Analisis Comparativo Entre Sistemas de Drenajes Para Muros de Contencion

Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Construcción Civil

“ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE SISTEMAS DE DRENAJES CON GEOSINTÉTICOS VERSUS SISTEMAS DE DRENAJES NATURALES PARA MUROS DE CONTENCIÓN”

Tesis para optar al titulo de: Ingeniero Constructor Constructor Profesor Patrocinante: Patrocinante: Sr. Adolfo Montiel Mansilla Ingeniero Constructor. Constructor.

CÉSAR CRISTIAN AGUILAR YAÑEZ VALDIVIA – CHILE 2008

Para una Mujer, quien: En todos estos años de estudio me entregó su apoyo incondicional. A pesar de su esfuerzo en el trabajo y como dueña de casa, me entregó todo lo que estaba a su alcance para que pudiera ser un profesional. Me enseñó que para alcanzar las metas hay que trabajar duro y ser perseverante. Mi Madre: Bernardita Yañez.

A mi Abuela: Que cuando comencé este camino estaba a mi lado, hoy día también esta a mi lado pero ya no físicamente, sino desde el cielo me sigue ahora protegiendo.

A todas la personas: Que me ayudaron y motivaron para que pudiera alcanzar esta meta.

A Dios, por estar siempre conmigo.

Para una Mujer, quien: En todos estos años de estudio me entregó su apoyo incondicional. A pesar de su esfuerzo en el trabajo y como dueña de casa, me entregó todo lo que estaba a su alcance para que pudiera ser un profesional. Me enseñó que para alcanzar las metas hay que trabajar duro y ser perseverante. Mi Madre: Bernardita Yañez.

A mi Abuela: Que cuando comencé este camino estaba a mi lado, hoy día también esta a mi lado pero ya no físicamente, sino desde el cielo me sigue ahora protegiendo.

A todas la personas: Que me ayudaron y motivaron para que pudiera alcanzar esta meta.

A Dios, por estar siempre conmigo.

RESUMEN

Esta investigación tiene como principales objetivos comprender la importancia que tiene un buen diseño de sistema de drenaje en un muro de contención y encontrar así un sistema de drenaje que cumpla con todas las expectativas. Para esto se efectúa primero un estudio para comprender el funcionamiento de estas estructuras y posteriormente se analizan diversos sistemas de drenajes nuevos con geosintéticos, y otros tradicionales confeccionados con materiales naturales. También se efectúa un análisis del funcionamiento e instalación en terreno de un sistema de drenaje con geosintéticos, como es el caso del sistema Geodrén utilizado en la obra “Construcción muros de contención Pobl. Antonio Samoré” de Coyhaique. Finalmente, se efectúa un análisis técnico-económico comparativo entre los sistemas de drenaje con geosintéticos y materiales naturales, concluyendo los aspectos más relevantes a tomar en cuenta para lograr un diseño eficaz.

SUMMARY

This research is mainly designed to understand the importance of a welldesigned drainage system in a wall of containment and found a drainage system that meets all expectations. For this is first a study to understand the functioning of these structures and then discusses various drainage systems with new geosynthetics, and other traditionally made of natural materials. It also conducts an analysis of the functioning and installation of ground in a drainage system with geosynthetics, such as Geodrén system used in the play "Construction embankments Pobl. Antonio Samoré "of Coyhaique.

Finally, it makes a comparative analysis between technical-economic storm with geosynthetics and natural materials, concluding the most relevant aspects to take into account to achieve an effective design.

INDICE GENERAL

Capítulo I

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES GENERALES

1

1.1

INTRODUCCIÓN

1

1.2

OBJETIVOS

3

1.3

ANTECEDENTES GENERALES

4

1.4

GEOSINTÉTICOS EN CHILE

8

Capitulo II

MUROS DE CONTENCIÓN Y NIVEL FREÁTICO

11

2.1

INTRODUCCIÓN

11

2.2

TIPOS DE MUROS DE CONTENCIÓN

12

2.3

EMPUJES DE TIERRA EN ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN

15

2.3.1 PRESION DE TIERRA EN REPOSO

16

2.3.2 PRESIÓN ACTIVA Y PASIVA SEGÚN TEORIA DE RANKINE 17 2.3.3 PRESIÓN ACTIVA Y PASIVA SEGÚN TEORIA DE COULOMB 19 2.3.4 EMPUJES DEBIDO A SOBRECARGAS

22

2.4

AGUAS FREÁTICAS

25

2.5

CONGELAMIENTO DE AGUAS EN EL SUELO

26

2.5.1 EFECTOS DEL CONGELAMIENTO

27

2.6

CAPILARIDAD DE LAS AGUAS FREÁTICAS

28

2.7

INFILTRACIONES

30

2.8

ESFUERZOS TRANSMITIDOS A CAUSA DE AGUAS FREÁTICAS 32

2.9

FALLAS EN LOS MUROS

34

2.9.1 ESTABILIDAD GLOBAL Y FALLO COMBINADO DEL

35

TERRENO Y DEL ELEMENTO ESTRUCTURAL 2.9.2 HUNDIMIENTO

36

2.9.3 DESLIZAMIENTO

37

2.9.4 VUELCO 2.10 SISTEMAS DE DRENAJE

Capítulo III GEOSINTÉTICOS

38 40

42

3.1

DEFINICIÓN

42

3.2

FUNCIONES PRINCIPALES

43

3.3

CLASIFICACION GENERAL

45

3.4

GEOTEXTIL

46

3.4.1 CLASIFICACIÓN DE LOS GEOTEXTILES

46

3.4.2 PROPIEDADES DE UN GEOTEXTIL TEJIDO Y NO TEJIDO

49

3.4.3 FUNCIONES DE UN GEOTEXTIL

49

3.4.4 APLICACIONES

52

GEOGRILLA O GEOMALLA

55

3.5.1 FUNCIONES Y APLICACIONES

58

3.6

GEONET O GEORED

60

3.7

GEOMEMBRANA

61

3.7.1 APLICACIONES

62

GEODREN

63

3.8.1 APLICACIONES

64

GEOCELDA

65


66

3.5

3.8

3.9

3.10 GEOMANTA

68

3.11 GEOCOMPUESTO

69

3.11.1 APLICACIONES

71

Capítulo IV

SISTEMAS DE DRENAJES CON GEOSINTÉTICOS

73

Y MATERIALES NATURALES

4.1

4.2

4.3

4.4

4.5

SISTEMA GEODREN

73

4.1.1 CARACTERISTICAS

74

4.1.2 FUNCIONAMIENTO

75

SISTEMA TERADRAIN

76


77


78

SISTEMA MACDRAIN

80


81


82

SISTEMA EN BASE A MATERIALES GRANULARES

83


84


86

SISTEMA EN BASE A MATERIALES GRANULARES CON

87

BARBACANAS 4.5.1 CARACTERISTICAS

88


89

Capítulo V DISEÑO DE SISTEMAS DE DRENAJE CON

91

GEOSINTÉTICOS

5.1

ANTECEDENTES PRELIMINARES

91

5.2

ESTIMACION DEL CAUDAL TOTAL DE DISEÑO

92

5.3

SELECCIÓN DEL GEOTEXTIL

94

5.4

EVALUACIÓN DEL GEOTEXTIL A USAR

95

5.5

SELECCIÓN DEL GEODREN

101

5.6

ELECCIÓN DEL SISTEMA DE CONDUCCIÓN DE LÍQUIDOS

102

Capítulo VI

INSTALACIÓN Y FUNCIONAMIENTO EN TERRENO

105

DEL SISTEMA GEODREN EN OBRA: “ CONSTRUCCIÓN MUROS DE CONTENCIÓN POBL. ANTONIO SAMORÉ” EN COYHAIQUE

6.1


105

6.2

DETALLES DEL SISTEMA ELEGIDO

109

6.3

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

112

6.3.1 PREPARACIÓN DE LA FUNDACIÓN

112

6.3.2 CONSTRUCCIÓN SISTEMA DE DRENAJE

114

6.3.3 COLOCACIÓN DEL GEODREN

115

6.3.4 COLOCACIÓN TUBERIAS DE EVACUACIÓN

116

6.3.5 COLOCACIÓN DEL MATERIAL DE RELLENO

117

FUNCIONAMIENTO SISTEMA DE DRENAJE

118

6.4.1 SISTEMA EVACUACIÓN DE LIQUIDOS

119

6.4

Capítulo VII

ESTUDIO TÉCNICO – ÉCONOMICO COMPARATIVO

131

ENTRE SISTEMAS DE DRENAJE CON GEOSINTÉTICO Y MATERIAL NATURAL

7.1

SISTEMA DE DRENAJE CON GEODREN

131

7.2

SISTEMA DE DRENAJE CON MATERIAL NATURAL

132

7.3

GRÁFICO COMPARACIÓN DE COSTOS

134

7.4

COMPARACIÓN SISTEMAS DE DRENAJES EN BASE A:

135

GEOSINTÉTICOS CON MATERIALES NATURALES Capítu lo VIII

8.1

CONCLUSIONES

CONLUSIONES

138

138

Anexo A

PROPIEDADES DE GEOTEXTILES Y TUB ERÍA DRENANTE

142

A.1

GEOTEXTIL TIPO NO TEJIDO

142

A.2

GEOTEXTIL TIPO TEJIDO

143

A.3

TUBO CORRUGADO PERFORADO PARA EVACUACIÓN

144

DETAL LES EN “ CONSTRUCCIÓN DE MUROS DE

145

Anexo: B

CONTENCIÓN POBL. ANTONIO SAMORÉ”

DE

COYHAIQUE

B.1

B.2

ESTUDIO DE SUELO

145

B.1.1 SECTOR 1

145

B.1.2 SECTOR 2

146

B.1.3 SECTOR 3

147

DETALLE CÁMARAS DE INSPECCIÓN

148

REFERENCIAS

150

1

Capítulo I

1.1

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES GENERALES

INTRODUCCIÓN

El agua siendo un elemento fundamental para la existencia de la vida, es también la principal causa de los problemas en la ingeniería de suelos y una de las causas más relevantes que afectan a las obras civiles y estructuras en general, reduciendo drásticamente su vida útil. Entre los efectos negativos que involucra la presencia de agua se tienen: perdida de cohesión del suelo, reducción de la fricción interna del suelo, saturación del terreno, empujes hidrostáticos, subpresiones hidrostáticas, disminución de durabilidad de los materiales, deformaciones del terreno, asientos diferenciales, etc. Estos efectos también conllevan a las estructuras a presentar una serie de problemas como son: la inestabilidad de taludes y terraplenes, inoperatividad de las estructuras e infraestructuras, fugas en estructuras, aparición de grietas, presencia de humedad, encharcamientos, deformaciones, roturas de estructuras, etc. (Eseverri, 2004 ) En el caso de los muros de contención que son estructuras cuya función principal es soportar los esfuerzos horizontales producidos por los empujes de tierra, la presencia de agua ya sea como: aguas freáticas, en forma de precipitaciones, nieve, etc. es doblemente perjudicial ya que el material de relleno puede resultar saturado y provocar un aumento en la presión que actúa sobre el muro, pudiéndolo llevar inclusive al volcamiento. Una forma de abordar este problema consiste en la impermeabilización de la estructura para evitar el contacto con el agua, si bien es una solución a corto tiempo, también se presentaran problemas a futuro ya que con el tiempo de igual forma se deterioran las impermeabilizaciones y el agua tiende a filtrarse por los puntos débiles (juntas, grietas, etc.). Sin embargo, se soluciona en parte el problema, debido a que las presiones que ejerce el agua sobre la estructura

2

(presión hidrostática), se mantienen (Das, 2004). Por ello es esencial que las estructuras de contención dispongan de sistemas drenantes que corten rápidamente las vías de penetración del agua antes de que éstas afecten a la estructura. Con esto se obtienen dos consecuencias inmediatas e indispensables para toda estructura como lo son (Pavco s.a, 2001):

- aumento de la vida útil de la estructura. - el factor de seguridad de la estructura se incrementa.

Por lo tanto, cuanto más rápido se capten las aguas en estas estructuras, se garantiza una mayor calidad de las mismas, sin embargo, para un correcto manejo de las aguas se debe involucrar procesos de captación, conducción y evacuación de una manera rápida y eficiente, por tal motivo, el sistema de drenaje a disponer en el diseño de un muro de contención deberá ser analizado minuciosamente. Sin embargo, para la elección de un sistema u otro habrá que tener presente además otras condiciones, como lo son: disminución en el tiempo de su construcción y que sea económicamente conveniente. Los sistemas de drenajes que se analizarán a continuación para la eliminación de aguas en las estructuras de contención son los elaborados con: materiales naturales y materiales sintéticos. Los sistemas elaborados con materiales naturales corresponden a los que incorporan para su construcción materiales granulares. Este tipo de sistema es usado ya desde tiempos antiguos en diferentes tipos de obras y en la actualidad aun tiene aceptación ya que es muy económico, sin embargo, en las ultimas décadas se ha ido masificando el uso de sistemas confeccionados con materiales sintéticos o más bien conocidos como geosintéticos. Los geosintéticos son productos fabricados para ser utilizados en obras de geotécnicas, por lo que tienen una buena aceptación para su uso en las obras de este tipo. Entre los sistemas de

3

drenaje con geosintéticos más utilizados en estructuras de contención está el tipo Geodren. También existen otros sistemas que son utilizados en menor medida, debido a que son poco conocidos, pero igualmente son eficaces, entre estos destacan: el sistema Teradrain y el sistema Macdrain, cuyos nombres se relacionan con las industrias que los diseñaron. Hay que tener presente que el diseño de un sistema de drenaje es muy importante para este tipo de obra, ya que de esto dependerá la eficacia con que actué, por lo tanto, se necesitará analizar cada uno de estos sistemas encontrando sus ventajas y desventajas para su puesta en obra considerando además las diversas condiciones in situ que se presentan en terreno. El sistema Geodren, se analizará en un capitulo aparte, ya que fue utilizado en la obra “Construcción muros de contención población Antonio Samoré” en Coyhaique, por lo que se hará un análisis más detallado en todo lo que respecta a su instalación y funcionamiento en el terreno. Lo que concierne a los costos de la mano de obra y materiales de un tipo de sistema de drenaje, también es un factor muy importante a considerar ya que deberá ser en lo posible económico. Para tener una idea más clara de los costos que involucra un sistema confeccionado con geosintéticos y otro sistema con materiales naturales, se comparará los costos de construcción del diseño geodren con el sistema en base a material granular.

1.2

OBJETIVOS

Objetivos generales:

1.

Analizar los diversos sistemas de drenajes que se utilizan para muros de contención.

2.

Establecer ventajas y desventajas comparativas entre estos sistemas de drenajes.

4

Objetivos específicos

1.

Analizar la instalación y funcionamiento en terreno del sistema Geodren, utilizado como drenaje en obra: “construcción muros de contención pobl. Antonio. Samoré” en Coyhaique.

2.

Establecer un análisis técnico- económico comparativo entre un sistema de drenaje confeccionado con geosintéticos y otro con materiales granulares.

3.

Evaluar los factores que se deben considerar a la hora de efectuar la construcción de un sistema de drenaje según las condiciones in situ que se presenten en terreno.

4.

Buscar un tipo de sistema de drenaje para muros de contención que cumpla con todas las expectativas, como lo son: un buen diseño, que sea económicamente conveniente, duradero y que actué con la mayor eficacia posible.

1.3

ANTECEDENTES GENERALES

El adecuado manejo del agua en la ingeniería siempre ha sido un factor muy importante para el buen desempeño de las obras en general, ya que es la principal causa de los problemas en la ingeniería geotécnica, afectando enormemente el comportamiento de las masas de suelo especialmente los suelos de grano fino. Por esta razón se hace indispensable en cualquier obra civil el diseño y construcción de sistemas de drenajes apropiados para cada caso (Pavco s.a, 2001). El manejo de los fluidos en obras civiles se divide básicamente en dos grupos: 1.

Los que manejan el agua superficial (drenaje superficial), y evitan infiltraciones.

2.

Los que una vez el agua está infiltrada, facilitan su evacuación (subdrenaje).

