conectadas en su extremo a un

muro de revestimiento, que sirve principalmente para prevenir el escape del

relleno y que est constituido por diversas placas, tal como se muestra en la

figura 2.12 y que en la tecnologa original desarrollada por Vidal, eran de

acero. La configuracin general de una estructura de tierra mecnicamente

estabilizada y sus componentes, se muestra en la siguiente figura:

Figura 2.12: Componentes de un muro de Tierra Armada.

A partir de la creacin de la tecnologa de Tierra Armada, se han

desarrollado diversas alternativas de muros de tierra mecnicamente estabilizada

mediante el empleo de nuevos materiales. As, como material de refuerzo se

emplean actualmente tiras y mallas metlicas (armadura inextensible), y diversos

materiales polimricos como pueden ser geotextiles y geomallas (armadura

extensible), mientras que como material de revestimiento el hormign

prefabricado es empleado en la gran mayora de las aplicaciones.

26


El proceso constructivo de estos muros consiste en la ejecucin de un relleno

compactado en capas de espesor uniforme, el cual es contenido por placas de

revestimiento que son instaladas al finalizar la compactacin de cada capa. A

cada nivel de tierras se instalan las tiras de refuerzo que son conectadas a las

placas mediante adecuados sistemas de sujecin. Estos muros pueden alcanzar

alturas sobre los 30 m, dependiendo de las aplicaciones para las cuales son

empleados.

Figura 2.13: Muro de Tierra Armada y sistema de conexin para tiras de refuerzo.

Las placas de revestimiento empleadas en estos muros tienen distintas

configuraciones geomtricas (rectangulares, hexagonales y/o en forma de cruz), y

en general sus dimensiones son de 1,501,50 m. En cuanto a los sistemas de

refuerzo, estos son instalados en el relleno a intervalos regulares, con

separacin vertical (Sv) y horizontal (Sh) de aproximadamente 0,75 m, y en el

caso de ser metlicos, son elaborados de acero galvanizado por los problemas de

corrosin a los cuales se ven sometidos.

CAPITULO III

DISEO DE MUROS DE SUELO MECNICAMENTE ESTABILIZADO

27


3.1 ALCANCES

El presente captulo no pretende ser un manual de diseo, sino presentar

conceptos generales de diseo. No existiendo una normativa chilena de diseo

vigente a la fecha, el presente documento expone normas y criterios

internacionales, los cuales se pueden consultar en la bibliografa anexa.

3.2 INVESTIGACION DE CAMPO Y ESTUDIOS PREVIOS

El diseo de los muros de tierra reforzada se inicia con una ingeniera

bsica, es decir, con todos los estudios previos que delimitan el proyecto y que

son los datos de ingreso para el diseo.

Estos estudios previos e investigaciones de campo son:

EVALUACIN TCNICO -ECONMICA

La evaluacin tcnica es la primera aproximacin al proyecto. En base a

los esfuerzos estticos (cargas vivas y muertas) y dinmicos (sismos o

impactos), as como las condicionantes del terreno, se evala si esta tecnologa

es una alternativa de solucin.

La evaluacin econmica del anteproyecto determinar si la alternativa es

competitiva.

TOPOGRAFA

Esta tcnica indica cmo se posiciona el proyecto e interviene el

terreno, definiendo la geometra del muro. La topografa puede invalidar la

solucin si la extensin del macizo interviene zonas vecinas o genera cortes no

factibles de materializar.

MECNICA DE SUELOS

28


Define los parmetros del relleno del macizo (suelo reforzado), relleno a

trasds (suelo contenido) y el suelo de apoyo (suelo de fundacin), as como los

parmetros dinmicos atingentes al proyecto. Por lo tanto, es fundamental en el

clculo del muro, tanto en la estabilidad interna como externa.

ZONIFICACIN SSMICA

Determina los esfuerzos dinmicos para los cuales tiene que estar

calculado el muro. Lo anterior depender del emplazamiento de la obra, tipo de

suelo e interaccin con estructuras vecinas.

VIDA TIL

La vida operativa de la obra quedar definida por el proyecto del cual

forma parte la estructura, pudiendo ser mnima para una obra temporal, y de 75 o

ms aos para una obra permanente.

MATERIALES DISPONIBLES

La disponibilidad y caractersticas de los yacimientos influyen no slo en el

costo directo de su explotacin y transporte, sino en el diseo del muro y por

lo tanto en el costo del suministro de los elementos especiales del sistema.

Suelos salinos o agresivos pueden hacer poco competitiva la alternativa de la

tierra reforzada.

OTROS ESTUDIOS

En funcin del proyecto, es posible que se requieran otros estudios previos. Tal

es el caso de muros inundables, los que requerirn de estudios hidrulicos y

geotcnicos especiales.

29


3.3 PARMETROS Y DATOS DE DISEO

Los parmetros de clculo quedan definidos por las investigaciones y estudios previos

indicados anteriormente. Esto se traduce en los siguientes datos de entrada (ver Figura ):

a) Geometra del muro: Son los datos dimensionales del muro, como:

H= altura del muro (m)

L= largo de armaduras (m)

w= ngulo talud sobre muro (1)

b) Condiciones del relleno del macizo: Corresponde al relleno del macizo en contacto

con el reforzamiento, con parmetros como:

g1 = peso unitario del relleno (KN/ M3)

F1 = ngulo de friccin interna

()

30


c) Relleno posterior: Corresponde al suelo a trasds del muro.

d) Los parmetros utilizados son:

2 = peso unitario del suelo retenido (KN/M3)

2 = ngulo de friccin interna

c2 = cohesin del suelo (MPa)

e) Suelo de apoyo: Se utilizan:

3 = ngulo de friccin interna ()

c3= cohesin del suelo (MPa)

f) Tipo de armaduras: Resistencia a la traccin del reforzamiento. Tr (M Pa)

g) Geometra de las armaduras:

longitud L (m)

ancho b (mm), para barras planas

espesor eo (mm), para barras planas

dimetro (mm), para mallas

h) Tipo de paramento: Placas prefabricadas de hormign.

