Muros Suelo Reforzado.docx

“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA GMMG EAP: ING. CIVIL Construcción III TEMA: MUROS DE SUELO REFORZADO ALUMNO:  CCENCHO CONDORI, WILVER DOCENTE: Ing.

LIMA – PERÚ 2015 - II

1

Contenido DESCRIPCIÓN ................................................................................................................................. 3 CONCEPTO DE SUELO REFORZADO. .............................................................................................. 3 TIPO DE REFUERZOS Y SU COMPORTAMIENTO ............................................................................ 4 REFUERZOS NO EXTENSIBLES ........................................................................................................ 4 FLEJES DE ACERO ........................................................................................................................... 4 REFUERZOS EXTENSIBLES .............................................................................................................. 5 MALLA METÁLICA FABRICADA EN MALLA HEXAGONAL DE DOBLE TORSIÓN .............................. 6 REFUERZOS GEOSINTÉTICOS ......................................................................................................... 7 GEOTEXTILES ................................................................................................................................ 8 GEOGRILLAS ................................................................................................................................ 10 PROCESO CONSTRUCTIVO........................................................................................................... 11 COMPARACIÓN ECONÓMICA ...................................................................................................... 15 CONCLUSIONES .......................................................................................................................... 17 BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................. 18

2

MUROS SUELO REFORZADO 1. DESCRIPCION Existen diversos tipos de estructuras de suelo reforzado, entre los que destacan los muros de suelo reforzado con elementos extensibles y los reforzados con elementos inextensibles. Los elementos de refuerzo inextensibles consisten en flejes o mallas de acero, mientras que los elementos de refuerzo extensible son las geomallas o geotextiles. Las estructuras de suelo reforzado son sistemas compuestos de suelo compactado y elementos de refuerzo en tensión. Su resistencia interna se debe principalmente al refuerzo y externamente se diseñan como estructuras masivas por gravedad. Son fáciles, sencillas y rápidas de construir; utilizan el suelo como su principal componente y pueden adaptarse fácilmente a la topografía. Los muros de suelo pueden ser reforzados con flejes o mallas metálicas o con geosintéticos (geotextiles o geomallas). Son alternativas rentables para la mayoría de aplicaciones con concreto armado o muros de gravedad que tradicionalmente han sido utilizados para retener el suelo. Estos muros ofrecen diversas ventajas técnicas y económicas en comparación con las estructuras convencionales de concreto armado en lugares con pobres condiciones del suelo de fundación. El estudio y análisis de las estructuras de muro de suelo reforzado están basadas en la normativa propuesta por la AASTHO en la Standard Specifications for Highway Bridges. 2. CONCEPTO DE SUELO REFORZADO Una estructura de suelo reforzado consiste en la introducción de elementos resistentes a tracción convenientemente orientados, que aumentan la resistencia del suelo y disminuyen las deformaciones del macizo. En este método, conocido como refuerzo de suelos, el comportamiento global del macizo es mejorado a costa de la transferencia de los esfuerzos para los elementos resistentes (refuerzos). Los suelos poseen en general elevada resistencia a esfuerzos de compresión, pero baja resistencia a esfuerzos de tracción. Cuando una masa de suelo es cargada verticalmente, la misma sufre deformaciones verticales de compresión y deformaciones laterales de (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 tracción de los elementos de refuerzo. La figura 2.3 muestra el principio básico del comportamiento de un suelo reforzado.

3

3. TIPOS DE REFUERZOS Y SUS COMPORTAMIENTOS Actualmente, son varios los materiales empleados en las obras de refuerzo de suelo, independientemente de este gran número, tales materiales se dividen en dos grupos, los cuales se diferencian entre sí, por la rigidez (comportamiento tensión / deformación) de los refuerzos que los componen. Estos dos grupos son conocidos como los de los refuerzos no-extensibles y los de los refuerzos extensibles. 3.1. REFUERZOS NO-EXTENSIBLES Son llamados refuerzos no-extensibles son los que poseen un alto módulo de rigidez, o sea, su máxima resistencia a la tracción es movilizada por una pequeña deformación, alrededor del 2% a 3%. Esa característica es normalmente presentada por refuerzos metálicos, tales como los flejes de acero utilizadas en construcción de muros de contención con suelo reforzado conocidos como “Tierra Armada”. 3.1.1. FLEJES DE ACERO Los flejes de acero o tirantes metálicos, son los elementos resistentes a tracción posicionados horizontalmente durante la construcción del terraplén que formará el muro de suelo reforzado conocido como “Tierra Armada”.

