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  • DESLIZAMIENTOS: TECNICAS DE REMEDIACIONJAIME SUAREZwww.erosion.com.coCapítulo 6Refuerzo con Geosintéticos Fotografía 6.1 Construcción de un muro de tierra con refuerzo de geosintéticos.Las estructuras de tierra reforzada o estructurasde tierra mecánicamente estabilizada (Muros MSE ESTRUCTURAS DE SUELOo taludes RSS), son terraplenes donde el suelo es REFORZADOsu principal componente y dentro de este, en elproceso de compactación, se colocan elementos de Las estructuras de suelo reforzado consistenrefuerzo para aumentar su resistencia a la tensión en la colocación de tiras o capas de refuerzo eny al cortante (Fotografía 6.1). el proceso de compactación de terraplenes con taludes de alta pendiente. Internamente debenEn taludes se puede colocar refuerzo en los su resistencia principalmente al refuerzo yterraplenes, o se pueden construir muros MSE, externamente actúan como estructuras masivaslos cuales actúan como estructuras de gravedad. por gravedad. Son fáciles de construir. UtilizanLos muros pueden comportarse como estructuras el suelo como su principal componente y puedende contención o contrapesos. adaptarse fácilmente a la topografía.
  • 212 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓNPermite construirse sobre fundaciones débiles, Círculo críticotolera asentamientos diferenciales y puededemolerse o repararse fácilmente, pero se requiereespacio disponible superior al de cualquier otra Ho H Subdrén Capas de geotextilestructura de contención. Longitud de Esfuerzo Ld Efectivo La tierra reforzada moderna fue inventada y Spatentada por el arquitecto francés Henri Vidal S Espaciamiento Sen los años 1960s, y llegó a América en 1972.Originalmente se utilizaron láminas de acero(Figura 6.1). Posteriormente se han utilizado Distribución Típicamallas metálicas y geosintéticos (Figuras 6.2 y6.3). Estos muros se le conocen como muros de“tierra mecánicamente estabilizada” MSE, debido Figura 6.2 Suelo reforzado con geotextil.a que los términos “Tierra reforzada” y “Tierraarmada” son objeto de patentes. Tipos de EstructuraTipos de Refuerzo Utilizado Hay básicamente dos tipos de estructura de sueloLos muros y taludes de suelo pueden ser reforzados reforzado:con laminas o malla metálica o con geosintéticos(geotextiles o geomallas) (Figura 6.4). La diferencia Muros de tierra mecánicamente estabilizadaentre los diversos tipos de refuerzo se resume en (MSE)la tabla 6.1. Los muros MSE son muros en tierra reforzada con láminas o mallas metálicas o con geosintéticos (Geomallas o Geotextiles). B > 0.7 H Plaquetas Prefabricadas de Como criterio general un muro MSE tiene Concreto Armado Subdrén una pendiente de la fachada de más de 70º con la horizontal, y se comporta como una estructura de contención a gravedad (Figura 6.5). Estas H estructuras se diseñan como muros de contención y se deben diseñar para: Tubería de • Estabilidad general (estabilidad del talud Drenaje sobre el cual se encuentra el muro) • Capacidad de soportes Platinas de Amarre Conectores entre Placas • Volcamiento • Deslizamiento del muro licas Metá Tiras Fachada • Deformación excesiva Minicimiento • Rotura del refuerzo • Extracción del refuerzo • Unión refuerzo - fachadaFigura 6.1 Muro de tierra armada con refuerzo de tirasmetálicas. • Estabilidad de la fachada
  • REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 213Tabla 6.1 Ventajas y desventajas de los diversos tipos de refuerzo. Tipo Ventajas Desventajas Los refuerzos metálicos le dan rigidez Las zonas de refuerzo requieren protección al terraplén y los prefabricados de especial contra la corrosión. Refuerzo concreto en su cara de fachada los hace Se requieren características especiales en el con tiras presentables y decorativos. Existen relleno utilizado con los elementos de refuerzo. metálicas empresas especializadas dedicadas Algunos tipos de muro de tierra armada están a su construcción. El agua no se cubiertos por patentes. acumula entre capas. La malla le da cierta rigidez al Refuerzo terraplén y las capas no constituyen Dependiendo del material constitutivo la con malla superficies de debilidad. El efecto malla puede descomponerse o corroerse. Hay metálica de anclaje es mejor. El agua no se dificultades para la unión con la fachada. acumula entre capas. Refuerzo El terraplén es relativamente rígido. Dependiendo de la rigidez de la malla puede con Se deforman menos que los de geotextil. requerirse un material diferente para la geomalla El agua no se acumula entre capas. fachada. sintética Son muy flexibles y se deforman fácilmente. Refuerzo Las capas de geotextil se pueden convertir en Son generalmente muy económicos y con superficies de debilidad para deslizamientos. fáciles de construir. geotextil El geotextil se descompone con la luz solar. El agua puede acumularse entre capas. Amarre entre Capas Malla Metálica Suelo Geotextil Geotextil Mal la e l ectr oso ldad a Subdrén Cantos de Roca en Fachada Figura 6.3 Suelo reforzado con malla electrosoldada de acero galvanizado.
  • 214 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN Tiras Metálicas Geotextil Cantos de Roca Geomalla Gruesa Suelo Geomalla Compactado Malla Metálica Fina Suelo Prefabricado Material Compactado Suelo Compactado de Concreto Granular Tiras Metálicas Geotextil Mallas Geomalla Figura 6.4 Tipos de refuerzo para muros MSE.Los muros MSE de acuerdo a la AASHTO requieren Razones para su Empleopara su construcción de materiales de relleno La utilización de estructuras de suelo reforzadogranular relativamente limpio; sin embargo en se ha popularizado por las siguientes razones:los países tropicales se utilizan con frecuenciamateriales mixtos con contenidos altos de arcilla. • conomía. En los países tropicales de alta E montaña generalmente los gaviones sonTaludes reforzados (RSS) el material para estructura de contenciónSon taludes reforzados con refuerzos metálicos o más económico seguido generalmente degeosintéticos, los cuales tienen inclinación de la las estructuras de suelo reforzado confachada de menos de 70º. Aunque técnicamente geosintéticos. Estas estructuras son muchoes posible que se diseñen taludes reforzados con más económicas que los muros en concretopendiente superior a 70º, se recomienda que simple o reforzado.a partir de esta inclinación las estructuras desuelo reforzado se diseñen como muros y no comotaludes. Los taludes reforzados (RSS) no se diseñan Perfil finalcomo estructuras de contención sino solamente 35 m 1utilizando sistemas de análisis de estabilidad de H 5 29 mtaludes por el método del equilibrio límite. 1 6m Perfil original 5 H El diseño de taludes RSS utilizando refuerzos de Geomalla 13 mgeosintéticos se basa en versiones modificadas de 16 mlos métodos clásicos de equilibrio límite de taludes.Modelos numéricos y de campo (Christopher 1990), a) Muro MSEindican que el sistema de diseño de equilibriolímite es relativamente conservador. Geomalla Los taludes reforzados no requieren, según 1la FHWA, un material de relleno tan granular y 1.00 m 1 1.00 m 4.00 mlimpio como se requiere para los muros MSE y por 856.12 m 1.00 mesta razón en muchas ocasiones es más económico 1.00 mconstruir un talud reforzado (RSS) que un muroMSE. 1.50 m 12.50 m Hasta la fecha no se conoce de especificaciones b) Talud reforzadoAASHTO para el diseño de taludes reforzados(RSS). Sin embargo, en las guías de la FHWAse 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 • stabilización de taludes en corte. E 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 • omportamiento. C 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 • stética. Los muros y taludes reforzados con E 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 deUsos Principales suelo RefuerzoEntre los usos de las estructuras de suelo con Perfil después secundario de de la falla 25 ºrefuerzo se encuentran las siguientes: tensión SS1 Relleno Cubrir con • erraplenes T para carreteras. La compactado cespéd 7.0 m construcción de muros y taludes reforzados Refuerzo ppal Tubo del de tensión SR2 subsuelo para la conformación de terraplenes en 70 º Vía carreteras es una práctica muy común (Figura 6.6). La principal ventaja es el menor 5.0 m volumen de relleno que se requiere cuando se coloca refuerzo. Igualmente, los terraplenes con refuerzo se comportan mejor ante eventos Figura 6.7 Esquema de la estabilización del talud de sísmicos. un corte utilizando un muro MSE.