31


Establecidas las dimensiones y parmetros del muro, se determinan los estados de

carga ms realistas para el diseo del mismo. Los estados usuales de anlisis

son los indicados en la figura 3, en que se considera:

Caso 1: Toda la sobrecarga a trasds del macizo. Desfavorable para el

deslizamiento y volcamiento.

Caso 2: Sobrecarga sobre el macizo y a trasds. Desfavorable para la capacidad de

soporte.

Sin Caso 3:

sobrecarga. Desfavorable para el deslizamiento

32


Los factores de seguridad se determinan segn el tipo de clculo

escogido, es decir, por estados lmite (limit states) o por tensiones de trabajo

(working loads). Asimismo, deben discriminarse segn se analice la estabilidad

externa o interna.

Estados Limite (LS)

En el caso de estados lmite, se define un factor de seguridad a la ruptura de

la armadura, utilizando los factores de seguridad habituales. A lo anterior se

adicionan los llamados "factores de carga". Estos factores amplifican las

sobrecargas entre 30 y 60%, adems de aumentar los empujes a trasds en la misma

magnitud.

Tensiones Admisibles (WS)

Para las tensiones admisibles se define un factor de seguridad a la fluencia de

la armadura, no utilizando factor de carga alguno. El factor de seguridad a la

fluencia depender del refuerzo, variando entre 1,8 y 2,0.

Tabla 1: Factores de seguridad estticos usuales

CRITERIO WS

LS

Deslizamiento del macizo 1,5

1,2

Volcamiento del macizo 2,0

1,5

Capacidad de soporte suelo fundacin 2,0 1,5

Resistencia a la traccin de armaduras 1,5

33


Adherencia suelo / armadura 1,5

1,3

= 55% o 48% de la tensin de fluencia para una barra o malla,

respectivamente.

3.4 ESTABILIDAD EXTERNA

Este anlisis corresponde a la estabilidad del macizo de tierra reforzada

corno elemento de contencin, respecto a las solicitaciones externas tanto del

relleno contenido tras l, como el de sobrecargas. Se entender por macizo a

todo lo contenido en el rectngulo H * L, segn la siguiente figura.

A continuacin se desarrollar la metodologa bsica de diseo, la que

podr modificarse segn la norma exigida por el mandante para cada proyecto en

particular, tomando como ejemplo un muro de geometra regular (sin talud

superior, de largo de armaduras uniforme).

34


El anlisis es el siguiente:

Para el caso de cohesin c2 = 0, se establece el empuje del relleno (P) retenido

por el macizo de la tierra reforzada, en funcin del ngulo de friccin interna

del suelo retenido y la geometra del muro, como:

P= (K 2 *2) * (H2 /2)

Donde:

K2 = Coeficiente de empuje activo del relleno a trasds del macizo 2 = Peso unitario del suelo retenido

H =altura efectiva

Luego, las componentes sern:

Ph = P* cos (empuje horizontal)

Pv = P* tan (empuje vertical)

Con:

= inclinacin del diagrama de empuje respecto a la horizontal

Q1 = resultante de la sobrecarga sobre el macizo

Wm = peso del macizo

35


xr = brazo del peso del macizo

Esta ltima inclinacin depender del ngulo de friccin del relleno, del talud

y de la geometra del macizo.

b) La sobrecarga sobre el relleno posterior al macizo (q2) queda incorporada al

empuje sobre el mismo, con la siguiente simplificacin ( = 0)

Pq= ( k 2 * q2 ) * H

c) Se verificar: Deslizamiento del macizo en la base.

Rv * tan 3 + c3 L = (FS) g

Rh

Rv * tan 1 = (Fs) g

Rh

Se tomar el factor de seguridad menor entre ambas expresiones, con:

Rv = peso del macizo (Wm), ms la resultante de la sobrecarga sobre el macizo

(Q1), y ms la componente vertical del empuje (Pv).

Rh= componentes horizontales del empuje (Ph + Pq)

(FS)g = factor de seguridad al deslizamiento

Volcamiento

El punto de volcamiento en torno al punto 0, FS, se define como:

Mr = (FS)r

Ms

con:

Mr= momento resistente con respecto al punto 0

Mr = (Wm * L/2)

Ms= momento solicitante con respecto al punto 0

Ms =( PH * H / 3) + ( Pq * H / 2) ( Q1 * xq) ( Pv * L)

36


(FS)r = Factor de Seguridad al Volcamiento

Capacidad de soporte

La tensin vertical de trabajo de diseo, qt, en la base del muro, se obtiene

usando el mtodo aproximado de Meyerhof, debiendo verificarse

qt Rv = q adm

L - 2e

Con:

e = (Ms - (Mr - Rv * L / 2)

Rv

Luego: qt = qa

37


Con:

qa = tensin admisible en el suelo de apoyo

(FS) c = Factor de Seguridad a la Capacidad de Soporte

e = Excentricidad

La excentricidad deber ser controlada segn alguna norma o criterio del

proyectista.

3.5 ESTABILIDAD INTERNA

Corresponde al anlisis del equilibrio interno del macizo, es decir, el

equilibrio entre las fuerzas internas de empuje y el rozamiento entre el suelo y

la armadura. La secuencia de anlisis en todos los niveles de las barras o

mallas es la siguiente:

a) Para cada nivel del macizo, o mejor dicho, nivel de armadura (z), se

determina la tensin vertical sv, la cual est dada por la carga vertical Rv

dividida por el rea de aplicacin. Para el anlisis por ancho unitario, el

largo de aplicacin corresponde a Lv. Luego,

v(z) =Rv (z) Lv

Los factores de carga, si corresponde, deben ser incluidos en el anlisis.

b) La tensin horizontal sh se establece multiplicando la tensin vertical antes

calculada por el coeficiente de empuje horizontal K.