Fajas de acero

4

Estos flejes son fabricados a partir del corte de chapas de acero, con espesor de 5,00 mm a 7,00 mm, formando elementos de ancho en torno a 5,00 cm y largo definido conforme a la necesidad del proyecto. Tales elementos pueden presentar la superficie lisa o nervurada (debido a la intrusión, en la dirección transversal, de “cordones’’ de soldadura espaciados entre sí) para mejorar el fricción en la interacción elemento metálico/suelo. Estos elementos son sometidos al proceso de galvanización para evitar su corrosión y asegurar una larga vida útil en obra. Los flejes metálicas con las características citadas anteriormente poseen una resistencia a tracción de alrededor de 50 kN. Según la norma AASHTO esfuerzo de tracción admisible para los refuerzos de acero es de 0.55 Fy y para las uniones de la fachada 0.48 Fy. La mínima cobertura de galvanizado es de 0.61 kg/m2. El principio básico del funcionamiento de una contención en suelo reforzado está relacionado a la asociación de dos materiales de propiedades mecánicas distintas, el suelo y el refuerzo metálico, formando un material compuesto. Los esfuerzos aplicados sobre el suelo, provocan deformaciones en la dirección horizontal, que son inhibidas por la presencia del refuerzo. La fricción que existe en la interacción suelo/refuerzo permite que haya transferencia de esfuerzos entre el suelo y el refuerzo, de modo que el refuerzo desarrolle su resistencia a la tracción. El esfuerzo de arrancamiento aplicado en los ejes metálicos genera tensiones de corte en el suelo circundante, si el suelo es un material granular denso, estas tensiones de corte hacen que la zona circundante o aledaña tienda a dilatarse. Si los flejes metálicos fueran nervurados, el volumen de suelo con tendencia al comportamiento dilatante aumenta considerablemente y como esta zona está envuelta por un volumen de suelo mayor que el dilatante, la dilatación es restringida aumentando a tensión confinante sobre el refuerzo. Ventajas  Los refuerzos metálicos tienen la función de dar rigidez al muro, y el paramento prefabricado de concreto le da aspecto presentable y decorativo.  No se presenta acumulación de agua entre capas. Desventajas  

Las zonas en las cuales se utiliza dicho refuerzo requieren de una protección adecuada contra la corrosión. El material de relleno debe cumplir con ciertas características de manera que no sea perjudicial para los elementos de refuerzo.

3.2. REFUERZOS EXTENSIBLES Son llamados extensibles los refuerzos que poseen un módulo de rigidez menor que los no extensibles, o sea, su máxima resistencia a la tracción es movilizada por una deformación mayor que 4%. Esa característica es presentada normalmente en los refuerzo con mallas metálicas fabricadas en malla hexagonal de doble torsión y geosintéticos.

5

3.2.1. MALLA METÁLICA FABRICADA EN MALLA HEXAGONAL DE DOBLE TORSIÓN Ese tipo de refuerzo es una malla metálica fabricada en malla hexagonal de doble torsión tipo 6 x 8, 8 x 10, y 10 x 12 (abertura con aproximadamente 10,00 cm x 12,00 cm), a partir de alambres de acero de “Bajo Contenido de Carbono con un diámetro de 2,70 mm, protegida con el revestimiento Galfan (95% Zinc + Aluminio + Tierras Raras) y recubrimiento extra en PVC. Ver figuras a) y b).

La idea de utilizar la malla hexagonal de doble torsión como refuerzo fue concebida en Malasia en 1979, cuando fue utilizado una estructura mixta que contaba con el paramento en gaviones y refuerzos con fajas metálicas para asegurar un compatibilidad de deformaciones entre el paramento del muro (gaviones) y el macizo de suelo reforzado.

