ESTRUCTURAS DE CONTENCION DE SUELOS

DEFINICIÓN:

Una estructura de contención de tierras, denominada comúnmente muro, es una estructura permanente, relativamente rígida y continua, que de forma activa o pasiva produce un efecto estabilizador sobre una masa de terreno desequilibrada, natural o artificial, la que se encuentra ubicada en su parte posterior (trasdós).

Terzaghi, Peck y Mesri (1996) lo define como una estructura destinada a soportar suelos que presentan pendientes mayores que su ángulo de reposo.

Unidad Nº 5 – ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN Y

ANCLAJES – 2º Parte

TIERRA

ARMADA

ESTRUCTURAS DE CONTENCION DE SUELOS – ESTABILIZADAS MECANICAMENTE

ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN FLEXIBLES:

MUROS DE SUELO REFORZADO TIERRA ARMADA – CON TIRAS:

METÁLICAS GALVANIZADAS o FIBRAS SINTÉTICAS.

SUELO REFORZADO – CON GEOMALLAS:

UNIAXILES – BIAXIALES o TRIAXIALES

SUELO REFORZADO – CON GEOTEXTILES.

MUROS DE GRAVEDAD FLEXIBLES GAVIONES CRIBAS – CRIB WALL DE MATERIALES RECICLADOS

CALCULO DE LA ESTABILIDAD

Es un MURO FLEXIBLE .

INTERNA O DE SUS COMPONENTES: Dicho análisis está orientado a analizar la rotura de las armaduras y su interacción con el material de relleno que forma el muro propiamente tal.

DESLIZAMIENTO + ZAFADURA.

EXTERNA O GLOBAL: El diseño de un muro de contención de tierras se realiza esencialmente por tanteos, definiendo unas dimensiones iniciales que son evaluadas para que la estructura sea estable al vuelco, deslizamiento, hundimiento y estabilidad global, este último a partir de un análisis de estabilidad de taludes que incluya la estructura, el relleno de trasdós y el terreno de cimentación.

DESLIZAMIENTO + VUELCO + CAPACIDAD DE CARGA + ESTABILIDAD DE LA SUPERFICIE CRITICA.

ANTECEDENTES HISTORICOS La idea fundamental de «Reforzar el Suelo» se

remonta a varios siglos atrás. La tierra mecánicamente estabilizada fue

desarrollada por primera vez en los años 60 del siglo pasado, por el Ingeniero Francés Henri Vidal (1966), quién creo y patentó la “Tierra Armada”.

En el Laboratorio Francés de Investigación de Caminos, las investigaciones fueron documentadas por Schlosser y Vidal (1969), Darbin (1970), Schlosser (1972) y Schlosser y Long (1974).

En USA se usaron por primera vez en el Sur de California (1972).

Muros de Contención - Estabilizados Mecánicamente -MSE

El Ingeniero francés Henry Vidal desarrolló en la década de los años 60 una técnica a la que denominó Tierra Armada.

Principio Básico: “consiste en la construcción de un terraplén que es reforzado mediante tiras metálicas y que es recubierto en su exterior, con placas prefabricadas de hormigón”.

Los refuerzos que se utilizan actualmente son: TIRAS METALICAS DE ACERO GALVANIZADO; GEOTEXTILES y GEOMALLAS (Axiales o Biaxiales).

Gran parte de las actuales aplicaciones en ingeniería están orientadas al refuerzo de suelos (con inclusión de armaduras metálicas o geosintéticos) y al empleo del hormigón prefabricado para la construcción de los muros (como pueden ser muros ménsula, muros criba, muros de tierra mecánicamente estabilizada, etc.).

COMPONENTES TIERRA ARMADA:- Tiras o Barras de Refuerzo- Escamas o Placas de Revestimientos- Suelo Granular de Relleno- Suelo de Cimentación – Existente Estabilizado o Sustituido.

Elementos Componentes:

ESCAMAS O PLACAS Las placas de revestimiento empleadas en

estos muros tienen distintas configuraciones geométricas (rectangulares, hexagonales y/o en forma de cruz), en general sus dimensiones son de 1,50×1,50 m., de 0,18 m. de espesor (varían de 0,14 a 0,26 m.) y su peso del orden de 1 ton.

Placas de 1,50 x 1,50 m de sección x 0,18 m

de espesor.

TIRAS O REFUERZOS Sistemas de refuerzo, instalados en el relleno

a intervalos regulares, con separación vertical (Sv) y horizontal (Sh) de aproximadamente 0,75 m. Espaciamiento Corriente: Sv y Sh = 0,75 m. (de 0,5 a 1,0 m.)

4 tiras de refuerzo por placa

- e tiras (espesor) = 3 mm y 5 mm, lisas o con resaltes

- b tiras (ancho) = 60 ó 80 mm. En el caso de ser metálicos, son de acero

galvanizado para evitar la corrosión. Acero Galvanizado: deberá tener espesor de zinc

mínimo de 70 μ (500 g/m2).