Luego:

h = K * v

38


El valor del coeficiente K en el caso de la armadura inextensible es una funcin

del coeficiente en reposo Ko y activo Ka, con la siguiente distribucin (ver

figura):

K = C1 * Ko* (zo - z ) + C2 * K a* z

para 0 < z < 6.0 m

zo zo

K = C2 * Ka

para z = 6.0 (ver Figura)

con:

Ko = 1 sen F1

empuje en reposo

Ka = tan sen2 ( p / 4 - F1 / 2 )

empuje activo

C 1 y C2 => 1

factores de mayoracin

segn tipo de refuerzo y

39


norma.

Esta modelacin es producto de numerosas investigaciones ante

solicitaciones estticas y dinmicas. La distribucin indicada podra variar

segn el tipo de armadura y la norma de diseo utilizada.

c) Con la tensin horizontal definitiva para cada nivel (z), se establece la

presin horizontal (Tm) en funcin del espaciamiento vertical (H) y el nmero

de armaduras por metro lineal de muro(n).

TM = h * H n

d) Para cada nivel (z) se comprueba que la tensin de trabajo (Tm) sea menor que

la resistencia mxima a la traccin de las armaduras (Tr):

TM = Tr

Con:

Tr = R* ( FS )1

donde:

R = Resistencia mxima a la traccin del acero (LS) o tensin

de fluencia (WS).

G = Espesor de sacrificio. La funcin depender del tipo de

armadura. Para barras, G = (eo-es)/eo, con eo = espesor

inicial y es = espesor de sacrificio.

(FS)t = Factor de Seguridad a la Ruptura de las armaduras

Los valores del espesor de sacrificio dependen de la vida til de la estructura,

tipo de acero (galvanizado o no) y si la obra est sumergida.

40


e) La tensin mxima en la conexin de la armadura y la placa de hormign viene

dada por:

Tro = * Tr

Con:

Tro = tensin admisible en la conexin

= funcin del tipo de armadura.

En el caso de barras atornilladas:

= (b-d) / b, con b = ancho de barra y d = dimetro de perforacin.

f) Finalmente, es necesario verificarla capacidad de adherencia o friccin entre

el elemento de armadura y el suelo. Esta capacidad Tf queda establecida por:

Tf = 1 * Cr * f * La * ( 1 * ha)

(FS) f

Con:

f = coeficiente de adherencia

Cr = coeficiente de refuerzo, que representa la superficie de roce.

La = largo de adherencia

ha = altura efectiva del relleno sobre la barra

1 = peso unitario del relleno

(FS) f = Factor de Seguridad a la adherencia

El coeficiente de adherencia tiene una distribucin como la indicada en la

Figura, siendo mayor en el coronamiento y menor, hasta un valor constante igual

a tan F1 , al disminuir la altura.

f = fo * ho - ha + f 1 .* ha para 0 < h < 6m

h ho

41


f = f 1 para

h = 6 m

f o y f 1, coeficientes de roce que dependen del tipo de armadura y tipo de

suelo.

El coeficiente de adherencia queda determinado por la granulometra del material

y por el tipo de armadura.

Luego se debe cumplir:

Tm = T f

3.6 DISEO SISMICO

El diseo ssmico analiza la estabilidad interna y externa del mismo modo

que en el caso esttico, adicionando las fuerzas de inercia generadas por el

sismo.

Lo primero que se requiere para el anlisis es la aceleracin mxima

horizontal de campo libre, Ao, definida por un especialista o norma. Este valor

42


depender de la zona ssmica, del tipo de suelo u otra consideracin

especial del proyecto

(amplificaciones por topografa, etc.). Esta aceleracin de campo, que considera

todos los factores antes mencionados, se denominar aceleracin efectiva mxima

de diseo

Una vez obtenida la aceleracin efectiva mxima Ao, se procede a

determinar el coeficiente ssmico mximo de diseo CSmax, mediante la siguiente

relacin:

CS max = Ao * (1,45 - Ao )

g g

Con:

g = aceleracin de gravedad

Para aceleraciones Ao superiores a 0.45 g, se seguirn las especificaciones de

una norma o especialista al respecto. Esta ecuacin representa la amplificacin

de la aceleracin en el macizo de tierra reforzada.

3.6.1 Estabilidad Externa

43


La estabilidad externa usualmente considera dos estados de carga, con inclusin

de sobrecargas y factores de reduccin de carga viva, si as correspondiera (ver

figura ).

Usualmente se tienen los siguientes factores de reduccin y (estados lmite):

Cargas de trfico:

= 0.4

Estructuras de almacenamiento (estanques): =

0.8

Galpones o edificios:

T = 1.0

Para el clculo en tensiones admisibles, = 1

El clculo es idntico al caso esttico, incluyndose las fuerzas de inercia del

relleno retenido por el macizo, representadas por la componente ssmica obtenida

con la expresin de Mononobe-Okabe (Eae), la fuerza de inercia transmitida por

la sobrecarga en este mismo relleno (Eaeq) y la fuerza de inercia del macizo

(EI).

El coeficiente ssmico horizontal incorporado al diseo, Cs, de los

sistemas de tierra reforzada corresponde normalmente a una fraccin del

coeficiente ssmico mximo, lo que implica aceptar corrimientos ssmicos

44


limitados en la base del muro y en los tirantes. En reemplazo de un anlisis que

determine estos corrimientos ssmicos, se propone utilizar un coeficiente

ssmico, Cs, obtenido como:

Cs = 0.5 * CSmax

El factor que relaciona los coeficientes Cs y Csmax puede modificarse segn sean

los requerimientos del proyecto.