El desempeño de esta alternativa superó las expectativas, tanto que se decidió investigar la posibilidad de sustituir los flejes metálicos por misma malla que constituía los gaviones. Después de la Después de la interpretación de los resultados se concluyó que tal sustitución sería factible, y a partir de allí fue creado el refuerzo de malla metálica que hoy forma el sistema Terramesh. Una de las ventajas de ese tipo de refuerzo es que se obtiene una “armadura” horizontal continua dentro del macizo, además de eso, la malla metálica presenta una excelente

6

interacción con el suelo adyacente, la cual es medida por coeficiente de interacción, obtenido por ensayos de gran porte de arrancamiento (pulll-out test) o corte directo (direct shear test). Para la malla hexagonal de doble torsión ese valor es del orden de 0,91, o sea 91% de movilización del ángulo de fricción del suelo del terraplén en la interacción suelo/refuerzo. Esa excelente interacción se debe al hecho, que el refuerzo trabaja por fricción en sus caras superior e inferior, y además por la resistencia generada por la porción de suelo que entra en cada abertura de malla, generando un fenómeno conocido como intertrabamiento mecánico. La resistencia a tracción nominal confinada de la malla hexagonal de doble torsión es de 47 kN/m y los factores de reducción parciales utilizados para la misma, son aquellos definidos por la Norma Inglesa BS 80066 y que también son adoptados para refuerzos geosintéticos.

Ventajas  Al igual que los flejes metálicos, la malla metálica le da rigidez al muro, solo que en este caso en grado menor.  Las capas en las que se coloca la malla metálica no constituyen superficies de debilidad.  No se presenta acumulación. Desventajas 

El material de relleno debe cumplir con ciertas características de manera que no resulte perjudicial para la malla metálica.

3.2.2. REFUERZOS GEOSINTÉTICOS La palabra geosintéticos está formada por la unión de las siguientes palabras:

7

GEO: Prefijo griego relacionado a la Tierra/suelo y a estudios referentes a su comportamiento. SINTÉTICO: Productos obtenidos a través de síntesis química o procedimiento industrial. De esta forma manera, podemos definir a los geosintéticos, como los materiales obtenidos a través de la síntesis química o de algún procedimiento industrial que tiene como objetivo mejorar el comportamiento de los suelos. Los refuerzos geosintéticos varías bastante entre sí, debido a su estructura, materia prima, proceso de fabricación, etc. A continuación, son presentados los tipos más conocidos, utilizados como refuerzos de suelos y sus características: 3.2.2.1. GEOTEXTILES: Son productos textiles en forma de manta, flexibles y permeables y se subdividen en dos grupos:  Geotextiles Tejidos: Producidos a través del entrelazamiento, generalmente en ángulos rectos, fajas o manojos de filamentos de polipropileno en las dos direcciones principales, entretejida (longitudinal) y trama (transversal).

Estos materiales poseen una resistencia nominal que varían entre 15 kN/m y 70 kN/m. El coeficiente de interacción presentado por ellos está de 0,6 a 0,8 y el factor de reducción esta entre 4,00 a 5,00, pues son fabricados en polipropileno, que es un polímero con desempeño sufrible a los fenómenos de fluencia.  Geotextiles no Tejidos: Fabricados a través del entrelazamiento de fibras o filamentos de polipropileno o poliéster, dispuestos aleatoriamente e interligados por procesos mecánicos, térmicos o químicos.

