Capitulo 06 Refuerzos Con Geosinteticos
Capitulo 06 Refuerzos Con Geosinteticos
Capitulo 06 Refuerzos Con Geosinteticos
• Capacidad de soportes
Platinas de Amarre
Conectores entre Placas • Volcamiento
Amarre entre
Capas
Malla Metálica
Suelo
Geotextil
Geotextil
Mal
la e
l ectr
oso
ldad
a
Subdrén
Cantos de Roca
en Fachada
Tiras
Metálicas
Geotextil Cantos de Roca Geomalla
Gruesa
Suelo Geomalla
Compactado Malla Metálica Fina
Suelo
Prefabricado Material
Compactado Suelo Compactado
de Concreto Granular
Perfil original 5 H
El diseño de taludes RSS utilizando refuerzos de Geomalla 13 m
geosintéticos se basa en versiones modificadas de 16 m
los métodos clásicos de equilibrio límite de taludes.
Modelos numéricos y de campo (Christopher 1990), a) Muro MSE
indican que el sistema de diseño de equilibrio
límite es relativamente conservador.
Geomalla
Los taludes reforzados no requieren, según
1
la FHWA, un material de relleno tan granular y 1.00 m
1 1.00 m 4.00 m
limpio como se requiere para los muros MSE y por
856.12 m 1.00 m
esta razón en muchas ocasiones es más económico 1.00 m
construir un talud reforzado (RSS) que un muro
MSE. 1.50 m
12.50 m
Hasta la fecha no se conoce de especificaciones b) Talud reforzado
AASHTO para el diseño de taludes reforzados
(RSS). Sin embargo, en las guías de la FHWA
se recomiendan procedimientos para el diseño de Figura 6.5 Tipos de estructura de suelo con refuerzo.
taludes reforzados.
REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 215
Eje
1
1
Refuerzo
Talud
Figura 6.6 Manejo de terraplén con refuerzo en una vía férrea (Modificado de Wayne y Miller, 1996).
Por razones económicas también se • Estabilización de taludes en corte.
acostumbra a utilizar los geotextiles como Cuando existen amenazas de deslizamiento
refuerzo a pesar de que su comportamiento en los cortes de carreteras una alternativa de
es generalmente menos eficiente que las estabilización es la construcción de un muro
geomallas y otros tipos de refuerzo. MSE (Figura6.7). Para poder utilizar los
muros de suelos reforzados con geosintéticos
para la estabilización de cortes, se requiere
• Comportamiento. La flexibilidad de los
que el espacio entre la vía y el talud sea lo
muros de suelo reforzados con geosintéticos
suficientemente grande para permitir la
representan una ventaja sobre las estructuras construcción del muro.
rígidas. Del mismo modo los muros y taludes
de suelo con geosintéticos se comportan mejor Debe tenerse en cuenta que el ancho del
que los terraplenes sin refuerzo. muro debe ser de aproximadamente el 70%
. de su altura. Igualmente se debe diseñar un
• Estética. Los muros y taludes reforzados con sistema de subdrenaje eficiente para manejar
geosintéticos permiten el recubrimiento con las aguas subterráneas o de infiltración en la
vegetación, lo cual los hace muy atractivos interface entre el muro y el talud.
desde el punto de vista paisajístico y
ambiental.
Relleno de
Usos Principales suelo
Refuerzo
Entre los usos de las estructuras de suelo con Perfil después secundario de
de la falla 25 º
refuerzo se encuentran las siguientes: tensión SS1
PL
Muro
MSE
LOS REFUERZOS
Nivel final
Aislamiento
Los Refuerzos Metálicos
Nivel inicial Típicamente son de acero, el cual es usualmente
galvanizado o con recubrimientos epóxicos.
Berma inicial
• Tiras de láminas metálicas. Las láminas
comercialmente disponibles son corrugadas
Figura 6.8 Uso de una estructura de suelo con refuerzo por ambos lados, tienen una ancho de
de geosintéticos para estabilizar el pie de un relleno aproximadamente 50 milímetros (2 pulgadas)
sanitario. y espesor de 4 milímetros (5/32 de pulgada).
Suelo Granular
Biomanto Geotextil
Control de Erosión
V
Relleno Compactado
:1
H
75
50cm Dren
0.
Geocompuesto
o material
:1
1/2
Filtrante
Refuerzo
con Geomalla
70cm
1.0'
2.0' 2%
5% Tubería
de Filtro
Figura 6.9 Esquema de una estructura de contención de suelo reforzado con geomalla.
REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 217
Para poder garantizar la larga vida del La falta de información sobre deformación a largo
poliéster se requiere que éste tenga un alto plazo de los geotextiles de polipropileno obliga a
peso molecular y un bajo número de grupo utilizar factores de reducción por deformación a
carboxil. largo plazo superiores a 5.0.
Relleno
Ladrillo
Mortero
Capas de
Capas de geosintético
geosintético
Fachada
del muro
a) Detalle de la conexión b) Vista general
Tabla 6.2 Especificaciones para rellenos de tierra armada (Geotechnical Control Office, 1989).
% menor de 2 micrones - 0 - 10
Coeficiente de
≥5 ≥5
uniformidad
Mallas metálicas D
Las mallas se doblan para formar la superficie de
la fachada. Algunos sistemas patentados utilizan B
mallas metálicas en la fachada.
z Zona Activa
Gaviones
Las canastas de gaviones rellenas de piedra pueden
utilizarse como fachada con refuerzos principales Figura 6.12 Superficie potencial de falla al cortante y
en malla metálica o geomalla. falla por desplazamiento de la fachada.
220 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN
1 2 3 4 5 6
L0 L1 L2 L3 L4 L5
Figura 6.13 Falla de un muro MSE por extensión y rotura de los refuerzos de acuerdo a Richardson y Lee (1975).
REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 221
1 2
3 4 5 6
L0 L1 L2 L3 L4 L5
Figura 6.14 Falla de un muro MSE por extracción de los refuerzos de acuerdo a Richardson y Lee (1975).
Falla por extensión (fluencia a creep) de los Los refuerzos con geotextiles de polipropileno
refuerzos se fueron reemplazando por los geotextiles de
Richardson y Lee (1975) realizaron una serie de poliéster, y por las geomallas de poliester o de
ensayos para estudiar el comportamiento de los polietileno de alta densidad. Colombia es de los
refuerzos y la falla de los muros y encontraron lo países en el mundo donde se utilizan en forma
siguiente: masiva los geotextiles tejidos de polipropileno
para el refuerzo de muros MSE a pesar de sus
En la falla por extensión y rotura de los problemas graves de fluencia a largo plazo.
refuerzos, inicialmente la parte superior del muro
se mueve en forma relativamente lenta hacia Algunas empresas productoras de refuerzos
fuera y la deformación va desplazándose hacia de geosintéticos utilizan esta limitación de los
abajo para producirse la falla “catastróficamente” productos de polipropileno para promocionar sus
en la forma indicada en la figura 6.13. productos elaborados con otros tipos de polímeros,
como se puede observar en la figura 6.15.
Falla por extracción de los refuerzos
Este tipo de falla es la menos común, debido a la
gran resistencia del conjunto suelo-refuerzo a la 100
extracción de la lámina de geosintético (Figura Poliéster
6.14). En la falla por extracción de los refuerzos el 80
movimiento inicial es más uniforme hacia afuera
con una inclinación sobre la parte inferior del Carga 60
muro, y un comportamiento más dúctil. (% max)
20 años
Polipropileno
40
Richardson y Lee (1975) recomiendan que para
evitar fallas por colapso, se debe aumentar los 20
factores de seguridad a extensión y rotura de los
refuerzos. La gran cantidad de fallas ocurridas 0
2 3 5 6
4
antes de 1995 obligó a la AASHTO y a otras 1 10 10 10 10 10 10
Entidades a aumentar los factores de seguridad, Tiempo de falla (h)
como ocurrió en la evolución que tuvieron las
especificaciones AASHTO desde 1980 hasta el Figura 6.15 Gráfica de la disminución de la resistencia
2001. Esto a su vez generó cambios importantes con el tiempo de dos refuerzos elaborados con productos
en la industria de los geosintéticos. diferentes (Geosintéticos Terram).
222 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN
2 mm
4.0
Elevación 5
3.6
3.2
Elevación 4
2.8
2.4
Elevación (m)
Elevación 3
2.0
1.6 Superficie
Elevación 2
1.2
0.8
Pozo
Elevación 1
0.4
0
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0
Distancia de la superficie (m)
Figura 6.16 Deformaciones de los refuerzos en un prototipo de investigación (Benjamín y otros, 2007).
3.5 3.5
3.0 3.0
Elevación (m)
2.0 2.0
1.5 1.5
1.0 1.0
0.5 0.5
0 0
0 2 4 6 8 1012 14 0 2 4 6 8 10 12 14
Desplazamiento de la superficie Desplazamiento de la superficie
Las deformaciones en los muros se pueden predecir Esta misma observación aparece en la mayoría de
utilizando programas de software de elementos los documentos consultados y en las especificaciones
finitos. Sin embargo, hasta ahora no ha habido de la mayoría de estados de los EE.UU y de los
propuestas de métodos matemáticos simples para países europeos.
calcular estas deformaciones (Kazimierowics
Frankowska, 2003). Factores de Reducción
La AASHTO recomienda utilizar una serie
Como Identificar una Situación Crítica de factores de reducción a las cargas últimas
Allen (2001) afirma que una situación crítica se obtenidas en los ensayos de laboratorio de tensión
reconoce por las siguientes situaciones: con tira ancha.