De este modo:

EI = Cs * Wm

El empuje por Mononobe-Cikabe queda establecido por:

Eae= 1 * Kae * 2 * H 2

2

Con:

Kae = Kae - K2

Kae = coeficiente de empuje esttico + ssmico dado por la relacin de

Mononobe Okabe

K2 = coeficiente de empuje esttico

El valor del coeficiente Kae est definido como:

Kae = ( cos (2 - ) )2

( ( cos * ( 1+ (sen 2 - - ) / (cos * cos))2

Con:

= arctan (Cs), (se considera nulo el coeficiente ssmico vertical)

El incremento del empuje por sobrecarga Eaeq queda establecido por la siguiente

relacin:

Eaeq = Eae * Pq *

45


P

Con estas ecuaciones se verifican:

Deslizamiento

El mismo equilibrio establecido para el caso esttico.

Rv = (Wm) + Q1 + PV

Rh = EI + (Ph + Pq) + (Eae + Eaeq)

Con:

Ql = carga viva sobre el macizo

PV = componente vertical del empuje

Volcamiento (en torno al punto 0 de la base)

El momento resistente es: Mr = (Wm) * L

2

El momento solicitante es:

46


Mr= ( EI * H ) + ( Ph * H + Pq * H ) + (Eae+Eaeq) * 0,6 H- Q1 * xq P V *L

2 3 2

Capacidad de soporte

Se verifica del mismo modo establecido en el diseo esttico.

3.6.2 Estabilidad Interna

La estabilidad interna se analiza en forma idntica que en el caso esttico,

aadiendo la inercia de la cua activa.

La cua activa queda establecida por la localizacin de la lnea de mximas

tensiones de las armaduras, distribucin propia de los sistemas inextensibles.

De este modo, la tensin en las armaduras viene dada por:

47


Tm = Tm 1 + Tm 2

TM 1 es la tensin obtenida por el anlisis esttico, es decir:

TM 1 = h * H n

Con:

h = tensin horizontal

H = espaciamiento entre barras

n = nmero de barras por metro lineal

TM 2 equivale al incremento ssmico, es decir, a la inercia de la cua

activa. Para su clculo se considera la masa de la cua activa por el

coeficiente ssmico horizontal. La fuerza Ed de la cua ssmica equivalente (Wa)

queda definida por:

48


Ed = (Wa + Q 1') * Co * ac

g

TM 2 = b * La * Ed para barras

N

ni * bi * Lai i=l

Ql = sobrecarga sobre el macizo, si corresponde

b = ancho de la barra de acero

Lai = largo de adherencia de la barra en el nivel i

ni = nmero de barras por metro lineal en el nivel i

El valor del coeficiente Co

49


Estas deformaciones pueden ser comunes o extraordinarias, es decir, contempladas

en el diseo original o producidas accidentalmente.

Las causas ms comunes de las deformaciones de servicio son:

Asentamientos totales o diferenciales del suelo de apoyo del muro.

Eventos ssmicos superiores a los de diseo

Rellenos mal compactados o no controlados

Eventos no considerados (socavaciones, empujes hidrostticos, mayores cargas a

las de diseo, etc.)

Cualquiera de estas causas, en forma nica o en efecto combinado, podra

provocar deformaciones tanto horizontales (desaplomes o desplazamientos) como

verticales (hundimientos o asentamientos).

La experiencia mundial ha demostrado que estos eventos son mejor

tolerados por los muros de tierra reforzada que por estructuras tradicionales de

hormign.

Especficamente en el caso ssmico, por ejemplo, las mayores

deformaciones detectadas con eventos ssmicos superiores al doble del diseo,

fueron menores al 3% de la altura del muro (Kobe, 1995).

Lo ms importante de este fenmeno es que ste sea compatible con las

estructuras apoyadas o adosadas a ella, pudiendo ser controlado mediante un

seguimiento post construccin.

3.8 CONSIDERACIONES ESPECIALES

50


La aplicacin de muros en diversas reas y situaciones de ingeniera,

lleva a enfrentarse a casos donde habr que hacer consideraciones especiales

para el diseo.

Los casos especiales considerados en este captulo son los ms

frecuentes. Existen otras posibilidades, pero su solucin debe ser investigada

en la bibliografa especializada, ya que no es la finalidad de esta tesis

realizar un exhaustivo tratado sobre los muros de tierra reforzada.

CAPITULO IV

ESPECIFICACIONES TCNICAS GENERALES PARA OBRAS DE TIERRA ARMADA

4.1 DEFINICION Y CLASIFICACION

Se definen como obras de contencin de tierra reforzada aquellas basadas en

armaduras metlicas intercaladas entre capas de relleno granular seleccionado.

Las armaduras se disponen horizontalmente, por lo general perpendiculares a las

placas, unidas entre s de forma no rgida. Las placas constituyen el paramento

exterior de las obras de contencin.

Las obras de tierra reforzada se clasifican:

a) Segn su duracin prevista de servicio

Provisionales: duracin hasta 5 aos.

Definitivas: duracin igual que la de la obra general de la que

forma parte.

51


b) Segn sus condiciones ambientales

Saturadas: El relleno est inundado total o parcialmente,

permanente o

temporalmente en agua dulce, entendiendo como agua dulce aquella que es

potencialmente potable. Ej.: ros, lagos, esteros de agua dulce.

Secas: El relleno est adecuadamente drenado y protegido de la

infiltracin, y la saturacin puede considerarse como un fenmeno espordico, de

corta duracin y no peridico.

Martimas: La obra est en contacto con aguas saladas, bien sea por

inmersin o porque pueda estar sometida a la accin directa de las olas o de sus

salpicaduras.