8

Los geotextiles no tejidos poseen una resistencia nominal que varía entre 7 kN/m y 35kN/m. El coeficiente para estos materiales varía entre 0.7 y 0.9 y el factor de reducción total está entre 4 a 5 cuando son fabricados en polipropileno, y en torno de 3 cuando son fabricados en poliéster. Nota: Los Geotextiles como Refuerzo de Muros En un gran número de países latinoamericanos con Colombia, Brasil y Perú se utilizan muy a menudo los geotextiles en vez de las geo mallas o los refuerzos metálicos para la construcción de muros MSE. El uso de geotextiles tiene algunas ventajas como es la facilidad de construcción y la reducción significativa de costos (Benjamín y otros, 2007). Sin embargo, existe muy poca investigación sobre el uso de los geotextiles para el refuerzo de muros en suelos. El principal problema detectado es la gran magnitud de las deformaciones, lo cual representa un problema para su utilización en estructuras importantes. Los geotextiles se deforman mucho más que las geomallas. La posibilidad de deformaciones post-construcción (fatiga o “creep”) han sido un problema especialmente para los geotextiles de polipropileno. Ventajas - Su mayor ventaja es que son muy económicos. - Su instalación in situ es muy rápida y sencilla. Desventajas -

-

9

Son demasiado flexibles y se deforman con mucha facilidad. Conforme pasa el tiempo, las capas en donde fueron colocados pueden llegar a convertirse en superficies de debilidad para deslizamientos. La exposición a los rayos ultravioletas daña a los geotextiles.

-

Es posible la acumulación de agua entre las capas.

3.2.2.2. GEOGRILLAS: Son estructuras planas formadas por un red rectangular (grilla) de elementos longitudinales y transversales conectados integralmente, a través de procesos de extrusión, entrelazamiento y soldadura. Al igual que los geotextiles, las geogrillas también se dividen en grupos de acuerdo con el proceso de fabricación:  Geogrillas extruidas: Producidas a través del proceso de extrusión, generalmente de polietileno de alta densidad (PEAAD), y después sometidas a un pre-estiramiento que definirá su resistencia a la tracción. Ver foto 7.4.

Generalmente a resistencia a la tracción nominal de las geogrillas extruidas varía entre 50 kN/m y 180 kN/m, el coeficiente de interacción gira en torno de 0,9 y el factor de reducción total es del orden de 4,00. Geogrillas tejidas: Obtenidas por el entrelazamiento en ángulos rectos de manojos de filamentos, generalmente poliéster, y recubiertos por una camada de protección de polímero (PVVC, Látex, bitumen o polietileno).

10

La resistencia nominal de las geogrillas tejidas varían entre 20 kN/m y 200 kN/m, el coeficiente de interacción es del orden de 0,9 a 1,0 y el factor de reducción total es de 2,00. Geogrillas soldadas: Producidas por la superposición y sucesiva soldadura de cintas (conocidas como geotiras) fabricadas con un núcleo de manojos de filamentos de poliéster recubiertos con una camada de protección de polietileno.

Las geogrillas soldadas poseen una resistencia a tracción que varía entre 30 kN/m y 1250 kN/m, el coeficiente de interacción presentado por ellas es alrededor de 0,8 y el factor de reducción es aproximadamente 2,00. 4. PROCESO CONSTRUCTIVO  LOS FLEJES DE ACERO: La tierra armada o Suelo Armado son muros de contención en suelo reforzado que utilizan como refuerzo Los flejes de acero (no extensibles). Sus elementos de lado expuesto son placas de hormigón armado, también conocidas como escamas y utilizan como rellenos suelos predominantemente granulares.

Detalle de la conexión de elementos de lado expuesto/refuerzo.

11

Detalle del material del relleno utilizado para la construcción de la Tierra Armada

Esquema de un muro de Tierra Armada

 Terramesh System El sistema Teramesh es un muro de contención en suelo reforzado que utiliza como refuerzo una malla hexagonal de doble torsión (extensible) y su lado expuesto está conformado por gaviones tipo caja. En sistema, el elemento de refuerzo es una pieza única, o sea, el gavión tipo caja y el refuerzo son parte de un mismo elemento.

12

Sistema Terramesh

Elemento Terramesh System  Muros de contención en suelo reforzados construidos con geosintéticos Son estructuras construidas con refuerzos extensibles sintéticos como los geotextiles y las Geogrillas. Estos muros requieren siempre una protección mecánica en el lado expuesto, para proteger el refuerzo expuesto en el paramento de la estructura contra la foto-degradación, incendios y vandalismo. La protección mecánica puede ser obtenida con un revestimiento hormigón proyectado.