Tabla 6.3 Factores de reducción por daños en la instalación recomendados por diversos fabricantes y entidades.
Geotextiles tejidos,
South Carolina State
polipropileno o 1.4 1.4 2.2
Highway Department
poliéster
Tabla 6.4 Factores de reducción contra deformación por fluencia a largo plazo para geotextiles recomendados por
diferentes autores y entidades.
Koerner (1999) 3.0 a 4.0 3.0 a 4.0 2.0 a 2.5 2.0 a 2.5
South Carolina state
5.0 5.0 2.5
highway Department
Allen (2001) 4.0 2.0
Tabla 6.5 Factores de reducción contra deformación por fluencia a largo plazo recomendados y debidamente
sustentados por algunos fabricantes de geosintéticos.
1.15-2.0
Nota técnica Mirafi Poliéster (dependiendo del
pH)
228 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN
AASHTO 1.5
Fotografía 6.4 Proceso de compactación de un muro
MSE.
REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 229
Paneles o unidades
de fachada Relleno retenido
Øf f K af
Refuerzo
Parte alta
del muro Masa de suelo reforzado
Ør r Kr
Superficie de falla
para estabilidad
Conexión muro externa
de fachada
Berma
.
Dren
B = ancho de la base
Figura 6.19 Elementos que de acuerdo a la AASHTO se requiere diseñar (AASHTO HB-17).
profundidad a la cual aparece el suelo duro La mayoría de sistemas poseen detalles que son
y los espesores y características de los suelos propiedad intelectual de los comercializadores del
sueltos o blandos. sistema. Generalmente, los comercializadores
ofrecen asistencia técnica en el manejo y
• En cada perforación deben tomarse muestras especificaciones de cada producto.
cada 1.5 metros.
Los diversos sistemas han tenido historias
Los métodos de ensayo pueden seguir las diferentes de comportamiento y esto en ocasiones
normas AASHTO T 206 o AASHTO T 207. crea dificultades para realizar una evaluación
técnica adecuada.
• Se puede utilizar resistencias tanto SPT como
CPT. Algunos sistemas no son adecuados para
soluciones permanentes y otros son más adecuados
Ensayos de Laboratorio para áreas urbanas o para áreas rurales. La
Se recomienda realizar ensayos de inspección selección del sistema más adecuado depende de los
visual y clasificación, resistencia al cortante por requerimientos específicos del proyecto.
medio de ensayos de compresión inconfinada, corte
directo o triaxial. Condiciones Geológicas y Topográficas
El suelo de la cimentación debe tener unas
Se le debe dar mucha significancia a la características geológicas y una resistencia
distribución granulométrica y a la plasticidad. suficiente para soportar 2.5 veces el peso de la
Adicionalmente, se debe investigar el estructura.
comportamiento de los suelos a la compactación,
de acuerdo a AASHTO T 99 o T 180. Si las condiciones de capacidad de soporte no
son suficientes, se requiere mejorar las condiciones
Para determinar la agresividad potencial de del subsuelo o de la estructura utilizando entre
los suelos de relleno se deben realizar ensayos otras alguna de las siguientes técnicas:
de pH, resistividad eléctrica y contenido de sales,
incluyendo sulfatos y cloruros. • Excavación y remoción de los materiales
y su reemplazo por un relleno estructural
Factores a Tener en Cuenta en la compactado.
Selección del Tipo de Estructura
Para la selección del tipo de estructura la FHWA • Uso de materiales de relleno livianos
recomienda tener en cuenta los siguientes
factores: • Densificación utilizando compactación
dinámica, o mejoramiento mediante precarga
• Geología y condiciones topográficas con o sin columnas de drenaje.
Criterios para el Establecimiento del Tabla 6.8 Granulometría del relleno recomendada.
Proyecto Porcentaje de
Tamaño del Tamiz
Pasantes
Para el establecimiento del proyecto se recomiendan
4” 100%
las siguientes etapas:
No. 40 0 a 60%
• Considere todas las alternativas posibles
No. 200 0 a 15%
• Escoja el sistema de estructura (MSEW-muro, El índice plástico no debe ser mayor de 6.
o RSS-talud).