Especiales: La obra est sometida a condiciones no usuales de agresividad:

corrientes errticas, rellenos industriales, rellenos salinos, cercana de agua

o lquidos agresivos, etc.

4.2 MATERIALES PARA RELLENOS DE OBRAS DE TIERRA REFORZADA

4.2.1 Definicin

Se denomina materiales para rellenos de obras de tierra reforzada a

aquellos suelos granulares que se utilizan para formar el cuerpo de los macizos,

tras su vertido, colocacin y adecuada compactacin, tales como: gravas

arenosas, arenas gravosas, arenas y arenas limosas.

4.2.2 Condiciones generales

52


Los materiales a emplear sern suelos granulares obtenidos de los

yacimientos que se determinen en los planos y especificaciones tcnicas

particulares.

4.2.3 Caractersticas mecnicas

El material de relleno deber tener un ngulo de rozamiento interno no

inferior a 25.

Si el material que pasa bajo malla ASTM N 200 (0,080 mm) es inferior al

15%, el suelo se considerar vlido desde el punto de vista mecnico. En los

casos en que dicho % se supere, se podr aprobar una vez realizado un ensayo de

corte directo o triaxial para determinar el ngulo de rozamiento interno.

El tamao mximo de las partculas no podr ser superior a 250 mm, a

menos que sea definido de otra forma por el mandante y/o la empresa proveedora.

4.2.4 Caractersticas fsico-qumicas

Introduccin

Las caractersticas fsico-qumicas del material debern cumplir con un conjunto

de especificaciones, las que podrn variar en el caso de proyectos especiales

(ej.: obras martimas).

Estas especificaciones son:

a) Resistividad elctrica

La resistividad elctrica del suelo saturado (ASTM G 57) deber ser superior a:

1.000 cm para obras secas

3.000 cm para obras saturadas

53


b) Actividad en iones hidrgeno (pH)

El pH de la mezcla agua-suelo deber estar comprendido entre 5 y 10. c) Contenido en sales solubles

La mezcla agua-suelo tendr un contenido de iones cloruro (CI) y sulfato (SO4) y no deber sobrepasar los siguientes valores:

- Obras secas CI = 200 mg/kg SO4= 1.000 mg/kg - Obras saturadas CI = 100 mg/kg SO4= 500 mg/kg d) Contenido orgnico

El relleno deber estar libre de todo contenido orgnico. Estas exigencias son las normales para rellenos estructurales utilizados en

obras civiles. Casi todos los suelos granulares naturales de Chile cumplen estas

exigencias, a excepcin en general de los suelos salinos de la I y II regin.

4.3. ELEMENTOS METLICOS PARA OBRAS DE TIERRA REFORZADA

a) Definicin

Se denomina elementos metlicos de tierra reforzada a las armaduras en todos los casos, a los arranques o clavijas para las armaduras de las placas de hormign, a los empalmes y enganches, as como a los pasadores o tornillos que se utilizan para unir entre s armaduras y placas.

Todos los elementos metlicos se fabrican en acero dulce de bajo contenido en carbono, con un recubrimiento de zinc por galvanizacin en caliente (Tierra Armada).

En cada estructura se utilizarn elementos de un solo tipo de material, es decir, con o sin proteccin de galvanizacin, utilizndose los no galvanizados nicamente en obras martimas, suelos agresivos y obras provisionales.

b) Corrosin de las armaduras

Los espesores nominales de los elementos metlicos sern tales, que tras deducir los espesores de seguridad correspondientes a la corrosin que se detallan en la Tabla 2, los espesores remanentes sean iguales o mayores que los previstos en

los clculos (en mm). Tabla 2: Espesores de sacrificio en mm

54


Acero sin galvanizar Acero

galvanizado

Obra/Condicin Seca Saturada Martima Seca Saturada Martima Provisional (5 aos) 0,5 0,5 1,0 Definitiva (75 aos) 0,5 1,0 1,5

Definitiva (100 aos) 7,0 1,5 2,0

Especial SP SP SP

SP SP SP

Notas: i) SP = segn proyecto ii) Los espacios en blanco se tratarn como casos especiales.

Por ejemplo, una obra provisional y saturada tendr un espesor de

sacrificio de 0,5 mm al utilizar acero sin galvanizar.

c) Caractersticas del acero

Armaduras

El acero ser del tipo ASTM A -82, para el caso de mallas, y grado 65 segn ASTM

A 572 para el caso de barras.

Pernos

Debern cumplir con la norma ASTM A 325 o equivalente.

d) Galvanizado

Generalidades

En el caso de que se especifique como material metlico el acero galvanizado,

todas las piezas sern galvanizadas en caliente (Tierra Armada), conforme a las

normas ASTM A 123, ASTM A 143 o ASTM A -153.

Aspecto superficial del recubrimiento

55


Ser revisado visualmente, no debiendo presentar picaduras o rayaduras. Adems

el recubrimiento podr presentar una cristalizacin visible, diferente entre

ambas caras. La cristalizacin deber ser homognea en su conjunto, sin importar

el tamao de los cristales y su densidad de reparto.

En caso de que se detecten picaduras o saltaduras de menor envergadura, stas

debern ser tratadas con galvanizado en fro.

Peso del recubrimiento

El peso nominal del recubrimiento en el caso de galvanizado en caliente no podr

ser menor de 500 g/M2 en cada cara (5 gr/dM2) para las barras.

4.4. ELEMENTOS PREFABRICADOS DE HORMIGN PARA PLACAS DE OBRAS DE

TIERRA REFORZADA

a) Definicin

Se denomina placas para obras de tierra reforzada a aquellos elementos

prefabricados de hormign, armados o no, provistos de arranques para armaduras

metlicas y de dispositivos para el acoplamiento entre elementos. Tendrn por

objetivo constituir los paramentos o cara visible de las obras de tierra

reforzada.

b) Hormign

Las placas sern prefabricadas en planta o en obra, segn corresponda.