5

Los sistemas de subdrenaje son los encargados de manejar el agua de infiltración que está presente en los suelos, su función principal consiste en captar, conducir y evacuar un caudal de agua. Están compuestos por un medio filtrante y un medio drenante. El elemento filtrante es el encargado de retener las partículas finas de suelo y dejar pasar solo el agua, y el elemento drenante es el encargado de transportar los fluidos que pasan a través del medio filtrante (Coval, 2006) Los muros de contención deben ser diseñados de tal forma que resistan la presión lateral de tierra, presiones hidrostáticas, su peso propio y también las cargas sísmicas a las cuales puede llegar a ser sometido. De manera similar en el diseño de este tipo de estructuras se debe tener en cuenta su vida útil de servicio, o tiempo durante el cual se espera que sigan cumpliendo sus funciones de manera optima. Es importante no olvidar el aspecto estético en el diseño de este tipo de estructuras, ya que estas deben mantener una apariencia agradable durante su vida útil de servicio sin requerir de mayores obras de mantenimiento (Das, 2004). Las fallas o daños que ocurren ocasionalmente en muros de contención se deben, en la mayor parte de los casos a las siguientes causas que se ven reflejadas en el gráfico a continuación:

CAUSAS DE FALLAS EN ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN DESCONOCIDA

MALA CONSTRUCCIÓN

FALTA DE DRENAJE ADECUADO

3% 33%

RELLENO DEFECTUOSO

10% 10% 19%

25%

SECCIÓN O REFUERZO ESTRUCTURAL

PRESIONES REALES SUPERIORES A LAS PREVISTAS

Gráfico 1.1 Causas de fallas en estructuras de contención.

Fuente: Suárez, 2002

6

Como se puede visualizar del gráfico, las dos mayores causas de fallas corresponden a: presiones reales superiores a las previstas con un 25% y a la “falta de drenaje adecuado” o drenaje insuficiente del relleno posterior, abarcando un 33% y siendo la mayor, por tal motivo que es tan importante la selección de un sistema de drenaje adecuado y que cumpla con todas las expectativas. En este último caso, la presión hidrostática que genera el agua freática acumulada durante o después de lluvias torrenciales aumenta el empuje sobre el muro; asimismo en climas con posibilidades de congelamiento pueden desarrollarse presiones de hielo de magnitud considerable. Las dos causas de fallas están también a menudo interconectadas puesto que los grandes empujes incrementan en forma correspondiente las presiones de contacto bajo la zapata, por esto es necesario investigar no solo el tipo de suelo inmediatamente debajo de la zapata, sino también el suelo de los estratos profundos (Suárez, 2002). Un sistema de drenaje adecuado deberá eliminar el agua que pudiera estar en contacto con los materiales que componen la estructura y lo más importante disminuir el empuje activo total a que está sometido el muro de contención. El empuje activo total que actúa sobre una estructura de contención (Das, 2001; Berry y Reid, 1993), está dado por: Ea = Ea1 + Ew + Es

(1.1)

Donde: Ea1: es el empuje generado por el suelo que se encuentra detrás de la estructura de contención. Ew:

es el empuje generado por la presencia de agua o presión hidrostática.

Es:

corresponde al empuje generado por fuerzas sísmicas a que puede ser

sometido.

7

Lo que se pretende es eliminar en lo posible el empuje generado por la presión hidrostática (Ew) y por consiguiente, lograr disminuir en parte las presiones que tiene que soportar una estructura de este tipo. El drenaje en estas estructuras puede suministrarse generalmente de varias maneras, ya sea en base a materiales naturales, como es el caso de las “barbacanas” (Fig. 1.1a), que constan generalmente de tubos de 75 mm de diámetro incrustados en el muro, se colocan por lo general con espacimientos horizontales entre 1,50 m y 3,00 m. Para facilitar el drenaje y el taponamiento de este sistema se coloca piedra triturada en el extremo posterior de cada barbacana. El problema radica en que se deben tomar las precauciones necesarias para que el flujo generado se evacué en forma segura, de manera que no se filtre y se ablande el suelo por debajo del muro. Para evitar estos inconvenientes pueden proveerse “drenajes longitudinales” (Fig. 1.1b y Fig. 1.1c), confeccionados con material granular a lo largo de la cara posterior del muro en uno o más niveles. Estos drenajes descargan en los extremos del muro o en algunos puntos intermedios (Lambe y Whitman, 1972).

Drenaje Material granular Barbacanas evacuación Tubos PVC Evacuación Tubo PVC

a Drena e con barbacanas

.b) Drenaje longitudinal, comprende solo una parte del espaldón. Drenaje Material granular Evacuación Tubo PVC

c) Drenaje longitudinal, comprende todo el espald ón. Figur a 1.1 Drenajes con material granular en muros de contención

Fuente: (Lambe y Whitman, 1972)

8

También como otro tipo de drenaje longitudinal se encuentran los sistemas confeccionados con geosintéticos. El uso de los geosintéticos en Latinoamérica ha tenido en los últimos años un gran incremento respondiendo a una necesidad que cada vez se hace más critica en los proyectos de ingeniería, la cual consiste en la ejecución de obras civiles con una alta calidad técnica. La tecnología de los geosintéticos se ha convertido en una alternativa viable para solucionar los problemas de drenajes que se requieren en estructuras de contención. Los geosintéticos son materiales de alta calidad que se fabrican siguiendo procesos normalizados, con el fin de obtener propiedades hidráulicas establecidas y resistencias mecánicas según normas internacionales. En los drenajes con geosintéticos, el filtro es un elemento fundamental el cual debe mantener una permeabilidad adecuada con una alta resistencia a la colmatación durante el tiempo de su vida útil, de tal manera que garantice el paso de los fluidos reteniendo las partículas de suelo. Los geosintéticos también cumplen otras funciones como prevenir la erosión del suelo causada por la presión de poros que ejerce el agua, asegurando la vida útil del sistema de drenaje (DEGUSSA, 2004).

1.4

GEOSINTÉTICOS EN CHILE

El abrumador crecimiento de la industria Nacional en los últimos 15 años, la creciente demanda de obras civiles durables y que permanezcan en buen estado hace que los ingenieros en la actualidad tengan pensar en diseños óptimos, adoptando nuevas tecnologías, como es el caso de los geosintéticos. Los geosinteticos en el mercado nacional presentan las siguientes características, (Asociación chilena de geosintéticos, 2005):

9

1.

Es un producto que actualmente no existe en el mercado nacional, ya que no existen industrias que fabriquen estos productos.

2.

El uso en construcción, particularmente en obras viales es de origen importado. Algunas empresas extranjeras que fabrican estos productos son: MACCAFERRI (Brasil), PAVCO S.A. (Colombia), entre otras.

3.

El producto es reconocido como una mejor solución para la problemática relacionada con la separación, refuerzo, drenaje y contención de obras viales, sean estas autopistas, carreteras, caminos, aeropuertos, taludes, etc.

El mayor consumo de geosintéticos se concentra en el sector de obras viales tal como se puede deducir de los últimos cuatro años en la siguiente tabla:

SECTOR VIAL HIDRÁULICO PROTECCIÓN

2004 75 10 15

2005 80 5 15

2006 70 10 20

2007 75 10 15

Tabla 1.1: Porcentaje de consumo de geosinteticos según rubro.

Fuente: OMEGACONSULTORES, 2006

Las principales funciones que se persiguen con la utilización de este producto en los diferentes rubros son, (OMEGACONSULTORES, 2006):

a)

Obras viales: separación, drenajes, estabilización de suelos y muros y taludes.

b)

Obras hidráulicas:

control erosión, protección de costas y riveras, tranque o

embalses. c)

Protección de membranas: obras de protección al medio ambiente, vertederos,

minería.

10

El uso de geosintéticos como sistemas de drenajes para muros de contención ha tenido también una buena aceptación por parte de los ingenieros, ya que con estos productos

se pueden confeccionar diseños óptimos, los cuales también

responden de manera eficiente a solucionar los problemas que genera el agua en las estructuras de este tipo (Asociación chilena de geosintéticos, 2005).