  • 216 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN 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 • iras de láminas metálicas. Las láminas T comercialmente disponibles son corrugadasFigura 6.8 Uso de una estructura de suelo con refuerzo por ambos lados, tienen una ancho dede geosintéticos para estabilizar el pie de un relleno aproximadamente 50 milímetros (2 pulgadas)sanitario. y espesor de 4 milímetros (5/32 de pulgada). • iras de mallas metálicas soldadas. Las T • Conformación de áreas planas en zonas malla de acero utilizadas generalmente urbanas. En proyectos de urbanizaciones en tienen espaciamientos longitudinales entre zonas de montaña se requiere con frecuencia 6 y 8 pulgadas, y transversales de 9 a 24 construir terraplenes para la conformación pulgadas. de áreas planas para las viviendas. La alternativa de utilizar muros de suelo Los Refuerzos de Geosintéticos reforzados con geosintéticos es muy atractiva Generalmente se utilizan productos elaborados cuando se tienen materiales disponibles para con polímeros. los rellenos. La principal ventaja de estos muros es que se pueden utilizar fachadas • eomallas de polietileno de alta densidad G de alta pendiente, las cuales utilizan menos (HDPE). Comúnmente consisten en espacio que los terraplenes comunes. mallas uniaxiales, las cuales son ofrecidas comercialmente en hasta 6 diferentes • Estabilización de botaderos de residuos resistencias (Figura 6.9). y rellenos sanitarios. Los muros o diques de suelo reforzado con geosintéticos se • eomallas de poliéster cubierto con PVC. G utiliza con mucha frecuencia para construir Generalmente consisten en geomallas que están las estructuras de contención alrededor de caracterizadas por una tenacidad alta de las botaderos de residuos o rellenos sanitarios (Figura 6.8). fibras de poliéster en el sentido longitudinal. 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. • eotextiles de polipropileno o de poliéster. G El uso de factores altos ha sido desestimulado Son geotextiles tejidos de alta resistencia, por la industria de geotextiles y existe una los cuales se utilizan principalmente para la tendencia a diseñar utilizando información estabilización de taludes. Se han utilizado técnica incompleta sobre el comportamiento de los tanto geotextiles de poliéster como de geotextiles (Benjamín y otros, 2007). Igualmente polipropileno. la acumulación de agua entre capas de geotextil representa problemas de estabilidad y potenciaLos Geotextiles como Refuerzo de Muros las deformaciones.MSEEn un gran número de países latinoamericanos El resultado es una gran cantidad de fallas encomo Colombia, Brasil y Perú se utilizan muy a los muros reforzados con geotextiles. Se requieremenudo los geotextiles en vez de las geomallas o los por lo tanto, ser muy estrictos en el diseño de murosrefuerzos metálicos para la construcción de muros con geotextiles, especialmente en la utilizaciónMSE. El uso de geotextiles tiene algunas ventajas de coeficientes adecuados y la construcción decomo es la facilidad de construcción y la reducción sistemas de subdrenaje muy eficientes.significativa de costos (Benjamín y otros, 2007).Sin embargo, existe muy poca investigación sobre MATERIALES PARA EL RELLENOel uso de los geotextiles para el refuerzo de murosen tierra. Los muros MSE necesitan rellenos con materiales de gran durabilidad, buen drenaje y facilidad de El principal problema detectado es la gran construcción, así como de muy buena interacciónmagnitud de las deformaciones, lo cual representa de resistencia con el refuerzo, la fricción delun problema para su utilización en estructuras material es la característica más importanteimportantes. Los geotextiles se deforman requer ida. Los taludes estabilizados RSS tienenmucho más que las geomallas. La posibilidad de menos exigencias no debe ser un material capaz dedeformaciones post-construcción (fatiga o “creep”) desarrollar fricción y no debe contener materialeshan sido un problema especialmente para los orgánicos o perecederos como vegetación o residuosgeotextiles de polipropileno. indeseados. Relleno Ladrillo Mortero Capas de Capas de geosintético geosintético Lloraderos Material Filtrante Fachada del muro a) Detalle de la conexión b) Vista general Figura 6.10 Muro reforzado con fachada en ladrillo (Pinto, 2003).