El hormign se dosificar para alcanzar las resistencias del proyecto.

El tamao mximo de los ridos ser de 25 mm.

56


Los ridos, as como el cemento, no tendrn caractersticas agresivas respecto

al metal de los arranques y enganches para las armaduras de tierra reforzada.

Los elementos se hormigonarn horizontalmente con la cara exterior (paramento)

hacia abajo sobre el encofrado y la cara interior hacia arriba.

El hormign se colocar sin interrupcin, teniendo cuidado de que no entren en

contacto, bajo ningn concepto, los enganches de las armaduras de tierra

reforzada y las armaduras de la placa.

El hormign se vibrar, y se controlar que penetre en todas las esquinas y

huecos, para evitar nidos y otros defectos.

Se utilizar el mismo tipo de desmoldante para todos los elementos.

c) Armaduras para hormign

Las armaduras de las placas cumplirn las condiciones del hormign armado

indicadas en las especificaciones tcnicas.

d) Dimensiones y tolerancias

Las dimensiones y tolerancias de los elementos sern las fijadas en los planos.

e) Manejo y reparacin

Se tomarn todas las precauciones necesarias en el manejo y almacenamiento, para

evitar daar los elementos, erosionar la superficie exterior (paramento) y

doblar los arranques para las armaduras de tierra reforzada.

Se indicar claramente en la parte trasera o lateral de cada placa la fecha de

hormigonado.

Las placas podrn ser reparadas en obra, en caso de daos menores.

4.5. APOYOS DE PLACAS DE HORMIGN

a) Definicin

57


Se define esta unidad como el elemento situado entre dos placas de hormign que

estn colocadas una encima de otra y que tiene por misin obtener un contacto

flexible que permita el giro y un cierto desplazamiento relativo entre las dos

placas.

b) Caractersticas generales

Los apoyos consisten en una placa de neopreno o plstico, de las calidades

especificadas por el proveedor.

c) Caractersticas mecnicas

Las caractersticas mecnicas sern las especificadas por el proveedor.

d) Dimensiones y tolerancias

El espesor de las juntas ser de 20 2 mm. La longitud y ancho de los apoyos

sern los fijados en los planos y especificaciones.

4.5.1 Tratamientos de juntas entre placas

Segn sea el proveedor, las juntas estarn conformadas por una espuma de

poliuretano o por un geotextil.

a) Juntas de espuma de poliuretano para placas de hormign

Las juntas de espuma de poliuretano rellenarn los espacios laterales entre

elementos vecinos en las placas de hormign. Estas juntas estn formadas por

tiras de espuma de poliuretano de clulas abiertas, con una seccin cuadrada 4 x

4 cm.

El material deber presentar un buen aspecto, sin indentaciones ni cortaduras ni

signos de descomposicin. Ser suficientemente resistente como para permitir su

manejo y puesta en obra sin sufrir daos.

58


b) Juntas de geotextiles para placas de hormign

Estas juntas se colocarn, en su caso, fijadas a la parte trasera del paramento,

cubriendo las juntas verticales y horizontales. Estarn formadas por tiras de 30

cm mnimo de ancho de material geotextil para filtros de un gramaje mnimo de

125 gr/M2.

c) Casos especiales

En el caso de que se prevea la ocurrencia de un flujo de agua a travs del

paramento, se debern complementar los dispositivos anteriormente sealados, con

los recomendados por especialistas en la materia.

4.6. ELEMENTOS PARA LA UNIN DE ARMADURAS Y PLACAS

Los elementos de unin de armaduras y placas sern tornillos con sus

correspondientes tuercas o pasadores, todos de acero de alta resistencia. Se

utilizarn con o sin proteccin galvnica, dependiendo de si la tienen o no las

armaduras y otros elementos metlicos.

Las dimensiones nominales para los tornillos y pasadores sern las que

especifique el proyecto.

El acero de los tornillos tendr un lmite elstico de 600 MPa, conforme a norma

ASTM A 325.

4.7. HORMIGN PARA EMPLANTILLADO

Este material se ajustar en todo a las caractersticas definidas por el

proveedor, debiendo estar bien nivelado y de terminacin lisa.

4.8. MATERIAL PARA LA EJECUCIN DE CAPAS DRENANTES

59


Este material se ajustar en todo a las caractersticas exigidas para drenes en

las especificaciones tcnicas generales.

4.9. TOLERANCIAS Y TERMINACIONES

4.9.1 Relleno

La terminacin del relleno estar de acuerdo con las exigencias del proyecto.

4.9.2 Paramento

En lo que respecta al paramento, las tolerancias recomendadas sern las

siguientes:

Respecto al trazado en planta, se recomienda que el paramento no puede estar

alejado ms de 50 mm de su posicin terica.

El desplome total del paramento se recomienda que sea inferior a uno por

ciento

(1 %) de la altura total del muro.

El mandante podr, segn los requisitos estticos y funcionales de cada obra,

modificar las tolerancias de montaje del paramento antes indicadas.

60


CAPITULO V

ESPECIFICACIONES PARA EL MONTAJE DE OBRAS DE TIERRA ARMADA

En el presente capitulo se describen las operaciones necesarias para realizar un

correcto montaje de las obras de TIERRA ARMADA, as como recomendaciones

prcticas para la organizacin de la obra.

Las instrucciones reseadas a continuacin son de aplicacin general. Cuando la

estructura a montar tenga algunas especificaciones especiales, ello se indicar

en los planos de proyecto.

En cualquiera de los casos, cualquier tipo de problema que pudiera surgir en el

curso del montaje ser resuelto por personal tcnico de TIERRA ARMADA S.A. y, en

especial, por el supervisor del montaje en obra.