11

Capitu lo II

2.1

MUROS DE CONTENCIÓN Y NIVEL FREÁTICO

INTRODUCCIÓN

El carácter fundamental de un muro de contención es la de servir de elemento de sujeción de un terreno, soportando los empujes laterales de la tierra que está contenida en su parte posterior, que en algunas ocasiones es un terreno natural y en otras un relleno artificial, y transmitir esas fuerzas en forma segura a la fundación o a un sitio por fuera de la masa analizada de movimiento (Das, 2004). Estas condiciones se presentan cuando el ancho de una excavación, corte o terraplén está restringido por condiciones de propiedad, utilización de la estructura o economía. Un ejemplo común es en la construcción de carreteras donde el ancho de la vía es fijo y el corte o terraplén debe estar contenido dentro de este ancho, también otro caso se presenta en la construcción de viviendas donde el terreno a edificar contiene diferencia de niveles y las dimensiones de cada subdivisión deben ser fija y además por un asunto seguridad en lo que respecta a evitar posibles desmoronamientos de terreno. Un muro de contención no solo soporta los empujes laterales transmitidos por el terreno sino también se deben considerar: las sobrecargas sobre el terreno, empujes hidrostáticos y empujes originados por fuerzas sísmicas, las cuales producirán un aumento de la

presión sobre el muro en forma considerable.

(Mccormac, 2002). La selección de un tipo de muro se realiza de acuerdos a diversos criterios, tales como: la carga de diseño, la profundidad del suelo competente, presencia de factores ambientales que produzcan deterioro, impedimentos físicos del sitio, geometría y secciones del sitio, asentamientos potenciales, factores estéticos, facilidad constructiva, mantenimiento y costos, entre otros. La mayoría de estos

12

elementos se construyen de hormigón armado, sin embargo, también los hay de hormigón en masa y mampostería (Mccormac, 2002). En el diseño de cualquier muro de contención se deben considerar factores tales como los efectos a largo plazo del deterioro de los materiales que componen la estructura, también deslizamientos y volcamiento que pueden afectar a la estructura debido al exceso de presiones solicitantes. En términos generales un muro de contención permanente debe ser diseñado para una vida útil de servicio de no menos de 50 años, de acuerdo a lo estipulado por el código de la AAHSTO. De forma similar, cuando se plantea la construcción de un muro temporal, se debe tomar en el diseño una vida útil de servicio de por lo menos 5 años (Nilson, 1999)

2.2

TIPOS DE MUROS DE CONTENCIÓN

Los muros de contención se clasifican según su estructura en muros tipo: gravedad, semigravedad, voladizo, con contrafuerte, de bandejas, cribas y otros prefabricados (McCormac, 2002; Nilson, 1999)

Muros de gravedad .

Son muros de hormigón en masa en los que la resistencia se

consigue por su propio peso. Normalmente carecen de cimiento diferenciado aunque pueden tenerlo. Su ventaja principal es que no van armados. Se utilizan para alturas moderadas si su longitud no es muy grande.

Muros de semigravedad.

Se clasifican entre los tipos

gravedad y voladizo.

Dependen de su propio peso, más el peso de suelo detrás de la pared para proporcionar estabilidad. Se usan aproximadamente para el mismo rango de altura que lo muros de gravedad y usualmente incorporan un refuerzo ligero.

13

Muros voladizo. Son

los muros de contención de uso más frecuente y aunque su

campo de aplicación depende de los costos de excavación, hormigón, acero, encofrado y relleno, constituyen la solución más económica para muros de hasta 10 a 25 pies de altura (3 a 7,5m aprox.). La pared vertical se llama vástago, la parte de la zapata que oprime al suelo más intensamente se llama punta y la parte que tiende a levantarse se llama talón. El hormigón y su refuerzo se disponen de manera tal que parte del material en la parte posterior del muro se usa junto con el peso de éste, para producir un momento resistente necesario contra el volcamiento.

Muros de contrafuerte.

Representan una evolución del tipo anterior. Crece la altura

sobre los 20 a 25 pies (6 a 7,5 m), y también los espesores del hormigón. Debido a que los momentos flexionantes en la unión del vástago con la zapata son grandes, se refuerzan con muros transversales en los intradós (parte del frente), o en los trasdós (parte posterior). Si lo muros transversales quedan visibles en los intradós se denomina “muros con contrafuertes” y en el caso contrario cuando son construidos en los trasdós quedando ocultos por el relleno, se denomina “muros con estribos”.

Muros de bandeja. Con

este tipo de muro lo que se busca es contrarrestar parte del

momento solicitante, mediante la colocación de bandejas a distinta altura en las cuales se producen momentos en sentido contrario, debidos a las cargas del propio relleno depositadas sobre las bandejas. Puede representar una solución alternativa a los muros de contrafuertes para grandes alturas en los que para resistir el momento solicitante se aumenta el canto y se aligera la sección incorporando los contrafuertes.

Muros cribas y prefabricados .

El concepto de muro de cribas de piezas

prefabricadas tiene su origen en muros análogos realizados con troncos de árboles.

14

Este sistema emplea piezas de hormigón prefabricadas de diversos tipos con los cuales se conforma una red espacial que se rellena con el propio suelo.

a) Muros de gravedad

c) Muros de voladizo

e) Muros con contrafuertes

b) Muros de semigravedad

d) Muros con estribos

f) Muros de bandejas

15

g) Muros cribas o encribados

Figura 2.1 Tipos de muros de contención

Fuente: Rogel, 2005

2.3

EMPUJES DE TIERRA EN ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN

En el caso de un corte o terraplén donde no existe la posibilidad de ocurrencia de un deslizamiento grande masivo y se supone que el suelo es homogéneo y se genera una presión de tierras de acuerdo a las teorías de Ranking o Coulomb, se acostumbra a construir muros de contención para resistir las presiones generadas por la existencia de un talud de gran pendiente o semivertical. La necesidad del muro se debe a que dentro del suelo se generan unas presiones horizontales que puede inducir a la ocurrencia del derrumbamiento o deslizamiento de una cuña de suelo relativamente sub-superficial (Das, 2001). Las presiones reales que se presentan detrás de los muros de contención son muy difíciles de estimar, debido al gran número de variantes implicadas. La presión lateral que actúa sobre un muro en condiciones de talud estable son una función de los materiales y sobrecargas que la estructura soporta, el nivel de agua freática, las condiciones de cimentación y el modo y magnitud del movimiento relativo del muro (McCormac, 2002). Existen tres tipos de presión de acuerdo a las características de deformación supuestas en la interacción suelo-estructura.

16

1 Presión en reposo 2. presión activa 3. presión pasiva

Los términos presión activa y presión pasiva son utilizados para describir las condiciones limites de las presiones de tierra contra la estructura. La presión activa es la presión lateral ejercida por el suelo detrás de la estructura cuando la pared se mueve suficientemente hacia fuera para alcanzar un valor mínimo. La presión pasiva es la presión lateral ejercida sobre la pared cuando el muro se mueve suficientemente hacia el suelo hasta que la presión alcanza un valor máximo (Das, 2001; Bray, 2003).

2.3.1 PRESIÓN DE TIERRA EN REPOSO

La Presión en reposo, ocurre cuando el suelo no se ha movido detrás del muro y se le ha prevenido de expandirse o contraerse (las deformaciones son prácticamente nulas). Es el caso por ejemplo de un muro de hormigón armado rígido o un muro rígido detrás del cual se ha colocado un relleno compactado. El valor de la resultante del empuje en reposo de un terraplén horizontal y sin sobrecarga, sobre una pared vertical de altura H y de ancho unitario con deformación cero, está dada por (Das, 2001): H

H

Eo = ∫ σH x dz= ∫ (Ko x γ x z) dz o

o

Donde resolviendo, se tiene que: Eo = 1 x Ko 2

x γ x H²

(2.1)

17

Con: Ko: Coeficiente de empuje en reposo, K o=1 – senΦ γ :

Densidad del suelo contenido.

Φ: Ángulo de fricción interna del suelo

2.3.2 PRESIÓN ACTIVA Y PASIVA SEGÚN TEORIA DE RANKINE

La teoría de Ranking está basada en la formación de un estado límite llamado “plástico” en toda la masa de suelo adyacente a una pared que puede moverse y en la cual fue alcanzada la máxima resistencia al corte del suelo. Cuando se alcanza el estado limite las tensiones laterales en una región de masa de suelo son determinadas, y la obtención del empuje resultante para la teoría de Rankine consiste en la integración de aquellas tensiones a lo largo de toda la altura de la pared de contención, considerada de longitud unitaria. En la figura 2.2 se muestran las líneas de ruptura correspondientes a los estados activos y pasivos, respectivamente; donde se observan las condiciones de “plastificación total” de la masa de suelo adyacente a la pared del muro (Das, 2001; Bray, 2003).

a) Estado Activo

b) Estado Pasivo Figura 2.2 Estados limites de Ranking.