  • 218 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓNLa AASHTO recomienda utilizar materiales El relleno cerca de la pared debe compactarse100% granulares, pero cuando no se dispone de utilizando un equipo liviano, bien sea un rodillomateriales de grava o arena se utilizan suelos pequeño vibratorio, una placa vibratoria demixtos (gravas o arenas arcillosas o limosas, o peso no mayor a mil kilos o un vibrotamper. Asuelos residuales), en estos casos se debe tener distancias superiores a 1.5 metros de la paredespecial cuidado, teniendo en cuenta, la importante puede utilizarse equipo pesado.reducción de capacidad al arrancamiento en lossuelos arcillosos, cuando son saturados (Elias y Uso de Suelos TropicalesSwanson, 1983). En ocasiones se utiliza piedra La AASHTO y otras entidades recomiendan que lostriturada. En este caso debe tenerse cuidado de muros de tierra con geosintéticos sean construidosque el refuerzo sea de un grosor suficiente que utilizando materiales granulares como relleno.impida su rotura, causada por los bordes angulosos Esta recomendación tiene su fundamento en ladel triturado. preocupación del mal drenaje de los materiales El PH del relleno en el caso de tierra armada finos, el cual conduce a la pérdida de resistencia alcon refuerzo metálico debe ser superior a seis cortante y problemas de movimientos después depara impedir la corrosión acelerada del acero. El la construcción (Zornberg y Mitchell, 1994).material debe compactarse a una densidad talque garantice la estabilidad del relleno en cuanto En los países tropicales se encuentran suelosa resistencia y compresibilidad. Comúnmente se granulares con finos como arenas limosas yexigen densidades superiores al 95% de la densidad arcillosas, las cuales presentan muy buenmáxima Proctor Modificado. comportamiento mecánico muy diferente al de los suelos finos de climas temperados (Tabla El proceso de compactación debe realizarse 6.2). Por ejemplo, algunos suelos en el Brasil conteniendo cuidado de no romper o deteriorar los altos porcentajes de finos pero baja plasticidad,elementos de refuerzo. Debe impedirse que los presentan un muy buen comportamiento mecánicovehículos, tales como volquetas pasen por encima como material compactado (Cruz, 1996).del refuerzo antes de colocar el relleno.Tabla 6.2 Especificaciones para rellenos de tierra armada (Geotechnical Control Office, 1989). Relleno de Material Relleno de Material Requisito Friccionante Cohesivo Tamaño máximo 150 mm 150 mm % Pasantes 1/2 pulgada ≥ 25% - % Pasantes tamiz 30 ≥8% - % Pasantes tamiz 200 0 a 10% 10 - 80 % menor de 2 micrones - 0 - 10 Coeficiente de ≥5 ≥5 uniformidad Límite líquido - ≤45 Indice plástico - ≤20
  • REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 219 B insuficiente Fachada en geosintéticos con vegetación Los geotextiles o geomallas se doblan alrededor de la fachada para contener el suelo. En el caso de geotextiles, la misma tela de refuerzo principal 1.52 m se utiliza como fachada y en el caso de refuerzo Relleno principal con geomallas se coloca en la fachada un geosintético más flexible. Sobre los geosintéticos Geomalla se pueden colocar biomantos y vegetación o se Superficie 6.70m H puede recubrir con mortero o concreto. de falla Drenaje FS 1.2 calculado 2.50m Concreto o concreto lanzado La fachada con geosintéticos o con malla metálica Excavación puede recubrirse utilizando concreto o mortero Aproximada lanzado, o colocando una fachada de concreto fundido en el sitio utilizando formaleta. Drenaje Drenaje Fachada en ladrillo o mamposteríaFigura 6.11 Falla global (externa) de un muro reforzado Consiste en paredes semiverticales de espesorcon geomallas (Berg y Meyers, 1997). importante de ladrillo pegado con mortero u otro tipo de mampostería, como se muestra en la figura 6.10.MATERIALES PARA LA FACHADA EL COMPORTAMIENTO DE LOSSe han utilizado diferentes sistemas de fachada. MUROS MSESe indican a continuación los más comunes: Hasta ahora el ensayo de los geosintéticos se haPaneles de concreto reforzado concentrado en determinar el comportamientoSon paneles de concreto con espesor mínimo de a corto plazo de los mantos tal como son14 centímetros, con forma de cruz, rectangular, manufacturados, y el comportamiento de la obra acuadrada, hexagonal o de diamante. mediano y corto plazo. La pregunta que queda es, cuál es su comportamiento durante el período deBloques de concreto servicio de la obra.Son bloques de concreto o mortero con peso unitarioentre 15 y 50 Kg. El tamaño típico en la fachadaes de 10 x 60 centímetros. La mayoría de estos Desplazamiento Superficie de fallabloques son patentados y se les reconoce por su horizontal del muro p potencialnombre comercial. O A xFachadas metálicas uFue el sistema utilizado inicialmente por Vidal Zona pasivay se le utiliza actualmente para sitios de difícilacceso. H a bMallas metálicasLas mallas se doblan para formar la superficie dela fachada. Algunos sistemas patentados utilizan Bmallas metálicas en la fachada. z Zona ActivaGavionesLas canastas de gaviones rellenas de piedra puedenutilizarse como fachada con refuerzos principales Figura 6.12 Superficie potencial de falla al cortante yen malla metálica o geomalla. falla por desplazamiento de la fachada.
  • 220 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓNEl comportamiento a largo plazo de los muros Mecanismos de FallaMSE de tierra reforzada con geosintéticosdepende principalmente del comportamiento de Fallas por estabilidad externalos refuerzos de geosintéticos. En la literatura se reportan una cantidad importante de muros MSE que han fallado por Algunos productos de refuerzo fabricados con estabilidad externa. En este tipo de falla segeosintéticos han tenido un mal comportamiento a incluyen las fallas por deslizamiento directo,largo plazo. La preocupación de algunas entidades volcamiento, capacidad de soporte y falla del taludha sido de tal magnitud, que algunos departamentos general incluyendo al muro.de transporte de los EE.UU. han modificado lasespecificaciones de la AASHTO prohibiendo el uso En la mayoría de los muros reportados comode algunos tipos de muro MSE. fallados por estabilidad externa, la longitud del refuerzo era menor de 0.5H. Berg y Meyers (1997) Por ejemplo, en New Jersey el artículo 5.8.4.2 reportan la falla de un muro MSE de 6.7 metrosde las especificaciones de la AASHTO para muros con longitud de refuerzo de 2.5 metros (FiguraMSE fue modificado en la siguiente forma: “The 6.11). La falla reportada está relacionada con lause of extensible reinforcements for MSE walls is estabilidad global del muro, equivalente a unanot permitted” (NJDOT-2001). falla por detrás del muro. Las geomallas no se rompieron, pero el muro colapsó totalmente por su El uso de geotextiles de polipropileno genera pie. Los factores de seguridad para la falla globalpreocupaciones por la gran magnitud de las eran de 1.2.deformaciones. Sin embargo, en muchos casosse pueden permitir deformaciones relativamente Gassner y James reportan la falla de dos murosimportantes de acuerdo a las características y con pendiente de 70º y refuerzos con geotextilesfunción de la estructura. En estabilización de de poliéster (L de los refuerzos = 0.49H), lostaludes las deformaciones internas en el muro cuales colapsaron por “insuficiente refuerzo y/opueden no representar un problema para la baja resistencia de los rellenos”. Las fallas porestabilidad general de la estructura. capacidad de soporte también son comunes, debido a que los muros MSE concentran cargas muy Zornberg y Arriaga (2003) y Pedroso y otros grandes en áreas relativamente pequeñas.(2006), han realizado investigaciones sobre elcomportamiento de estructuras reforzadas con Fallas por estabilidad internageotextiles y muy posiblemente en los próximos Las fallas por estabilidad interna incluyen laaños, la investigación permitirá establecer criterios falla de los refuerzos y la falla de la fachadasobre el comportamiento real de los muros MSEreforzados con geotextiles. (Figura 6.12). 1 2 3 4 5 6 L0 L1 L2 L3 L4 L5Figura 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 polipropilenorefuerzos se fueron reemplazando por los geotextiles deRichardson y Lee (1975) realizaron una serie de poliéster, y por las geomallas de poliester o deensayos para estudiar el comportamiento de los polietileno de alta densidad. Colombia es de losrefuerzos y la falla de los muros y encontraron lo países en el mundo donde se utilizan en formasiguiente: 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 murose mueve en forma relativamente lenta hacia Algunas empresas productoras de refuerzosfuera y la deformación va desplazándose hacia de geosintéticos utilizan esta limitación de losabajo para producirse la falla “catastróficamente” productos de polipropileno para promocionar susen 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 refuerzosEste tipo de falla es la menos común, debido a lagran resistencia del conjunto suelo-refuerzo a la 100extracción de la lámina de geosintético (Figura Poliéster6.14). En la falla por extracción de los refuerzos el 80movimiento inicial es más uniforme hacia afueracon una inclinación sobre la parte inferior del Carga 60muro, y un comportamiento más dúctil. (% max) 20 años Polipropileno 40 Richardson y Lee (1975) recomiendan que paraevitar fallas por colapso, se debe aumentar los 20factores de seguridad a extensión y rotura de losrefuerzos. La gran cantidad de fallas ocurridas 0 2 3 5 6 4antes de 1995 obligó a la AASHTO y a otras 1 10 10 10 10 10 10Entidades a aumentar los factores de seguridad, Tiempo de falla (h)como ocurrió en la evolución que tuvieron lasespecificaciones AASHTO desde 1980 hasta el Figura 6.15 Gráfica de la disminución de la resistencia2001. Esto a su vez generó cambios importantes con el tiempo de dos refuerzos elaborados con productosen 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) Posición inicial 7 días 27 días 84 días Fin de la 15 días 57 días 203 días construcción Figura 6.16 Deformaciones de los refuerzos en un prototipo de investigación (Benjamín y otros, 2007).Falla por deformación excesiva de los • eformaciones después de construido el muro Drefuerzos Las deformaciones después de construido elLas deformaciones excesivas de los refuerzos se muro dependen principalmente de la fluenciahan convertido en un problema importante de (Creep) de los refuerzos, las propiedadeslos muros MSE cuyos factores de seguridad se del relleno y/o de los asentamientos delencuentran por debajo de los especificados por la terreno de cimentación. La deformación esAASHTO y son muy raros en los muros fallados que generalmente mayor en la parte superiorhan cumplido con las especificaciones AASHTO del muro y disminuye linealmente a cero en(Fotografía 6.2). la base del muro, independientemente de la altura del muro y de las características de la Teniendo en cuenta que los factores de fachada (Allen 2001).reducción y de seguridad para el diseño de murosMSE en algunos países, están muy por debajode los especificados por la AASHTO, el problemade deformaciones excesivas es un problema quelos ingenieros debemos enfrentar con muchafrecuencia (Figuras 6.16 y 6.17). En el análisis de deformaciones se deben teneren cuenta dos componentes principales: • eformaciones durante la construcción D Las deformaciones durante la construcción dependen principalmente de las relaciones esfuerzo-deformación de los refuerzos. Para su análisis, se pueden emplear los resultados Fotografía 6.2 Falla de un muro MSE por exceso de de los ensayos de tira ancha de los refuerzos. deformación en los refuerzos.
  • REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 223 4.0 4.0 3.5 3.5 3.0 3.0 Elevación (m) 2.5 2.5 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 a) Desplazamientos totales b) Desplazamientos post-construcción Fin de la 7 días 27 días 84 días construcción 15 días 57 días 203 días Figura 6.17 Deformaciones de la fachada en un prototipo de investigación (Benjamín y otros, 2007).La diferencia entre el buen o mal Si un muro está diseñado correctamentecomportamiento de un muro parece estar se deben producir menos de 25 a 30 mm derelacionado con la posibilidad de que las deformación en el primer año y menos de 35deformaciones de los refuerzos alcancen mm para la vida de diseño; en muros de menosvalores suficientemente grandes para que el de 13 metros de altura (Allen 2001).suelo alcance a su vez niveles de deformaciónque induzcan la falla de la masa de suelo. Predicción de las deformacionesFinalmente el que falla es el suelo. Uno de los problemas más importantes el cual es objeto de investigación por ingenieros yLas deformaciones de “creep” son mayores diseñadores, es cómo predecir las deformacionesen el primer año y disminuyen después de de la estructura de suelo con refuerzo.las 10000 horas de la terminación del muro. Investigaciones realizadas en varias partes delComo la habilidad del suelo a deformarse mundo (Burwash y Frost 1991; Djarwadi y Wongdisminuye aún más rápidamente que la 1994; Itoh y otros, 1994; Nakajima y otros 1996),del refuerzo, puede ocurrir un fenómeno de tanto en laboratorio como en modelos reales han“relajación de esfuerzos” sobre el refuerzo. demostrado que se pueden seleccionar factores para determinar la deformación de las estructurasO sea que con el paso del tiempo el suelo de suelo reforzado. Los principales elementosasume más esfuerzo y el geosintético menos, son la geometría del muro, los elementos de laproduciéndose una disminución en las ratas fachada, las características de los materialesde deformación. Esta situación puede inducir utilizados como relleno y como refuerzo, y el nivella falla repentina del suelo (Allen 2001). y localización de las cargas.
  • 224 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓNLas deformaciones en los muros se pueden predecir Esta misma observación aparece en la mayoría deutilizando programas de software de elementos los documentos consultados y en las especificacionesfinitos. Sin embargo, hasta ahora no ha habido de la mayoría de estados de los EE.UU y de lospropuestas de métodos matemáticos simples para países europeos.calcular estas deformaciones (KazimierowicsFrankowska, 2003). Factores de Reducción La AASHTO recomienda utilizar una serieComo Identificar una Situación Crítica de factores de reducción a las cargas últimasAllen (2001) afirma que una situación crítica se obtenidas en los ensayos de laboratorio de tensiónreconoce por las siguientes situaciones: con tira ancha. • Las deformaciones unitarias totales del  Tpermisible = Túltima x  refuerzo son superiores a 5% RF x RFCR x RFCD x RFED x FS • Las deformaciones horizontales de la corona Donde de la fachada en las primeras 10000 horas RFID= Factor de reducción por daños en la después de terminado el muro son mayores instalación de 35 mm, para muros de altura hasta de 13 RFCR= Factor de reducción por fluencia a metros. esfuerzo constante RFCD= Factor de reducción por degradación • Aparecen grietas en el suelo química RFBD= Factor de reducción por degradación • Ocurre rotura de los refuerzos biológica FS = Factor de seguridad para tener en cuenta • Se observan desplazamientos excesivos del la Incertidumbre en los materiales. muro (Fotografía 6.3) El Instituto de Investigaciones en GeosintéticosResistencia permisible a (Geosynthetics Research Institute), adoptó lalargo plazo norma GRI-GT7 para determinar la resistencia a largo plazo de los geotextiles y la norma GRI-Según Koerner (1999) la mayoría de los valores GG4 para geomallas. Estas normas incluyen unobtenidos en los ensayos de laboratorio no pueden sistema de ensayo para determinar los factores deser utilizados directamente para el diseño, sino reducción indicados anteriormente.que deben ser modificados de acuerdo a lascondiciones del sitio y a los esfuerzos a que van a Se pueden realizar ensayos que determinenestar sometidos durante la vida útil de la obra. los factores de reducción por instalación, fluencia, esfuerzo constante y degradación biológica y química de materiales específicos. Una gran cantidad de fabricantes de geosintéticos se han acogido a esta norma y han realizado ensayos que caracterizan el comportamiento a largo plazo de geotextiles y de geomallas. Los factores de reducción son los siguientes: • actor por daños en la instalación F Debe reconocerse que el manejo de los mantos durante su instalación puede producirles daños. Según Koerner (1999), los esfuerzos a que son sometidos durante su instalación pueden ser más severos que los esfuerzos de Fotografía 6.3 Falla de un muro MSE. diseño (Tabla 6.3).
  • REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 225Tabla 6.3 Factores de reducción por daños en la instalación recomendados por diversos fabricantes y entidades. Relleno Relleno Relleno Relleno Relleno Autor Entidad o Producto de de de de de Empresa Grava Arena Piedra Limo Arcilla Amoco Geotextil 2006 1.20 1.10 Amoco Geotextil 2016 1.20 1.05 Amoco Geotextil 2044 1.10 1.05 Synthetic Industries Geotextil Geotex 4x1 1.15 Geotextiles tejidos, South Carolina State polipropileno o 1.4 1.4 2.2 Highway Department poliéster South Carolina State Geomalla uniaxial 1.2 1.45 Highway Department HDPE Linq Industrial Geotextiles de 1.4 1.2 1.1 1.1 Fabrics Inc. polipropileno Linq Industrial Geotextiles de 1.6 1.4 1.25 1.25 Fabrics Inc. poliéster Geomallas de Más de Strata Grid 1.1 poliéster 1.1 1.10 a Tensar Geomallas de HDPE 1.25 1.15 Geosynthetic Geotextiles o 1.4 Research Institute geomallas FHWA Publicación Geomallas uniaxiales 1.20- 1.10-1.20 NHI-0043 – 2001 HDPE 1.45 Geotextiles tejidos FHWA Publicación 1.40- polipropileno o 1.10-1.40 NHI-0043 – 2001 2.20 poliéster California Todo tipo de Department of No menos de 1.1 geosintéticos Transportation Koerner y Koerner (1984) sugieren que se en el diseño de muros de tierra reforzada deben tener precauciones especiales cuando (MSE) (Figura 6.18). El GRI (Geosynthetics se utilicen geotextiles de menos de 270 g/m2. Research Institute) desarrolló un ensayo para determinar la fluencia a esfuerzo constante de • actor por fluencia a esfuerzo constante F los mantos de geosintéticos (tablas 6.4 y 6.5). (creep) Los mantos de geosintéticos pueden sufrir • actores por degradación F elongaciones a esfuerzo constante. Los En la tabla 6.6 se muestran algunos de los polímeros generalmente se consideran factores de reducción por degradación de los como materiales sensitivos a la fluencia refuerzos. y esta propiedad debe tenerse en cuenta
  • 226 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN A la luz del sol. La exposición a la luz del sol es una causa importante de degradación 100 de los polímeros con los cuales se fabrican los Porcentaje remanente de la carga última a tensión (%) geosintéticos. Poliéster de Alto modulo 80 A la temperatura. Las altas temperaturas generan una aceleración de los mecanismos de degradación de todos los polímeros. 60 A la oxidación. Aunque todos los polímeros HDPE reaccionan con el oxígeno causando 40 degradación, se considera que el polietileno Polipropileno y el polipropileno son los más susceptibles a este fenómeno (Koerner 1999). 20 10 100 1 mes 1 año años años A la hidrólisis. El poliéster se afecta particularmente y especialmente cuando 0 0 1 2 3 4 5 6 7 10 10 10 10 10 10 10 10 está sumergido en un líquido que tiene alta Tiempo (Horas) alcalinidad. A la degradación química. Esta es Figura 6.18 Resultados de los ensayos de fluencia de especialmente importante cuando el geotextil hilos de diferentes polímeros (Hoedt, 1986). está expuesto a lixiviadosTabla 6.4 Factores de reducción contra deformación por fluencia a largo plazo para geotextiles recomendados pordiferentes autores y entidades. Tipo de Fibra del Geotextil Referencia Polietileno Polipropileno Poliamida Poliéster HPDE Hoedt (1986) 4.0 4.0 2.5 2.0 Task Force 27 AASHTO- 5.0 5.0 2.9 2.5 AGC-ARTBA (1991) 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 Christopher (1990) 4.0 4.0 FHWA Publicación NHI- 4.0-5.0 2.6-5.0 1.6-2.5 0043 – 2001 Concrete Masonry 6.0 3.33 2.0 Association of Australia Geosynthetic Research 3.0 (Geotextiles) Institute Geosynthetic Research 3.5 (Geomallas) Institute
  • REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 227Tabla 6.5 Factores de reducción contra deformación por fluencia a largo plazo recomendados y debidamentesustentados por algunos fabricantes de geosintéticos. Fabricante Producto Fibra RFCR Amoco Geotextiles, 2066, 2016, 2044 Polipropileno 3.5 Linq industrial Geotextiles GTF 300, GTF 375N, Polipropileno 4.0 fabrics, Inc. GTF 570 Linq industrial Geotextiles : GTF 550T, GTF Poliéster 1.9 fabrics, Inc. 1000T, GTF 1500T Mirafi-Miragrid Geomallas Poliéster 1.67 Synthetic Industries Geotextiles Geotex 4x1 Polipropileno 3.77 Strata Grid Geomallas Poliéster 1.61 Terram Geotextiles Poliéster 2.2 Tensar Geomallas - UX-Mesa HDPE 2.65Tabla 6.6 Factores de reducción por degradación química y biológica. Autor Entidad o Empresa Producto RFCD x RFBD Amoco Geotextiles 1.1 Synthetic Industries Geotextiles 1.1 South Carolina state highway Geomalla polietileno 1.1 department HPDE South Carolina state highway Geotextiles de 2.0 department polipropileno South Carolina state highway Geotextiles de poliéster 1.6 department Gotextiles de polipropileno Linq Industrial Fabrics Inc. 1.1 o de poliéster Strata Grid Geomallas de poliéster 1.1 Geosynthetic Research Geotextiles 1.82 Institute Geosynthetic Research Geomallas 1.82 Institute FHWA Publicación NHI-0043– Geotextiles de poliéster 1.6-2.0 2001 1.15-2.0 Nota técnica Mirafi Poliéster (dependiendo del pH)
  • 228 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN A la degradación biológica. Algunos Este factor de seguridad cubre entre otras microorganismos como las bacterias degradan incertidumbres el aumento de humedad en el suelo los polímeros y utilizan la fibra como del relleno, la poca uniformidad de las fuentes alimentación. Este problema no es común de materiales y parcialmente los problemas de en las resinas utilizadas para elaborar los baja densidad, los cuales pueden considerarse geosintéticos. Generalmente los aditivos que se como comunes en los muros MSE. Este factor de utilizan con el polímero son menos vulnerables. seguridad no cubre situaciones de inestabilidad extrema como son los problemas de inestabilidadUso de Factores de Reducción Totales geológica.por DefectoCuando no existen ensayos certificados de los PROCEDIMIENTOS DEfactores de reducción para un determinado CONSTRUCCIÓNproducto, algunas entidades exigen la utilizaciónde factores de reducción totales. Es muy importante el procedimiento de construcción para garantizar un buen RFTOTAL = RFID x RFCR x RFD comportamiento de la estructura de suelo con refuerzo. Entre los elementos importantes a tener en cuenta en la construcción de los muros seEl South Carolina State Highway Department encuentran los siguientes:en sus especificaciones (Agosto 15, 2002) exigelos siguientes factores de reducción totales por Cimentación del muro. Los muros y taludes MSEdefecto: deben cimentarse sobre superficies semi-planas Para rellenos granulares RFtotal = 10 excavadas en suelo o roca con suficiente capacidad Para rellenos con piedra RFtotal = 14 de soporte para resistir el peso de la estructura sin que ocurran deformaciones excesivas.Las especificaciones de la AASHTO exigen unRFtotal mínimo de 7. Igual especificación se exige Sistema de subdrenaje. Sobre la cimentaciónpor otras entidades como el California Department en la parte posterior del muro y dentro de laof Transportation. estructura del muro deben construirse elementos de subdrenaje que impidan la entrada de humedadFactores de Seguridad por Incertidumbre al suelo de relleno.en los MaterialesUna de las principales incertidumbres está Compactación. El proceso de relleno yrelacionada con las propiedades del suelo. La compactación debe realizarse de tal manera quemayoría de los autores y entidades recomiendan no se genere distracción interna de los refuerzostener en cuenta un factor de seguridad para por encima de límites aceptables (Fotografía 6.4).considerar esta variable (Tabla 6.7).Tabla 6.7 Factores de seguridad por incertidumbre enlos materiales. Autor Entidad o Factores de Empresa Seguridad Amoco 1.5 a 1.8 Strata Grid 1.5 FHWA Publicación NHI- 1.5 0043 – 2001 AASHTO 1.5 Fotografía 6.4 Proceso de compactación de un muro MSE.
  • REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 229 Superficie de la falla para Estabilidad interna Paneles o unidades de fachada Relleno retenido Øf f K af Refuerzo Parte alta del muro Masa de suelo reforzado Ør r Kr Zona activa Zona resistente La Le H Superficie de falla para estabilidad Conexión muro externa de fachada Berma . Dren Base del muro Limites del muro para diseño Profundidad de Empotramiento L = longitud de refuerzo B = ancho de la base Figura 6.19 Elementos que de acuerdo a la AASHTO se requiere diseñar (AASHTO HB-17).Se debe tener mucho cuidado de no utilizar Sondeosmateriales con bloques o cantos de roca que puedan Los lineamientos mínimos de sondeos, segúnromper los refuerzos. El espesor de las capas y AASHTO son los siguientes:el equipo de compactación a utilizarse debengarantizar la integridad de los geosintéticos. • Los sondeos deben realizarse a intervalos de mínimo cada 30 m a lo largo del alineamiento Del mismo modo no se deben utilizar equipos de la estructura de suelo reforzado y cada 45 mpesados junto a la fachada para evitar el deterioro a lo largo de la parte posterior de la estructurade los elementos que la conforman. de suelo reforzado.ESTUDIOS PREVIOS AL DISEÑO • La profundidad de los sondeos depende de las características del subsuelo. Donde seLa FHWA le da mucha importancia a la exploración consigue roca a poca profundidad, los sondeosdel sitio, los reconocimientos de campo, los sondeos pueden tener profundidades cerca de 3 m y eny los ensayos. todos los casos se recomienda determinar la
  • 230 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN 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 adecuadosEnsayos de Laboratorio para áreas urbanas o para áreas rurales. LaSe recomienda realizar ensayos de inspección selección del sistema más adecuado depende de losvisual y clasificación, resistencia al cortante por requerimientos específicos del proyecto.medio de ensayos de compresión inconfinada, cortedirecto 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 resistenciadistribución granulométrica y a la plasticidad. suficiente para soportar 2.5 veces el peso de laAdicionalmente, 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 entrelos 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 estructuralFactores a Tener en Cuenta en la compactado.Selección del Tipo de EstructuraPara la selección del tipo de estructura la FHWA • Uso de materiales de relleno livianosrecomienda tener en cuenta los siguientesfactores: • Densificación utilizando compactación dinámica, o mejoramiento mediante precarga • Geología y condiciones topográficas con o sin columnas de drenaje. • Condiciones ambientales • Construcción de columnas de piedra • Tamaño y naturaleza de la estructura Tamaño y Naturaleza de las Estructuras MSE • Durabilidad Teóricamente no hay un límite a la altura de los muros MSE. Las estructuras de gran altura se • Estética han realizado utilizando refuerzos de acero. Sin embargo, las estructuras de más de 25 metros son • Criterios de comportamiento poco comunes. • Disponibilidad de materiales Igualmente, las estructuras de baja altura pueden no ser económicas, especialmente si • Experiencia con un determinado sistema se requiere adicionalmente la construcción de barreras para el tráfico. • Costos
  • REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 231Criterios para el Establecimiento del Tabla 6.8 Granulometría del relleno recomendada.Proyecto Porcentaje de Tamaño del Tamiz PasantesPara 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). • Analice las opciones de fachada Propiedades de los Suelos • Estudie los criterios de comportamiento del • uelos de fundación S muro, factores de seguridad para estabilidad Para establecer las propiedades del suelo interna y externa, comportamiento de los de cimentación se debe hacer énfasis refuerzos, etc.; de acuerdo a las especificaciones en el cálculo de capacidad de soporte, el de la AASHTO. potencial de asentamiento y la posición del nivel freático. Para calcular la capacidad • Considere el comportamiento de los refuerzos de soporte se utilizan los parámetros φ, c y a largo plazo (corrosión, fluencia, etc.). γ. Para la determinación de asentamientos es muy importante conocer el coeficiente de consolidación Cc, conjuntamente con una • Realice el diseño utilizando un sistema de aproximación del índice de compresión Cv. software apropiado. • Suelos de relleno FACTORES A TENER CUENTA EN La mayoría de la experiencia de estructurasEL DISEÑO MSE ha sido con rellenos granulares, limpios, no cohesivos. Generalmente estos materialesElementos que se Requiere Diseñar son más costosos que los de menor calidad.Se requiere diseñar los siguientes elementos(Figura 6.19): 3.0 Longitud Requerida Lc = Función de H • Tipo de estructura 2.5 s 5 0. • 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 0 0.1 0.2 0.3 • Berma en el pie de la estructura Kh (Función de g) • Profundidad de empotramiento Figura 6.20 Efectos del coeficiente sísmico seudoestático Kh y del período de vibración (T) en la longitud requerida • Sistema de subdrenaje (Lc) para el refuerzo de geosintético en un muro MSE para kv = 0.5kh, φ = 30o, H = 5 m, (Nimbalkar y otros, 2006).
  • 232 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓNTabla 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 longitudPropiedades 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. • Refuerzos 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 debe ser de 1.1. Los factores de reducción por daños en la instalación varían de 1.05 a b) Volteo 3.0 dependiendo de la gradación del relleno. El mínimo factor de reducción recomendado es de 1.1. Los factores de seguridad para estructuras permanentes deben ser de 1.5.Análisis SísmicoUna cantidad numerosa de métodos estándisponibles para el diseño sísmico de estructuras c) Capacidad de soportede suelo reforzado, basadas en el análisisseudoestático. Tal vez el trabajo más importantefue el elaborado por Okabe (1926), y Mononobey Matsuo (1929). Este método conocido comoel método Mononobe Okabe, utiliza la teoría d) Falla rotacional profundade Coulomb agregándole análisis sísmico concoeficientes estáticos y obtiene un coeficientede presión de tierras que incluye tanto la parte Figura 6.21 Modos de falla a analizar para estabilidadestática como la parte sísmica (Kramer, 1996). externa.
  • REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 233 Línea de máximoPARTES DEL DISEÑO esfuerzoEl diseño de muros de suelo reforzados con Plano de fallageosintéticos se basa en el análisis de estabilidad Fachadacontra los diferentes modos de falla (Figura 6.21).Se requiere analizar en forma separada cada unode los modos de falla en la siguiente forma: ZonaDiseño para Estabilidad Externa Anclaje a de sueloEl diseño es muy similar a los diseños clásicos la fachada retenido Zona de sueloexplicados en los cursos de fundaciones para H reforzadoestructuras de gravedad y semigravedad. Se Geomallaanalizan generalmente cuatro tipos de falla: L extracción • Deslizamiento sobre la base del muro • Volteo Zona de fundación de suelo • Capacidad de soporte Longitud Geomalla > 0.7 H • Falla profunda rotacional o traslacional Figura 6.22 Análisis de los elementos de refuerzo. Para los cálculos y dimensionamientosde estabilidad externa se deben seguir lasespecificaciones de la AASHTO. Para el diseño Para el diseño por capacidad de soporte se utilizancontra deslizamientos y volteo se utilizan los los mismo procedimientos utilizados para elmismos criterios que se emplean en el diseño diseño de cimentaciones. Para el análisis de fallade muros convencionales a gravedad. En este profunda o de traslación se emplean los métodoscaso el ancho del muro es igual a la longitud del de estabilidad de taludes por equilibrio límite.refuerzo.Tabla 6.10 Propiedades de los suelos requeridos para el diseño. Peso Unitario Angulo de Fricción Suelo Cohesión c Kpa Húmedo γ (KN/m3) φ (Grados) Suelo de fundación por ( Llenar la tabla ) debajo de la estructura Suelo retenido detrás de la estructura Material granular a utilizar como relleno dentro de la estructura
  • 234 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓNDiseño para Estabilidad InternaLa falla para estabilidad interna puede ocurrir dedos maneras diferentes (Figura 6.22): • Elongación y rotura de los refuerzos. Las fuerzas de tensión son tan grandes que los refuerzos se deforman excesivamente o se rompen conduciendo a grandes movimientos y posible colapso de la estructura (Figura 6.23). Longitud extraída • Extracción de los refuerzos. Las fuerzas de tensión en los refuerzos son tan grandes que los refuerzos se salen o son extraídos hacia fuera de la masa de suelo. Esto a su vez incrementa los esfuerzos de cortante alrededor del suelo, Figura 6.24 Falla por estabilidad interna por extracción conducen a grandes movimientos y posible del refuerzo. colapso de la estructura (Figura 6.24).El proceso de dimensionar la estructura para Diseño del Sistema de Subdrenajeestabilidad interna consiste en determinar las El subdrenaje es determinante para la estabilidadmáximas fuerzas de tensión, su localización y de un muro MSE. Se requiere construir una cortinala capacidad de resistencia del refuerzo tanto a de subdrenaje detrás del muro para impedir elextracción como a tensión. paso de agua subterránea hacia el relleno, un colchón de drenaje debajo del muro, un sistemaDiseño de los Elementos de Fachada de subdrenaje detrás de la fachada y un sistemaLos elementos de fachada deben diseñarse para colector de las aguas captadas (Figura 6.25).resistir las fuerzas horizontales de acuerdo a lasespecificaciones de la AASHTO. PASOS PARA EL DISEÑO Se requiere elaborar planos detallados de los Paso 1: Estudio Geotécnico yelementos de la conexión. Topográfico Línea de rotura • Estudio geotécnico del sitio, incluyendo apiques y ensayos de laboratorio. Suponer las propiedades implica un riesgo muy alto. • Estudio topográfico detallado del sitio. • Análisis de estabilidad del talud antes de colocar la estructura de suelo con refuerzo. • Estudio de los materiales disponibles para el relleno del muro. Se requiere tomar muestras de las canteras de materiales y realizar ensayos de densidad, Proctor modificado y de resistencia al corte. Para el diseño, se recomienda suponer que el peso del relleno es el 95% de la densidad máxima proctor enFigura 6.23 Falla por estabilidad interna por rotura estado “húmedo”.del refuerzo.
  • REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 235 Generalmente, los materiales granulares gruesos tienen pesos unitarios húmedos 150 mm Geomalla típicos superiores a 20 KN/m3. • Determinar las propiedades de los suelos 450 mm para el diseño: Se deben llenar las casillas Geotextil indicadas de la tabla 6.10.Paso 2: Escoger el Tipo y Características Grava de filtrode la Estructura • e debe escoger entre: Muro MSE y Talud S Figura 6.25 Detalle de subdrenaje colocando grava Reforzado. detrás de la fachada. • e debe escoger el tipo de material de refuerzo S y el tipo de fachada. Se recomienda tener en cuenta para la decisión todos los productos de Paso 4 : Establecer los Requerimientos refuerzo y de fachada disponibles en el mercado Básicos para el Diseño nacional y escoger el que mejor se ajuste a las Factores de seguridad condiciones del proyecto. Es importante tener En las tablas 6.12 y 6.13 se presentan los factores en cuenta el comportamiento a largo plazo. de seguridad especificados por AASHTO.Paso 3: Determinar las Propiedades de Aceleración sísmica de diseñolos Refuerzos Investigar en los códigos nacionales o locales. Se debe diseñar con el valor de A (Aceleración máximaEn la tabla 6.11 se indican las propiedades que se en el terreno del sitio).requiere conocer de los refuerzos. Coeficiente de aceleración sísmica de diseño Nota: Si se tiene información de la resistencia AASHTO recomienda utilizar un coeficiente depermisible a largo plazo, debidamente soportada 0.5A.por ensayos, no se requiere conocer los factores dereducción; y a la inversa. Coeficiente de fricción suelo – refuerzo ρ = 0.67 Tan φ (especificaciones AASHTO).Tabla 6.11 Propiedades de los refuerzos requeridas para el diseño. (Llenar la tabla) Propiedad de los Refuerzos (Para cada Referencia de Refuerzo) Tipo de polímero (Polipropileno, Poliéster o Polietileno de alta densidad) Resistencia última a la tensión en ensayo de tira ancha. (KN/m) Resistencia máxima a la tensión permisible a largo plazo (KN/m) Factor de reducción por daños en la instalación Factor de reducción por fluencia(creep) Factor de reducción por degradación Ancho del rollo (m)
  • 236 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓNTabla 6.12 Factores de seguridad para análisis Detalles de obstrucciones internas a colocar dentroestático. 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.Tabla 6.13 Factores de seguridad para análisis Paso 7: Especificar el Empotramientosísmico. Mínimo del Muro La AASHTO especifica mínimo 0.6 m. Debe Factor de Mínimo Especificado especificarse adicionalmente una berma en el pie Seguridad FS por AASHTO del muro de mínimo 1.2 metros. A deslizamiento 1.125 Paso 8: Incluir toda la Información en un A volcamiento 1.5 Software A estabilidad de 1.1 El software que se utilice debe ser consistente con taludes las especificaciones AASHTO. Debe investigarse A estabilidad si el software realmente utiliza el procedimiento 1.125 interna de diseño especificado por AASHTO. Se deben tener a mano las especificaciones AASHTO y los lineamientos para el diseño de la FHWA. El software le puede pedir información adicional.Factor de resistencia a la extracciónF* (se obtiene de la gráfica 5.8.5.2A de las Paso 9: Correr el Programa de Softwareespecificaciones AASHTO.) Se va a requerir escoger alternativas de parámetrosFactor de corrección por efecto de escala específicos relacionados con los materiales.El efecto de escala depende del tipo de refuerzo yen la tabla 6.14 se muestran los factores utilizados Tabla 6.14 Factores de corrección por efecto de escala.por defecto en la mayoría de diseños.Sobrecarga de tránsito Tipo de Valor de α porMínima AASHTO = 0.6 m de altura de suelo Refuerzo Defectorepartida uniformemente sobre toda la superficie Acero 1.0superior del muro. Geomallas 0.8Otras sobrecargas repartidas o puntuales Geotextiles 0.6Rieles o muros de borde de vía, cimientos, etc.