5.1. OPERACIONES PREVIAS AL MONTAJE DE LA ESTRUCTURA

5.1.1. Tipo de organizacin

La ejecucin de la estructura de Tierra Armada debe ser organizada como una obra

de movimiento de tierras.

61


El rendimiento en el montaje del paramento y la colocacin de las armaduras

depende directamente de una buena organizacin del movimiento de tierras.

El espesor de las capas depender del tamao mximo y del equipo compactador

utilizado. El volumen de cada una de ellas viene determinado por la longitud del

muro y la longitud de las armaduras.

En el caso de existir terrapln de acceso y/o derrame en el lado opuesto del

paramento, habr que sumarlo al volumen del macizo armado, sin que dicho

incremento de tierras deba necesariamente cumplir las condiciones especficas

impuestas para los macizos de Tierra Armada.

5.1.2. Estimacin del equipo necesario para el montaje

El equipo humano que estimamos necesario por frente de trabajo, es:

Un capataz, jefe de equipo o similar.

Un carpintero, albail o similar.

Tres o cuatro jornales.

Adems de todos los elementos prefabricados que constituyen la estructura de

Tierra Armada y que se suministran a obra sobre camiones, TIERRA ARMADA LTDA.

facilitar el siguiente material de montaje:

Eslinga para descarga de placas (fig. 1).

Eslinga de montaje con anillo especial de enganche a la gra (fig.

2).

62


Plantilla de glibo (fig. 3).

Equipos mecnicos y accesorios a disponer por el contratista.

Una pequea gra mvil de 2t. de potencia.

Gatos para rigidizacin de placas durante el montaje (fig. 4).

Cuas de madera (fig. 5).

Llaves fijas del 20. - Barras de ua.

Regla metlica de 4m.

Nivel y plomada.

Madera para apuntalar la primera fila de placas.

Largueros de madera para el acopio de placas (fig. 6).

63


Con los equipos que hemos sealado se deben realizar las operaciones necesarias

de: descarga, acopio, montaje, reglaje de placas y colocacin de armaduras.

Un rendimiento normal de montaje, en condiciones aceptables de acceso a la obra

y de longitud de la misma puede cifrarse entre 50 y 80 m2/dia de paramento

terminado, una vez finalizada la colocacin de la primera fila de placas, que es

evidentemente la ms laboriosa.

5.2. DESCARGA Y ACOPIO DE LOS ELEMENTOS PREFABRICADOS

Es aconsejable disponer de un acopio de elementos prefabricados mnimo para

ocho-diez das de montaje, previsin de posibles inconvenientes derivados

fundamentalmente del transporte.

5.2.1. Armaduras

Las armaduras llegarn a obra generalmente en camiones de gran tonelaje (25 t.),

en paquetes de 50 a 100 unidades, con un peso de 1.80 Kg. por metro de armadura.

Se descargarn con ayuda de una gra y los paquetes de armaduras de ms de 6 m.

de longitud se debern descargar y manipular con ayuda de un perfil metlico.

64


Es necesario evitar doblar las armaduras para no daar el galvanizado del acero.

En cuanto al acopio de las armaduras, para evitar posteriores errores y

facilitar el montaje, almacenarlas por longitudes, con una tablilla que indique

la dimensin y tipo de cada acopio (fig.7).

Las armaduras no deben colocarse directamente sobre el suelo, si no sobre madera

para evitar el contacto con el agua, sobre todo cuando el perodo de

almacenamiento pueda ser prolongado.

Los pernos y tuercas deben almacenarse en local cerrado para evitar su prdida.

No se pueden emplear otras tuercas y pernos que los suministrados por TIERRA

ARMADA LTDA., siendo especialmente peligroso utilizar pernos comerciales sin

autorizacin expresa de TIERRA ARMADA LTDA.

5.2.2 Placas

Las placas prefabricadas de hormign llegarn a obra en camiones de gran

tonelaje (25 t.), por lo que el acceso a obra deber ser el adecuado.

65


Tanto el transporte como el almacenaje se hace con las placas en posicin

horizontal y los arranques hacia arriba.

La descarga y colocacin de las placas en el acopio se realiza con ayuda de

eslingas especiales de descarga.

El acopio se realiza segn el croquis de la figura 8.

Las pilas no debern tener, en altura, ms de seis placas de hormign.

Los arranques no deben doblarse en ningn caso, apoyando unas placas sobre

otras.

La superficie de una placa tipo es de 2.25 m2 y su peso aproximado es de 800 Kg.

5.2.3 Juntas

Las juntas verticales y horizontales son de espuma de poliuretano de clulas

abiertas y su funcin es la de permitir el paso del agua, impidiendo la prdida

de finos del material de relleno. Su seccin es de 40 cm y la longitud

aproximada de cada tira es de 2m.

En los casos en que la estructura de TIERRA ARMADA pueda permanecer inundada

temporal o permanentemente, se emplearn juntas verticales y horizontales tipo

66


"geotextil permeable no tejido" pegadas a las placas. La especificacin ser

definida en los planos de proyecto.

En las juntas horizontales entre placas se dispondrn dos o ms tacos de

neopreno, en funcin de la altura del paramento.

5.3. OPERACIONES DE MONTAJE

5.3.1. Excavacin

Una vez ejecutado el trazado de la obra, se proceder a efectuar las

excavaciones que correspondan segn el proyecto pertinente, cuidando de respetar

los taludes y cortes del proyecto as como las eventuales obras de entibacin

que corresponda. Esto deber ser recibido conforme por la Inspeccin Tcnica de

la Obra.

5.3.2. Sello de excavacin

El sello de las excavaciones bajo el macizo de tierra mecnicamente estabilizada

deber ser recibido conforme por el Ingeniero Geotcnico del proyecto.