Fuente: Rogel, 2005

18

La presión activa de tierra se origina cuando los movimientos de la pared alejándose del relleno son suficientes para movilizar completamente la resistencia de corte dentro de la masa de suelo detrás de la pared. Para un material de relleno que presente cohesión (c), y tenga fricción intragranular, el empuje activo de Rankine (Das, 2001; Berry, 1993), por unidad de longitud es: Ea = 1 (Ka x γ x H²) – 2 x c x H x √ Ka 2

(2.2)

Para el caso de un suelo granular con c=0 el empuje activo es:

Ea = 1 (Ka x γ x H²)

(2.3)

2

Con: Ka: Coeficiente de presión activa de Ranking. H: Altura del muro. c: Cohesión del material de relleno

De igual forma, para un relleno que presente una cohesión c y tenga fricción interna, el empuje pasivo de Rankine, por unidad de longitud es:

Ep = 1 (Kp x γ x H²) + 2 x c x H x √ Kp 2

(2.4)

Y para el caso de un suelo granular con c=0, el empuje pasivo es:

Ep = 1 (Kp x γ x H²) 2

(2.5)

19

Con: Kp: Coeficiente de presión pasiva de Ranking.

La aplicación de los coeficientes de Rankine tiene solamente validez para el caso de estructuras de pared vertical y sin roce de contacto suelo-pared.

2.3.3 PRESIÓN ACTIVA Y PASIVA SEGÚN TEORIA DE COULOMB

En el caso de Coulomb propone una teoría para calcular la presión lateral de la tierra sobre un muro de contención con relleno de suelo granular, pero tomando en cuenta la fricción del muro (Das, 2001). La teoría se basada en el equilibrio de fuerzas obtenidas en el instante de ruptura inminente de la masa de suelo contenida, sin hacer alusión de las tensiones desarrolladas. Las hipótesis asumidas por Coulomb son: a) las supuestas líneas de ruptura del suelo forman rectas BC (figura 2.3); b) la pared o muro de contención puede moverse en el sentido de alejamiento o aproximación de la masa de suelo; c) existe roce o fricción entre el muro y el suelo contenido.

Figura 2.3 Líneas de ruptura de Coulomb.

Fuente: Rogel, 2005

20

En el estado límite de la cuña de falla se desarrollan fuerzas de fricción y en el plano de contacto entre el suelo y el muro. La cuña de falla depende del estado de tensiones en el suelo, la que a su vez son función del estado de deformaciones del mismo. Los dos estados límites posibles corresponden a los empujes activo y empuje pasivo. En la figura 2.4a se observa la condición de falla correspondiente al empuje activo, que se desarrolla para un estado de deformación en que el muro se desplaza o gira en torno a su base alejándose del terreno. La cuña de suelo tiende a descender y las fuerzas de fricción se oponen al movimiento de modo que las reacciones totales del muro Ea y R se inclinan respecto a la normal en δ y Φ respectivamente.

Figura 2.4 Estado de empuje activo de Coulomb.

Fuente: Rogel, 2005

Donde: W: Peso propio de la cuña de suelo. R: Resultante de las tensiones actuantes en el plano de ruptura. Posee un valor desconocido y una orientación definida por un ángulo Φ con la normal al plano de ruptura. E: Reacción igual y contraria al empuje de la masa de suelo contra el muro.

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δ: Ángulo de fricción entre el suelo y el muro. Φ: Ángulo de fricción interna del suelo.

Con la aplicación del teorema del seno al polígono de fuerzas de la figura 2.4b se obtiene:

Ea =

W x sen(θ - Φ) sen(180 - α -θ +Φ+ δ)

(2.6)

Los parámetros que definen a Ea son constantes conocidas, excepto el ángulo de inclinación del plano de ruptura θ. Para cada valor de θ habrá un determinado empuje en un estado de equilibrio estable. En el diseño el ángulo de interés es aquel que conduce al valor máximo de Ea (Riddell e Hidalgo, 1999; USACE, 1994):

Por lo tanto, la fuerza de empuje activo máxima es:

Ea máx = 1(Ka x γ x H2) 2

(2.7)

Con: Ka: Coeficiente de empuje activo de tierras de Coulomb. Si las condiciones de deformación involucran un desplazamiento o giro del muro contra el terreno contenido, la falla corresponde al estado de empuje pasivo. La cuña de suelo tiende a levantarse y las fuerzas reactivas de fricción se oponen al movimiento, de modo que las fuerzas reactivas Ep y R adoptan las inclinaciones que se ilustra en la figura 2.5a. La fuerza de empuje pasivo Ep se obtiene a través de una forma análoga al del empuje activo, con la diferencia de que ahora la superficie fallada de interés es la asociada al valor mínimo de E p, o sea el ángulo θ de interés es aquel que conduce al valor mínimo de E p (Das, 2004; Berry, 1993).

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Figura 2.5 Estado de empuje pasivo de Coulomb.

Fuente: Rogel, 2005

Donde la fuerza de empuje pasivo mínima es:

Ep min = 1(Kp x γ x H2) 2

(2.8)

Con: Kp: coeficiente pasivo de tierras de Coulomb.

2.3.4 EMPUJES DEBIDO A SOBRECARGAS

A las presiones ejercidas por el suelo se deben agregar las sobrecargas detrás del muro, las cuales provocarán efectos sobre el empuje total. Se deben considerar las sobrecargas debidas a la presencia de edificaciones próximas, posibles acopios de materiales, vehículos, etc., las cuales serán transmitidas de alguna manera a la estructura en cuestión. Entre las presiones debidas a sobrecargas aplicadas arriba y detrás del muro se tienen (Das, 2001; Nilson, 1999).

23

a) Presiones debidas a cargas aplicadas arriba del muro. Se presentan tres

casos; cargas concentradas, cargas lineales y cargas repartidas. En el caso de las cargas repartidas, se le sumará a las presiones inducidas por el suelo una presión en toda la altura del muro, un valor de la carga por unidad de área afectada por un parámetro K. Para los demás casos se le sumará la resultante de los diagramas de presiones respectivos.

b) Presiones de expansión. Si se coloca un suelo expansivo detrás del muro y éste

se llegare a humedecer, se podría desarrollar una presión de expansión, equivalente a la presión del ensayo de succión o presión de expansión uniformemente a lo largo del muro.

c) Presión de tierras debida a la compactación. Para la construcción de un muro

de contención con relleno generalmente, se especifica una densidad seca mínima para garantizar una resistencia al cortante y dureza en el relleno. Aunque la compactación es importante, el uso de equipos pesados de compactación detrás de un muro puede causar daño, debido a que se pueden inducir fuerzas horizontales muy grandes superiores a las calculadas en el diseño del muro.

d) Presión de agua. La presencia de agua detrás de una estructura de contención

tiene gran efecto sobre la magnitud de las fuerzas aplicadas sobre el muro. La mayoría de los muros que han fallado, ha sido debido a la acción del agua.

e) Presiones inducidas por sismos. En las áreas de alta sismisidad, se deben

diseñar todos los muros para resistir cargas sísmicas. La carga sísmica mínima de diseño para los muros debe ser aquella especificada como una fuerza equivalente a una aceleración horizontal de acuerdo a las normas sísmicas respectiva.

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a) Peso propio del terreno

b) Sobrecarga uniformemente distribuida q

c) Sobrecarga lineal S

d) Sobrecarga distribuida S, de ancho b

Figura 2.6 Diagramas de empujes debido a sobrecargas.

Fuente: Mccormac, 2002

25

2.4

AGUAS FREÁTICAS

Una masa de suelo está constituida por una parte de material sólido, otra parte por líquidos y otra parte por gases (figura 2.7). Pero si se comienza a bajar de la superficie de la tierra, se observa que cada vez es mayor el contenido de agua, hasta el punto que el contenido de aire es totalmente ocupado por el agua, en este punto donde se halla solo parte sólida y parte de agua es lo que se llama nivel freático. (Lambe y Whitman, 1972)

AIRE

AGUA

SÓLIDO

Figura 2.7 Masa de suelo.