  • REFUERZO CON GEOSINTÉTICOS 237Paso 10: Revisar los Resultados y REFERENCIAS CAPÍTULO 6Mejorar el Diseño AASHTO-AGC_ARTBA Task force 27 (1991). “DesignEs muy importante que el Ingeniero diseñador Guidelines for the use of extensible reinforcemen t(Geosynthetic) for Mechanically Stabilized Earthrevise los resultados para detectar errores o Walls in Permanent Applications”,.inconsistencias. Allen T. M. (2001) “Prediction of soil reinforcement loads in mechanically stabilized earth (MSE)Paso 11 : Diseño del Sistema de walls”. Final Research report. U.S. Department ofSubdrenaje Transportation. Federal Highway Administration. p381.Diseño del sistema de intercepción del agua Benjamín C.V.S., Bueno B. S., Zornberg J. G. (2007).subterránea detrás del muro, el colchón de drenaje “Field monitoring evaluation of geotextile-reinforcedy el sistema de recolección en el pie del muro y el soil-retaining walls”. Geosynthetics International,drenaje entre capas de refuerzo. 2007, 14, No. 2 p. 100–118. Berg R. R., Meyers M.S. (1997). “Analysis of the collapse of a 6.7 meter high Geosynthetic- Reinforced Wall • Filtro detrás del muro. Se debe escoger entre Structure”. Conference proceedings Geosynthetics un geodren planar o una capa de material 97. Long Beach California. pp 85-104. filtrante; con o sin interface de geotextil. Se Burwash, W. J., Frost, J. D. (1991). “Case history requiere determinar el material y el espesor of a 9 m high geogrid reinforced retaining wall del filtro. backfilled with cohesive soil”. Proceedings of the Geosynthetics’91 Conference, Atlanta, Georgia, pp. • Colchón de drenaje en la cimentación. El 485–493. espesor y material de este colchón determina Chirstopher B. (1990). “FHWA Geotextile Design and Construction Guidelines”. FHWA Publication No. parcialmente el factor de seguridad al FHWA-HI-90-001. deslizamiento por su efecto sobre la fricción y Cruz, P. T. (1996). “100 Brazilian Dams”. Oficina de la presión de poros en el pie del muro. Textos, Sa˜o Paulo (in Portuguese). Djarwadi, D., Wong, I. H. (1994). “Construction and • Subdrenaje entre capas de refuerzo. Pueden performance of spillway walls for makakuning dam”. utilizarse geodrenes planares, tubería Proceedings of the Fifth International Conference on perforada, lloraderos en la fachada, y/o Geotextiles, Geomembranes and Related Products, Singapore, pp. 289–292. material filtrante detrás de la fachada. Elias, V., Swanson P., (1983). “Structures of Reinforced Earth with Residual Soils”. Transportation Research • Sistema de recolección. El sistema incluye Board 919, Washington, DC. una tubería y subdrén de recolección por Geotechnical Control Office (1989). “Model Specification debajo del pie del muro y su entrega a un sitio for prestressed Ground Anchors”. Civil Engineering seguro alejado del muro. Services Department, Hong Kong, 168p. Hoedt G. (1986). “Creep and relaxation of GeotextilePaso 12: Elaborar Planos de Diseño y fabrics”. Journal Geotextiles and Geomembranes.Detalles de Construcción Vol 4 No.2 pp. 83-92. Huang, C. C., Wang, W. C. (2005). “Seismic displacement charts for the performance-based assessment ofIncluyendo despiece de los refuerzos, detalles de reinforced soil walls”. Geosynthetics International,fachada, traslapos, subdrenajes, etc. 12, No. 4, 176–190. Ito, M., Shirasawa, M., Itoh, A. & Kumagai, K. (1994).Paso 13: Elaborar Especificaciones de “Well documented case study of a reinforced soilConstrucción wall”. Proceedings of the Fifth International Conference on Geotextiles, Geomembranes andSe deben elaborar especificaciones detalladas. Related Products, Singapore, pp. 255–258.Como referencia pueden utilizarse las indicaciones, Kazimierowicz-Frankowska, K. (2003). “Deformationsespecificaciones y recomendaciones de la FHWA. of model reinforced-soil retaining walls due to creep and reinforcement pullout”. Geosynthetics International, 10, No. 5, 153–164.
  • 238 DESLIZAMIENTOS - TÉCNICAS DE REMEDIACIÓNKoerner G.R., Koerner R.M. (1984). “The instalation Pinto. M.I.M. (2003). “Applications of geosynthetics for Survivability of Geotextiles and Geogrids”. 4th IGS soil reinforcement”. Ground Improvement 7, No. 2, Conference on Geotextiles, Geomembranes and pp.61–72 Related Products. Rotterdam 1990 pp. 597-602. Richardson G. N., Lee, K.L. (1975). “Seismic Design ofKoerner R.M. (1999). “Designing with geosynthetics” . reinforced earth walls”. Journal of the geotechnical Fourth edition. Prentice Hall.761 p. engineering division, volume 101,No.GT-2, ASCEKramer, S. L., Paulsen, S. B. (2004). “Seismic pp. 167-188. performance evaluation of reinforced slopes”. Shahgholi, M., Fakher, A., Jones, C. J. F. P. (2001). Geosynthetics International, 11, No. 6, 429–438. “Horizontal slice method of analysis”. Geotechnique,Kramer, S. L. (1996). “Geotechnical Earthquake 51, No. 10, 881–885. Engineering”. Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ. South Carolina State Highway Department (2002).Ling, H. I., Leshchinsky, D., Perry, E. B. (1997). “Seismic “Standard Specifications for Mechanically design and performance of geosynthetic-reinforced Stabilized Earth Retaining Wall”. Supplemental soil structures” Geotechnique, 47, No. 5, 933–952. Specifications.Mononobe, N., Matsuo, H. (1929). “On the determination Wayne, M. H, Miller, B.(1996). “Application of of earth pressures during earthquakes”. Proceedings Mechanically Stabilized Earth and Segmental Block of the World Engineering Congress, Tokyo, Vol. 9, Walls”. Geotextiles and Geomembranes 14. Pp. 277- pp. 177–185. 287Nakajima, T., Toriumi, N., Shintani, H., Miyatake, Zornberg, J. G. & Arriaga, F. (2003). “Strain distribution H., Dobashi, K. (1996). “Field performance of a within geosynthetic-reinforced slopes. Journal of geotextile reinforced soil wall with concrete facing Geotechnical and Geoenvironmental Engineering”, blocks”. Earth Reinforcement, Ochiai. ASCE, 129, No. 1, 32–45.Nimbalkar, S. S., Choudhury, D., Mandal, J. N. (2006). Zornberg, J. G., Mitchell, J. K. (1994). “Reinforced “Seismic stability of reinforced-soil wall by pseudo- soil structures with poorly draining backfills”. dynamic method”. Geosynthetics International, 13, Part I: Reinforcement interactions and functions. No. 3, p. 111–119 Geosynthetics International, 1, No. 2, 103–148.Okabe, S. (1926). “General theory of earth pressure”. Journal of the Japanese Society of Civil Engineers, 12, No. 1.Pedroso, E. O., Bueno, B. S., Benjamín, C.V.S., Zornberg, J. G. (2006). “Field monitoring and numerical prediction of the response of a non-woven geotextile- reinforced wall”. Proceedings of the 8th International Conference on Geosynthetics, Yokohama, Japan, Vol. 3, pp. 1129–1132.