EJECUCIÓN: Formas habituales del revestimiento

Ejemplo de Disposición

VISTA DE FRENTE Y CORTE

Muro de Tierra Armada y sistema de conexión para tiras de refuerzo.

Malla hexagonal de doble torsión

Geogrillas MacGrid® soldadas y tejidas

Geotextil MacTex® no tejido.

Uniaxiales Biaxiales Triaxiales

Geomallas:

Secuencia de Armado – B. Das

Secuencia de Armado

Terraplén de Aproximación de Puente

ESCAMAS DE HORMIGON PREFABRICADAS

EFECTO DE SOBRECARGAS

ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN

ESTABILIDAD GLOBAL:

A- VUELCO

PA

T

T

T

T

MV = PA * h/3

MR = PR * d

MV MR;

MR = ∑PR*d + q*a´*(b´+a´)/2

B

B- DESLIZAMIENTO

FSD =(∑PR + q*a´)*tan (2/3.Ø´)/PA;

FSV = FSD ≥ 3

C- CAP. DE CARGA

PR

 Coeficientes de mayoración y seguridad FS – Recomendaciones Manuales Europeos

  Estabilidad externa

Coef. Mayoración

Peso propio macizo 1,35

Empuje trasdós terreno 1,35

Sobrecarga sobre macizo 1,50

Empuje trasdós sobrecarga 1,50

Caso sísmico 1,00

Coef. Seguridad (c/acciones mayoradas)

Deslizamiento 1,20

Vuelco 1,50

Hundimiento 1,50

Estabilidad interna

Coef. Mayoración Ídem estabilidad externa

Coef. Seguridad Tracción en armaduras 1,50 y 1,65

Rozamiento tierra‐armadura 1,35 y 1,50

Notas:

Si no se usan coeficientes de seguridad globales Fs = 3 a 5 , pueden mayorarse las acciones y

reducirse la capacidad resistente.

Los coeficientes de seguridad para análisis de estabilidad interna, son empleados respectivamente

para el diseño de muros (valor de la izquierda) y para el diseño de estribos (valor de la derecha).

Fs Glob Tirant. = 2,5 a 3 según Das.

Tensiones que se desarrollan en las armaduras de refuerzos en muros

lr : long. Cuña de Rankine + le : long. de Anclaje.

Los valores máximos recomendados para un muro de 4 m de altura, serían:

‐ Armaduras extensibles: δ máx = 4,27 cm

‐ Armaduras inextensibles: δ máx =1,28 cm

Con refuerzo de Geotextil + Revestimiento de Malla y Gunitado – Sistema Deformable

Long. de Traslape ≥ 1,00 m.; Coef. de Fricción: Ø´f 2/3.Ø´.

Geotextil

AVANCES EN EL DISEÑO:Transportation Research (1994)Federal Highway Administration (1996)GTTRI (2002)

En los muros de tierra mecánicamente estabilizada, la densificación del suelo tiende a causar tensiones de compactación que se desarrollan dentro del refuerzo (Ehrlich y Mitchell, 1994).

Esto no solo afecta a las tensiones en cada nivel de refuerzo, sino también al módulo de deformación y ángulo de fricción del suelo.

Varía la forma del diagrama de empujes y se incrementa el coeficiente (de Ka a K0) al aumentar el grado de restricción.

Para este tipo de muros no existe un método de diseño que tome en cuenta el efecto de la compactación desde el punto de vista teórico.

Sin embargo, se ha desarrollado un método empírico para determinar las tensiones horizontales a cada nivel del refuerzo, mediante la definición de un coeficiente de empuje lateral Kr , que incluye de forma implícita el efecto de la compactación del relleno reforzado, y a partir del cual se determinan las tensiones en los distintos niveles de armaduras.

Mitchell y Villet (1987) recomiendan emplear un valor de K0 para la parte más alta del muro que disminuya hasta un valor de a Ka, y que permanezca constante desde los 6 m de profundidad hacia abajo.

Criterio para la definición de la Tmáx de conexión fleje-placa. Avances GTTRI, 2002. «Recomendaciones

para el diseño, ejecución y control de suelo mecánicamente estabilizado con armadura inextensible».

El valor del Coeficiente de Presión Kr, depende del grado de restricción que el tipo de refuerzo le impone al suelo (K0 > Ka).

Criterio GTTRI (2002) en relación a la tracción real Tmáx. que se desarrolla a nivel del sistema de conexión con el paramento exterior: Desde 0 a H/2 el valor a adoptar es de 85%⋅Tmáx , mientras que de H/2 a H este valor va aumentando hasta alcanzar 100%⋅Tmáx .

Relación entre tipo de refuerzo empleado y Kr - en función de Ka.

Tomada de Allen et al, 2001. Development of the simplified method for internal stability design of mechanically stabilized earth walls

ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓNTIERRA ARMADA

MUROS DE CONTENCIÓNTIERRA ARMADA

Muro de Gaviones

Suelo reforzado - GEOMALLAS

Trabamiento, fricción y corte.