13

Muro de contención en suelo reforzado con geotextil

Muro de contención en suelo reforzado con geogrillas

14

Detalle del paramento de un muro de contención en suelo reforzado con Geogrillas 5. COMPARACIÓN ECONÓMICA Para la comparación económica se utilizó el proyecto BAYÓVAR DE LA Compañía Minera Miski Mayo S.A.C., se encuentra ubicado en el distrito y provincia de Sechura, departamento de Piura, aproximadamente a 1000 km al norte de la ciudad de Lima. En dicho proyecto se hizo empleo de muros de suelo reforzado con elementos extensibles para zona de descarga del mineral de los camiones. Costo por metro cuadrado para muros de suelo reforzado con elementos extensibles (Geomallas) y elementos inextensibles (Flejes metálicas)

A continuación se presenta un gráfico en el cual se muestran los costos por metro cuadrado versus las alturas de diseño de cada uno de los dos elementos de muros de suelo reforzado.

15

Altura Vs Costo por metro cuadrado para muros de suelo reforzado

16

CONCLUSIONES  En el diseño de muros de suelo reforzado con elementos extensibles, se puede verificar que los elementos de refuerzo (Geomallas) están afectados por numerosos factores de reducción, los cuales reducen significativamente su resistencia a la tracción en un 72%, lo cual genera un mayor factor de seguridad para la estructura. Los factores de reducción de resistencia no son otra cosa más que factores de incertidumbre, es por ello que los refuerzos extensibles se encuentran más afectados por estos, ya que es muy difícil prever su comportamiento a largo plazo.  De acuerdo a los resultados de diseño de ambos sistemas, se puede observar que conforme se aumenta la altura del muro, aumenta la longitud del refuerzo, de acuerdo a esto podemos concluir que la altura del muro de suelo reforzado ya sea con elementos extensibles o con elementos inextensibles está directamente relacionada con el espacio disponible para la colocación de los elementos de refuerzo.  En base a los resultados obtenidos en los reportes de diseño para cada uno de los sistemas de muro de suelo reforzado, se puede llegar a la conclusión que los muros de suelo reforzado con elementos inextensibles son en un 23 a 34 por ciento más costosos que los muros de suelo reforzado con elementos extensibles. Cabe destacar que esta tendencia solo pudo ser verificada hasta una de diseño de 11.25m, la cual corresponde a la máxima altura diseñada para cada uno de los dos sistemas de muro de suelo reforzado.  El costo del movimiento de tierras en ambos sistemas de muro de suelo reforzado aumenta conforme se incrementa la altura de diseño. Esto queda sustentado debido a que conforme se incrementa la altura de diseño, las longitudes de los elementos de refuerzo también se incrementan, motivo por el cual la geometría del muro de suelo reforzado será de mayores dimensiones por lo que se tendrá un mayor volumen, esto conlleva a que el movimiento de tierras sea mucho mayor.

17

6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS - http://www.tdm.com.pe/listaproductos/sistema-de-muros-mesa/ - http://www.fomento.gob.es/NR/rdonlyres/AE44C701-3CC6-49C3-BF1559439DE76E03/55899/0710700.pdf - http://www.um.edu.uy/_upload/_investigacion/web_investigacion_69_murodecontencio nensueloreforzado.pdf - http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/1415/PINEDO_AREVAL O_MIGUEL_MUROS_SUELO_REFORZADO.pdf?sequence=1 - file:///C:/Users/Administrador/Downloads/118-disenomuros%20(2).pdf - http://www.geoproductos.com.mx/geoweb/muros_contencion_estabilizados_mecanicam ente_pag9.html - http://www.jorgealvahurtado.com/files/Muros%20y%20Taludes%20con%20Geosinteticos .pdf - file:///C:/Users/Administrador/Downloads/265942255-ppt-muro-reforzado-pdf.pdf - http://nore6827.blogspot.pe/2013/03/proceso-constructivo.html - ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/.cuentasbajadas29092009/lucruz/docs/Curso%20Electiv a%20%20Modulo%20Dise%F1o%20de%20muros%20de%20contenci%F3n/Lecturas/Capitulo7.p df

18