Fuente: Lambe y Whitman, 1972

Las aguas freáticas, son entonces las aguas que se encuentran cuando un suelo está saturado y están por debajo de este nivel freático. El nivel freático es muy variable ya que en el verano cuando el calor se hace más intenso, éste baja por el proceso de evaporación que genera el calor. Así también se encuentra que el nivel freático en tiempo de lluvia sube y puede llegar hasta muy altos niveles, es decir, a muy poca profundidad el sitio donde comienzan las aguas freáticas, pudiendo ser un factor importante en la construcción, al modificar los suelos en los que se construirá. El reconocimiento de las aguas freáticas, se puede obtener abriendo un hueco en el terreno (calicata), de tal manera que se pueda visualizar dentro de él, y luego

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esperar que el nivel de agua se estabilice. De esta forma y después de una hora más o menos, se puede observar que el nivel donde permanece estable el agua será el nivel freático. Otra forma de reconocimiento de las aguas freáticas es en laboratorio, después de extraer una muestra de suelo mediante un cilindro; el cual se hinca en el suelo y mediante un giro se extrae la muestra. La muestra de suelo obtenida es analizada en laboratorio, determinando el punto donde el suelo está saturado, y luego midiendo la distancia de la superficie de tierra hasta el punto de saturación se obtiene el nivel freático. El punto donde el suelo está saturado de agua se obtiene por medio del ensayo de contenido de humedad, que permite conocer el porcentaje de agua que hay en los vacíos del suelo. Cuando el porcentaje de contenido de humedad sea un 100%, implica que el suelo está saturado y dentro de las aguas freáticas (Das, 2004).

2.5

CONGELAMIENTO DE AGUAS EN EL SUELO

El principal problema del agua en los suelos y a bajas temperaturas, es que al llegar a su punto de congelamiento, ésta aumenta su volumen generando unos esfuerzos residuales en el suelo. En los lugares donde hay mucho tiempo bajas temperaturas, dentro del suelo se generan unas grandes hojas de hielo, el cual al cambiar el clima y subir la temperatura, este hielo comienza deshielarse quedando huecos en el suelo por causa de la filtración del agua en la tierra, causando posteriormente asentamientos de las estructuras que estén fundadas sobre el suelo en cuestión. Un factor importante es también el tipo de suelo que se tiene, ya que si se cuenta con un suelo fino, el agua freática subirá por capilaridad a la masa de suelo superior, generando una mayor probabilidad de congelamiento al estar más expuesta al frío la superficie. En los suelos gruesos, ya sea de grava o arena limpia, el agua

27

puede filtrarse por medio de los espacios vacíos que quedan entre éstos, bajando el nivel freático y disminuyendo la probabilidad de congelamiento del agua freática. En el caso de los limos o arenas limosas en estado de saturación, el efecto de congelación del agua depende mucho de la manera en que disminuye la temperatura. Si el enfriamiento es rápido, se provoca la congelación llamada in situ, la cual consiste en capas gruesas de hielo en medio de la masa de suelo. Si el enfriamiento es lento, el agua se agrupa en pequeñas capitas de hielo, las cuales son paralelas a la superficie expuesta al enfriamiento, lo que genera una alteración de suelo helado y estratos de hielo. Cuando se encuentran bloques de hielo limpio en la masa de suelo, significa la migración del agua que hay en los intersticios del suelo, a estas masas de hielo. Ésta agua puede ser absorbida por capilaridad de una masa de suelo inferior, la cual se encuentra dentro del nivel freático. Una forma de evitar la emigración de agua hacia los centros de hielo, puede ser colocando una capa de grava gruesa por encima del nivel freático, generando así, la detención de la subida del agua por capilaridad, debido a que la grava presenta unos intersticios muy grandes, no permitiendo la capilaridad del agua dentro del suelo (Das, 2004; Lambe, 1972).

2.5.1 EFECTOS DEL CONGELAMIENTO

Como se dijo anteriormente, al congelarse el agua, ésta aumenta su volumen, generando una separación entre las partículas sólidas y por ende aumentando el número de los vacíos. Hay suelos en los cuales no se percibe tanto el cambio de volumen del agua por causa de su congelamiento, como es el caso de la grava o la arena, cuyo valor limite de aumento de volumen, según experiencias, es de un 10% del volumen inicial de los vacíos. En caso de suelos que son susceptibles a las heladas, se tiene que la expansión puede ser mucho mayor al 10%, viéndose de esta

28

forma afectada cualquier estructura que esté cimentada sobre estos suelos (Lambe, 1972) Los efectos del congelamiento no solo involucran problemas de expansión, si no que también existen inconvenientes cuando éste hielo se descongela. Al descongelarse el hielo, se produce un asentamiento del terreno, al disminuir el volumen de agua que empieza su proceso de deshielo, y además se produce la filtración del agua que anteriormente había subido por capilaridad, asentándose aun más el suelo que se encuentra bajo está situación. También se genera un colapso de las cápsulas de hielo, que ahora son de aire, rebajando la resistencia del suelo. Cuando el suelo que se congela, está formando taludes, la acción de la helada, si el material no es susceptible a ésta, se produce un desplazamiento de las partículas normal a la superficie del talud. Al llegar al deshielo, las partículas tienen un desplazamiento vertical, produciéndose posteriormente un desplazamiento neto hacia el pie del talud. En el caso del suelo que es retenido por un muro de contención, la congelación del agua produce un aumento del volumen, lo que genera un aumento en la presión que está soportando el muro, y si esta presión se repite varias o es muy elevada, se puede llegar al colapso del muro.

2.6

CAPILARIDAD DE LAS AGUAS FREÁTICAS

El proceso de capilaridad, se conoce como el ascenso que tiene un líquido, al estar en contacto con las paredes de un tubo de diámetro pequeño. Si se toma la masa de un suelo como un gran conjunto de poros, los cuales están comunicados, se tendría una gran red de tubos capilares, los cuales permiten el efecto de capilaridad del agua freática. Al subir el agua por un tubo capilar, esto produce unos esfuerzos de tensión en la parte superior del agua, que está dentro del tubo capilar. Este

29

fenómeno se puede explicar teniendo como base la hidrostática. Por ejemplo si se toma una presión relativa, teniendo como origen la presión atmosférica, se puede observar que está presión, en el punto de la superficie del agua (no dentro del capilar), debe ser cero, y a medida que se desciende en el agua, la presión aumenta linealmente, también si se sube del nivel donde el agua esta en contacto con el aire, la curva de presiones sigue de igual forma, dando unos esfuerzos de tensión en las partes donde se encuentra por encima de este nivel de referencia, coincidiendo esto con las partes donde se tiene el agua capilar. En resumen se puede decir, que la capilaridad del agua dentro de un suelo, produce esfuerzos de tensión, que generan la compresión de éste (Das, 2004) Para que se presente la capilaridad del agua freática en un suelo, se debe tener en cuenta que el suelo debe ser fino, para poder que los poros que haya entre las partes sólidas del suelo, sean tan pequeños como un tubo capilar. En el caso de un suelo como una grava gruesa, no se producirá el fenómeno de capilaridad, lo que hace estos suelos sean muy apetecidos en la construcción cuando se tienen niveles freáticos altos. Otro problema que tiene el proceso de capilaridad del agua freática en la construcción, es que al subir está agua, provoca el humedecimiento de los cimientos de la estructura en cuestión, provocando la corrosión de los aceros de refuerzo, y algunas veces cuando el agua freática alcanza niveles muy altos, alcanza a subir por capilaridad a las paredes, generando problemas en los materiales que conforman su estructura. En los suelos finos y saturados, el agua estará ejerciendo una fuerza de separación entre las partículas sólidas del suelo (presión hidrostática), luego el suelo comenzará a secarse, generalmente por el calentamiento del sol, y el agua contenida se evaporará, y la masa de suelo tratará de tomar su nivel freático normal, de esta manera las aguas trataran de bajar creándose una presión capilar dentro del suelo, lo

30

que se traduce en esfuerzos de compresión en el suelo, pasando de la presión hidrostática (cuando el suelo estaba saturado), a un esfuerzo de tensión superficial (al tener el fenómeno de capilaridad del agua). De esta manera el suelo entra en un proceso de contracción. El proceso de retracción del agua hacia el interior no se hará simultáneamente en toda la masa del suelo, debido a que el suelo tiene diferentes diámetros de poros, produciendo tubos capilares de diferentes diámetros, bajando primero el agua que se encuentra en los canalículos (especie de tubos capilares formados por los poros del suelo), más gruesos (Berry, 1993).