Terramesh ® System

Terramesh® System

Suelo reforzado

Superficie de ruptura crítica y respectivo factor de seguridad (FS) sin refuerzo geosintetico.

Superfície de ruptura crítica y respectivo factor de seguridad (FS1) con refuerzo geosintetico.

Estructurales

La utilización de refuerzos en el macizo de suelo contribuye a la reducción de los efectos ocasionados por fuerzas desestabilizadoras.

EJEMPLO:• Terraplén de material estabilizado reforzado con un conjunto de doble malla tipo gavión - designada

como 6 cm * 8 cm * alambre 2.4 mm con galvanizado y 5% aluminio. • Se colocan en la base dos conjuntos de doble malla separados 0.30m en altura. • Cada una de las capas que forman el terraplén son compactadas al 100% del ensayo de Proctor

Modificado.

ENSAYOS ESPECIFICADOS:

Ø´ ≥ 25°

CORTE DIRECTO

RESISTIVIDAD EN CELDA NORMALIZADA TA≥ 1.000 Ω.cm

Ensayo de Tracción

Equipo para pruebas de tracción en flejes de refuerzo y en geo-grillas

Ensayo de Tracción

Probetas de fibra de vidrio utilizadas en ensayos de tracción

Equipo para pruebas de tracción en flejes de refuerzo

EXIGENCIAS SUELOS DE RELLENO“Se utilizará preferentemente suelos granulares drenantes con la finalidad de evitar presiones hidrostáticas y la consiguiente reducción de la resistencia al corte” B. Das.

PET – DNV: Los suelos a utilizar en los macizos armados deberán cumplir las siguientes condiciones:. MecánicasEl suelo a utilizar deberá poseer menos del 15% de partículas que pasan el Tamiz N° 200 (#74µ) según el ensayo de “tamizado por vía húmeda”.Si el suelo tiene más del 15% de partículas que pasan el tamiz N° 200 (#74µ) se podrá igualmente utilizar siempre que tenga menos del 10% de partículas de tamaños inferiores a 15µ determinado según "Análisis mecánico - Método del Aerómetro" (Hidrometría).Si el suelo tiene más del 15 % de partículas que pasan Tamiz N° 200 (#74µ) y más del 10 % de partículas inferiores a 15 µ se podrá igualmente utilizar si el ángulo de fricción interna, medido por cizallamiento rápido (corte directo) efectuado sobre muestras saturadas, sea igual o mayor que Ø 25°. El tamaño máximo para las partículas será igual a 250 mm.

. ElectroquímicasLos terrenos serán válidos para utilizar en rellenos armados cuando:Resistividad eléctrica (medida sobre célula normalizada TA). Sea superior a 1.000 Ω.cm, para obras en seco. Sea superior a 3.000 Ω.cm, para obras inundables.Actividad de iones hidrógeno ó pH El valor pH está comprendido entre 5 y 10.

Contenido en sales solubles: Se determinará en los materiales con resistividad comprendida entre 1.000 y 5.000 Ω.cm y para los de origen industrial. El material de relleno será válido cuando: contenido de (Cl-) y contenido de (SO4=)2.1 Para obras en seco: el contenido de (Cl-) sea menor de 200 mgr/kgr y el contenido de (SO4=) solubles en agua sea menor de 1.000 mgr/kgr.2.2 Para obras inundables: el contenido de (Cl-) sea menor de 100 mgr/kgr y el contenido de (SO4=) solubles en agua sea menor de 500 mgr/kgr.

Muro Crib Wall

ESTUDIO DE COSTOS

Elias, Christopher y Berg (2.001), han presentado un análisis comparativo de costes de algunos muros de contención estudiados en función de su altura.

Los muros de tierra mecánicamente estabilizada son los que presentan los menores costos en comparación a las estructuras rígidas, debido a que pueden tolerar mayores asentamientos y alcanzar mayores alturas, por el efecto de refuerzo que se crea con la inclusión de las armaduras.

Los muros rígidos aumentan significativamente su coste para alturas mayores a 7 m, debido a que es necesario reforzar el hormigón por los mayores esfuerzos a los que se ve sometido.

Costos relativos de muros de contención de tierras.

De FHWA NHI 00 043, 2001. Mechanically Stabilized Earth Walls and ReinforcedSoil Slopes Design and Construction Guidelines

FALLAS REPORTADAS EN LA REGÍONEn nuestra zona se han reportado algunas fallas debidas probablemente a :

Inexperiencia en el manejo de la técnica.

Falta de control de la calidad del suelo de relleno.

Falla de control en el proceso de compactación.

Sobre estimación de la estabilidad global de conjunto.

Imprevisiones en el diseño de los drenajes.

FALLAS

Secuencias de la reparación:

Cátedra de Cimentaciones

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONALFacultad Regional Concordia

Cátedra de Cimentacione

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