67


El Ingeniero Geotcnico podr solicitar profundizaciones locales o totales, si

lo estima necesario, o podr especificar la confeccin de un relleno granular

estructural para alcanzar el nivel de apoyo.

5.3.3. Solera de nivelacin

La solera de nivelacin tiene como misin exclusiva obtener una superficie

nivelada y lisa que facilite el apoyo y montaje de la primera fila de placas. NO

ES UNA FUNDACION.

Es fundamental que su ejecucin sea extremadamente cuidadosa y con una buena

horizontalidad en sentido longitudinal y transversal. Es la base de un buen

montaje posterior (figura 12).

Se deber replantear la lnea exterior del paramento, pintndose la alineacin

sobre la superficie de la solera, no dejndose nunca una cuerda como referencia.

Cuando en el Proyecto figuren diferentes escalones de solera, se construirn

segn el croquis de la figura 13.

En el momento en que la solera est hormigonada y la estructura replanteada

sobre ella, se debe avisar al proveedor del sistema, para que un supervisor de

montaje acuda a obra, para dirigir el montaje de las placas e instruya al

personal de la obra.

68


5.3.4. Colocacin de la primera fila de placas

Una vez marcado sobre la solera el punto inicial de replanteo longitudinal, que

normalmente viene definido en el Proyecto, se procede al montaje de las primeras

dos medias placas.

El orden de operacin es:

1. Colocacin de placa 1.

2. Colocacin de placa 2.

3. Comprobacin con la regla de glibo (fig. 14.)

4. Verificacin de la horizontalidad con la regla metlica (fig. 15).

5. Aplomado de las placas (con plomada, nunca con nivel) (fig. 15).

6. Apuntalamiento (fig. 16).

69


Seguidamente se contina el montaje en el siguiente orden:

1.- Colocacin de la placa entera 3 (fig. 17).

2.- Horizontalidad y aplomado de la placa 3 e inmediato apuntalado.

3.- Verificacin de las juntas horizontales las que deben quedar de 2 cms

4.- Colocacin de la media placa 4 con los criterios expuestos anteriormente.

5.- Colocacin de la placa 5 (fig. 18)

6.- Verificacin y glibo entre placas 3 y 5.

7.- Horizontalidad y aplomado de la placa 5.

8.- Verificacin de las juntas horizontales (2 cms.).

9.- Verificacin con regla y nivel de la horizontalidad de las placas 3 y 5.

10.- Apuntalamiento de la placa 5.

11.- Colocacin de poliuretano por la parte posterior de las juntas verticales y

horizontales.

12.- Repeticin de las operaciones con las placas sucesivas hasta completar la

primera fila de ellas.

13.- Comprobacin de que la alineacin es correcta.

70


NOTA

El aplomado de las placas se hace siempre con plomada, nunca con nivel, dejando,

un desaplome hacia el interior de 1 cm en las placas enteras y 0.5 cm en las

placas medias.

Este desaplome ser recuperado cuando se extienda y compacte el suelo de

relleno. En algunos casos, y dependiendo del material de relleno, el desaplome

indicado se deber corregir tras las primeras comprobaciones de verticalidad que

se efecten.

Las correcciones de horizontalidad y de la junta de 2 cm. de las placas se

realizarn mediante el empleo de cuas de madera (fig. 20).

Los pequeos desplazamientos que haya que dar a las placas una vez ubicadas

sobre la solera o sobre otras placas se realizar con la utilizacin de barras

de ua (fig. 21).

La aplicacin de la barra de ua no debe hacerse sobre las articulaciones en

hombros de la placa, sino en la base de la misma.

5.3.5. Terraplenado y colocacin de armaduras

Una vez colocadas y apuntaladas las placas de la primera fila y rigidizadas con

los gatos necesarios, se proceder al terraplenado y compactado, de acuerdo con

los niveles que se indican en la figura 22.

71


El material, una vez aceptado por la Inspeccin Tcnica de la Obra, se colocar

por capas de 0,25 m. a 0,35 m. de espesor suelto, y se compactar con rodillo

liso vibrante o similar hasta obtener una Densidad Relativa no menor a 75% o una

densidad seca no menor al 95% de la densidad seca mxima determinada por el

ensaye Proctor Modificado, segn corresponda.

El control del material y de su compactacin deber ser efectuado por un

laboratorio de mecnica de suelos y supervisado por la Inspeccin Tcnica de la

Obra.

El acabado de la capa es el normal de cualquier terrapln, para que las

armaduras se apoyen completamente sobre el relleno, cuidando de que esto ocurra

igualmente en la zona de unin del arranque con la armadura.

Se procede ahora a la colocacin de las armaduras correspondientes a este nivel

(fig. 23). Las Armaduras se colocan perpendiculares al paramento del muro y se

unen a los arranques mediante los pernos y tuercas correspondientes. Colocado

este primer nivel de armaduras, se extiende y compacta la capa 2.

72


Para longitudes de armaduras de Tierra Armada superiores a 8 m., se utilizan los

empalmadotes de armaduras (fig. 24).

NOTA:

Indicamos seguidamente una serie de sugerencias para facilitar la realizacin

del terraplenado de los macizos de Tierra Mecnicamente Estabilizada y que su

ejecucin no interfiera con la calidad del montaje del paramento.

La forma ideal para el extendido de las tierras ser el siguiente:

Extender el material de relleno en primer lugar, en el centro del macizo armado,

avanzar posteriormente hacia la zona final de las armaduras y finalmente por

franjas hacia el paramento.

73


La direccin de esparcimiento y compactacin del material debe ser siempre

parale

Metodologia e Implementacion de Muros de Tierra Mecanicamente Estabilizados

Documents

Transcript of Metodologia e Implementacion de Muros de Tierra Mecanicamente Estabilizados