2.7

INFILTRACIONES

La infiltración corresponde a un proceso por el cual el agua penetra por la superficie del suelo y llega hasta sus capas inferiores. Muchos factores del suelo afectan el control de la infiltración, así como también controlan el movimiento del agua dentro del mismo y su distribución. (Vélez et al, 2002). Si se aplica agua a una determinada superficie de suelo, a una velocidad que se incrementa en forma uniforme, se llega a un punto en que la velocidad de aporte comienza a exceder la capacidad del suelo para absorber agua, acumulándose este exceso sobre la superficie y si las condiciones de pendiente lo permiten se producirá el escurrimiento. Entonces la capacidad de infiltración conocida también como “infiltrabilidad del suelo” corresponde a la cantidad máxima de agua que un suelo puede absorber por unidad de superficie horizontal y por unidad de tiempo. Se mide en altura de agua que se infiltra, expresada en mm/hora. Mientras la velocidad de aporte de agua a la superficie del suelo sea menor que la infiltrabilidad, el agua se infiltrará tan rápidamente como es aportada, esto quiere decir que la velocidad de aporte determina la velocidad de infiltración (el proceso es controlado por el flujo). Sin

31

embargo, también existe la posibilidad de que la velocidad de aporte exceda la infiltrabilidad del suelo, donde esta ultima será la que determina la velocidad real de infiltración; de este modo el proceso es controlado por las características del perfil. Son diversos los factores que intervienen en la capacidad infiltración de un suelo, entre estos se encuentran (Berry, 1993; Lambe, 1972):

a) Tipo de suelo . Entre mayor sea la porosidad, el tamaño de las partículas y el

estado de fisuramiento del suelo, mayor será la capacidad de infiltración.

b) Grado de humedad del suelo . La infiltración varia en proporción inversa a la

humedad del suelo, es decir, un suelo húmedo presenta menor capacidad de infiltración que un suelo seco.

c) Acción d e las precipitaciones sob re el suelo. El agua de lluvia al chocar con el

suelo facilita la compactación de su superficie disminuyendo la capacidad de infiltración; por otra parte, el agua transporta materiales finos que tienden a disminuir la porosidad de la superficie del suelo, humedece la superficie, saturando los horizontes más próximos a la misma, lo que aumenta la resistencia a la penetración del agua.

d) Cubierta v egetal . La cubierta vegetal natural aumenta la capacidad de infiltración.

La cubierta vegetal densa favorece la infiltración y dificulta el escurrimiento superficial del agua.

e) Temperatura. Las temperaturas bajas dificultan la infiltración.

32

La infiltración del agua en el relleno de un muro de contención, ya sea por la acción de la lluvia o por infiltraciones subterráneas, puede causar un aumento inoportuno de los niveles de presión de agua.

2.8

ESFUERZOS TRANSMITIDOS A CAUSA DE AGUAS FREÁTICAS

Los muros de contención se hacen para contener tierra (relleno), confinada a un espacio, sin que esta se derrumbe. En el diseño de estos muros, se debe tener en cuenta las fuerzas que sobre éste actúan, donde juega un papel muy importante las aguas freáticas. Dentro de las fuerzas que se toman en cuenta al calcular un muro de contención de tierras se tiene: el peso del mismo, la presión que hace el relleno sobre éste, la reacción del cimiento del muro y las correspondientes al nivel freático de las aguas, donde se encuentran (Das, 2004; Construmatica, 2004):

a) Fuerzas debidas a agua tras el muro: el agua tras el muro de contención,

genera una presión más (Ew). Se debe tener en cuenta que también que el nivel de las aguas freáticas varia con el tiempo, generando un proceso de carga y descarga de la presión hidrostática en el muro, lo que podría ocasionar un colapso del muro por fatiga.

b) Sub-Presiones : cuando se tiene un mal drenaje bajo el muro, se puede

almacenar agua en esta zona, produciéndose una presión de aguas freáticas bajo el muro, lo cual puede llegar al volcamiento del muro.

c) Las Heladas: si se tiene detrás del muro niveles de aguas freáticas muy altos, y

se presentan tiempos con bajas temperaturas, el agua contenida se puede congelar, produciéndose con esto un cambio en el volumen del suelo y la entrada de una

33

presión adicional más al sistema, que lo puede llevar de igual forma al colapso del muro.

d) Expansiones p or c ambio de la humedad del relleno: si se tiene que la masa de

suelo que está siendo sostenida por el muro, está sometida a cambios del nivel freático, la masa de suelo puede cambiar fácilmente de volumen, mas si se trata de limos o arcillas, que son suelos que inducen a un cambio volumétrico al cambiar la humedad del sistema. En épocas de verano el nivel freático es bajo, lo cual no se generan presiones laterales por cambio volumétrico del suelo, sin embargo, entran en contacto estas presiones cuando en nivel freático sube, y el suelo se expanda por acción de la humedad. Este cambio volumétrico, genera un ciclo de carga y descarga en el muro, el cual después de varios ciclos, puede fallar por fatiga.

H1

Ea1 Ea21

(γ1, c, Φ)

Ea22

Ew (γ2, c, Φ)

H2 Figura 2.8 Diagrama, muestra que Presión Ew, genera una presión adicional al muro.

Fuente: Elaboración propia.

Las presiones del diseño del agua, deben basarse en las condiciones más críticas que puedan ocurrir durante la vida útil de la estructura de contención, por ejemplo en inundaciones, o rompimientos de tuberías principales de agua. Donde hay nivel freático que varia con las lluvias, el diseño se basa en la lluvia máxima para un periodo de retorno superior a 100 años. Como es difícil predecir los niveles de agua asociados con las lluvias, lo que se recomienda es ejercitar un criterio muy

34

conservatorio, teniendo en cuenta el efecto negativo de la presión de poros sobre el muro (Construmatica, 2004).

2.9

FALLAS EN LOS MUROS

Una estructura de contención puede fallar por ejemplo: si las partes individuales pueden no ser suficientemente fuertes para resistir las fuerzas que actúan, como es el caso cuando un muro vertical se agrieta por la acción de la presión de tierra que actúa sobre él; o cuando el muro en su conjunto es desplazado por la presión de tierra, sin presentar roturas internas. Para el primer caso, se requiere determinar las dimensiones, espesores y refuerzos necesarios para resistir los momentos y cortantes. Este procedimiento es similar al utilizado para calcular las dimensiones y el refuerzo que se requieren en otros tipos de estructuras de hormigón. Para el segundo caso, contra desplazamientos globales, o sea para garantizar las estabilidad externa del muro, se requieren de condiciones especiales. En forma consiste con la práctica en la ingeniería geotécnica, la investigación de estabilidad se basa en las presiones reales de tierra (tan precisa como puedan calcularse), y en las cargas de servicio estimadas o calculadas, todas sin factores de carga. Las presiones de contacto calculadas se comparan con los valores admisibles y los factores globales de seguridad se evalúan comparando las fuerzas resistentes con las máximas fuerzas que actúan en condiciones de servicio (Nilson, 1999).

35

2.9.1 ESTABILIDAD GLOBAL Y FALLO COMBINADO DEL TERRENO Y DEL ELEMENTO ESTRUCTURAL

El conjunto del muro incluida su cimentación, puede fallar mediante un mecanismo de rotura aún más profundos que éstos, o que no siendo tan profundos pudiera cortarlos. Se debe comprobar que la seguridad al deslizamiento a lo largo de la superficie pésima posible, que incluya en la masa deslizante al muro completo y a sus elementos de sujeción, no sea inferior al límite establecido. En la figura 2.9 se muestran casos típicos de inestabilidad frente a un deslizamiento general de muros de contención (Cavalera, 2006).

Figur a 2.9 Estabilidad global

Fuente: Cavalera, 2006

36

2.9.2 HUNDIMIENTO

La cimentación o base del muro debe tener la misma seguridad frente al hundimiento que una zapata de cimentación de una estructura, considerando la inclinación y excentricidad de la resultante y los coeficientes de seguridad. En la figura 2.10 se esquematizan los tipos de muros más habituales y se representan: el peso propio del muro y de las tierras que lo acompañan W, o de las cargas transmitidas al mismo V, la resultante de los elementos de arriostramiento transversal (forjado, apuntalamiento, anclaje), F, los empujes de tierras horizontal E H, y vertical Ev, y las resultantes de estas solicitaciones a nivel de cimentación N y T. En el caso de que existan otras acciones sobre el muro habrá que considerarlas igualmente. (Cavalera, 2006)

Figura 2.10 Diagrama de fuerzas actuantes sobre muros.