• Tipo de refuerzo
=
2.0
T
s
2
0.
=
• Longitud de los refuerzos 1.5 T
T = Período
• Espaciamiento de los refuerzos 1.0 T = 0.2 seg
T = 0.3 seg
T = 0.4 seg
• Materiales y características de la fachada 0.5
T = 0.5 seg
Tabla 6.9 Factores típicos de reducción por fluencia. Ling y otros (1997) presentaron un método
seudoestático utilizando equilibrio límite y
Factores de colocando una aceleración sísmica horizontal.
Tipo de polímero Reducción por Igualmente se deben mencionar los métodos de
Fluencia (Creep) Shahgholi y otros (2001), Kramer y Paulsen (2004),
y Huang y Wang (2005).
Poliéster 1.6 a 2.5
Polipropileno 4a5 La mayoría de los métodos para calcular la
fuerza sísmica son muy similares a los utilizados
Polietileno de alta para estabilidad de taludes o para muros de
2.6 a 5
densidad contención. El resultado de tener en cuenta la
fuerza sísmica es un incremento en la resistencia a
la tensión requerida en los refuerzos del muro y un
En la tabla 6.8 se indican las propiedades
aumento en la longitud de los refuerzos. El efecto
recomendadas para los suelos de relleno.
es mucho más notorio en la longitud del refuerzo
Adicionalmente se exige que los materiales
que en la resistencia a la tensión (Nimbalkar y
deban estar libres de lutitas u otros materiales
otros, 2006).
blandos o de pobre durabilidad.
En la figura 6.20 se muestra el aumento en longitud
Propiedades de los Refuerzos requerida del geosintético de acuerdo a los ángulos
de fricción. Como se observa al disminuir el ángulo
• Refuerzos de acero de fricción del material, la longitud requerida del
El esfuerzo de tensión admisible para los refuerzo puede aumentar hasta más del 50%.
refuerzos de acero es de 0.55Fy y para las
uniones de la fachada 0.48 Fy. La mínima
cobertura de galvanizado es de 0.61 kg/m2.
•R
efuerzos de geosintéticos
Los factores de reducción por fluencia
dependen principalmente del tipo de polímero.
Los valores típicos de acuerdo a la FHWA se
presentan en la tabla 6.9. Los factores de
reducción por durabilidad varían típicamente
entre 1.1 y 2.0. El mínimo factor de reducción a) Deslizamiento
Análisis Sísmico
Una cantidad numerosa de métodos están
disponibles para el diseño sísmico de estructuras c) Capacidad de soporte
de suelo reforzado, basadas en el análisis
seudoestático. Tal vez el trabajo más importante
fue el elaborado por Okabe (1926), y Mononobe
y Matsuo (1929). Este método conocido como
el método Mononobe Okabe, utiliza la teoría
d) Falla rotacional profunda
de Coulomb agregándole análisis sísmico con
coeficientes estáticos y obtiene un coeficiente
de presión de tierras que incluye tanto la parte
Figura 6.21 Modos de falla a analizar para estabilidad
estática como la parte sísmica (Kramer, 1996).
externa.
REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 233
Línea de máximo
PARTES DEL DISEÑO esfuerzo
L extracción
• Deslizamiento sobre la base del muro
• Volteo
Zona de fundación de suelo
• Capacidad de soporte Longitud Geomalla > 0.7 H
Material granular a
utilizar como relleno
dentro de la estructura
234 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN
450 mm
para el diseño: Se deben llenar las casillas
Geotextil
indicadas de la tabla 6.10.
• Se debe escoger entre: Muro MSE y Talud Figura 6.25 Detalle de subdrenaje colocando grava
Reforzado. detrás de la fachada.
(Llenar la tabla)
Propiedad de los Refuerzos (Para cada Referencia de Refuerzo)
Tabla 6.12 Factores de seguridad para análisis Detalles de obstrucciones internas a colocar dentro
estático. del muro
Tuberías, redes de teléfonos, etc.
Factor de Mínimo Especificado
Seguridad FS por AASHTO Paso 5: Especificar la Longitud Mínima
del Refuerzo
A deslizamiento 1.5
La AASHTO especifica L mínima = 0.7 H, donde
A volcamiento 2.0
H es la altura del muro. Se recomienda que la
A capacidad de longitud del refuerzo sea la misma en toda la
2.5 altura del muro.
soporte
A estabilidad de
1.3 Paso 6: Especificar el Espaciamiento
taludes
Básico entre los Refuerzos
A estabilidad
1.5
interna La AASHTO especifica un espaciamiento máximo
de 80 centímetros para garantizar la integridad
Excentricidad: Máximo L/6 del muro.
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