La distribución de presiones del muro debe definirse de forma que los asientos sean admisibles. Cuando el terreno es muy compresible, debe evitarse los asentamientos diferenciales de los bordes de la cimentación imponiendo que la

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resultante de fuerzas esté lo más centrada posible. Si la capacidad de carga del terreno fuera insuficiente o los asientos excesivos, se puede recurrir a una cimentación profunda, una mejora o refuerzo del terreno u otra solución que asegure la estabilidad frente al hundimiento.

2.9.3 DESLIZAMIENTO

Este estado límite debe comprobarse tan sólo en aquellos casos en los que la máxima componente de los empujes horizontales sobre el muro sea mayor del 10% de la carga vertical. En los suelos granulares, la seguridad frente al deslizamiento por la base puede determinarse mediante la siguiente ecuación (Das, 2004):

T < N tg Φ

(2.9)

γR

Donde: N y T: Son las componentes normal y tangencial de las fuerzas de empuje, elementos de arriostramiento y peso propio sobre el plano de la base. γR

Con:

: coeficiente de seguridad parcial.

Φ = 2 Φ’

(2.10)

3

Donde Φ’ es el ángulo de rozamiento interno efectivo del terreno. En los suelos cohesivos y con rozamiento, la seguridad frente al rozamiento puede determinarse mediante la siguiente ecuación.

T < (N tg Φ + c’x B) γR

(2.11)

38

Donde: c’: cohesión reducida del suelo (c’ = 0,5c’ k < 0,05 Mpa). B: ancho de la base del muro. c’k: cohesión efectiva del terreno.

No se tendrá en cuenta el efecto estabilizador del empuje pasivo. En el caso de muros provisto de zarpa se considerará el deslizamiento según las superficies más probables (figura 2.11).

Figur a 2.11 Posibles superficies de deslizamiento en muro con zarpa.


2.9.4 VUELCO

En general puede prescindirse de esta comprobación cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre el muro, incluido el peso propio y la resultante de posibles elementos de sostenimiento (anclajes, forjados o arriostramientos intermedios), tengan su punto de aplicación dentro del núcleo central de la base. En caso de bases rectangulares indefinidas, el núcleo central es una faja de ancho B/3. En zapatas rectangulares, si V es la componente vertical de la resultante sobre

39

la base del muro y “ e” su excentricidad, puede suponerse que las presiones del terreno siguen una ley lineal, con valores extremos (Das, 2004).

Si e < B, 6 Si e = 0,

Si e = B, 6 Si

e

> B,

σmax = V 1 + 6e)

B

B

σ= V

B

σmax = 2 V

B

y σmin = 0

(2.12)

(2.13)

(2.14)

Se produciría el despegue de uno de los bordes, aumentando

notablemente la tensión en el otro borde.

Figura 2.12 Estabilidad al vuelco.


La estabilidad al vuelco se comprueba comparando los momentos de cálculo desestabilizante y estabilizante respecto de la arista exterior de la base de la zapata.

40

2.10 SISTEMAS DE DRENAJE

Un sistema de drenaje en una estructura de contención, es de fundamental importancia para el control de las presiones originadas por el agua en el relleno de trasdós. El sistema de drenaje se debe diseñar de tal forma que se anticipe a capturar el agua antes de que afecte el muro, para esto se consideran los siguientes tipos de sistemas (Berry, 1993): a)

Drenes verticales de material granular, hormigón poroso, u otros que puedan ocupar toda la altura del muro o parte de ella.

b)

Láminas drenantes.

c)

Drenes inclinados.

d)

Tapices drenantes horizontales a uno o varios niveles.

e)

Drenes horizontales a través del relleno.

f)

Drenes longitudinales en la base o talud del relleno.

g)

Barbacanas en contacto directo con el relleno.

Un factor importante a considerar en un sistema de drenaje es el material de relleno a contener detrás del muro de contención.

a) Si el material de relleno es muy permeable. Como es el caso de gravas y

arenas gruesas y medias, la aportación de agua puede ser evacuada por un sistema de drenaje mediante del establecimiento de una red de filtración de dirección predominantemente vertical. Mientras el sistema de drenaje sea capaz de evacuar el agua filtrada, el nivel de agua no rebasará la cota inferior del sistema de drenaje.

b) Si el material de relleno es de baja permeabili dad. Como ocurre en arenas finas

y arenas limosas, y la aportación de agua es importante, aunque se diseñe una red

41

de drenaje capaz de desaguar el caudal correspondiente, se producirá un aumento de las presiones y los empujes respecto al caso anterior.

C) Si la aportación de agua excede la capacidad de desagüe de la red de drenaje. El nivel de agua puede alcanzar la cota de la coronación del muro en el

caso límite, es decir se produce la abnegación del terreno. En este caso la presión se duplica alcanzando el valor de la presión hidrostática. En cualquier caso, la presión hidrostática es considerada siempre para niveles inferiores al más bajo del sistema de drenaje.

42

Capítulo III

3.1

GEOSINTÉTICOS

DEFINICIÓN

Según la ASTM D 4439: “Geosintético, es un producto plano fabricado a partir de materiales poliméricos, para ser usado con suelo, roca, tierra o cualquier otro material geotécnico, como parte integral de un proyecto, estructura o sistema realizado por el hombre”. La tecnología de los geosintéticos se ha convertido en una alternativa para solucionar los problemas tanto técnicos como económicos de los proyectos de ingeniería y su implementación se ha hecho en la mayoría de los casos de forma empírica, retomando resultados de experiencias en proyectos anteriores. Bajo este concepto, en muchas ocasiones los geosintéticos han sido una solución exitosa pero en algunos casos la falta de conocimiento y de una metodología de diseño que permita definir los requerimientos de estos materiales de acuerdo con las condiciones particulares de cada proyecto, no ha permitido que los beneficios de esta tecnología sean aprovechados en su total magnitud. Los geosintéticos son producidos en fábrica bajo un estricto control de calidad que los hace ideales para ser utilizados en obras de ingeniería. Como ventajas principales se destacan (Degussa, 2004):

a) Durabilidad. Por emplear fibras sintéticas en su producción, resisten la acción del

tiempo y los agentes agresivos naturales.

b) Ductilidad. Se adaptan a innumerables usos, en sus distintas formas y funciones.

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c) Resistencia. Por tratarse de fibras de alta tenacidad, presentan altos valores de

resistencia a esfuerzos (tracción, desgarramiento, punzonado, etc.)

d) Trabajabilidad. Constituyen materiales livianos, flexibles y de fácil instalación.

Los geosintéticos contribuyen a lograr un mejor aprovechamiento de los suelos, al poderse construir taludes de pendientes más pronunciadas. Otra virtud es la posibilidad de construir en lugares valiosos por su estética o posición geográfica, pero de difícil aplicación, como ser costas y acantilados. Debido a su durabilidad son ideales para ser utilizados en proyectos de caminos, puentes o vías férreas, en los cuales la vida útil prevista supera las posibilidades de los materiales naturales usados tradicionalmente para refuerzo, separación y drenaje. También se destaca la posibilidad de lograr soluciones eficaces con un mínimo impacto ambiental.

3.2

FUNCIONES PRINCIPALES

Las funciones principales que cumplen los geosinteticos, se agrupan en mecánicas e hidráulicas (Piegari, 2005).

Entre las funciones mecánicas se tienen:

a) Refuerzo. Mejoran la calidad del suelo, aumentando la

capacidad portante y la estabilidad de la explanada. Permiten una mejora de terrenos reduciendo su deformabilidad, aumentando su resistencia a cortante y aportando resistencia a tracción.

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b) Separación. Evitan la mezcla de materiales o partículas

de suelo con diferentes propiedades físicas (granulometría, consistencia, densidad, etc.) o químicas. Colocado entre el terreno natural y el material seleccionado de aportación, permite mantener un espesor constante de capa de zahorras durante la vida útil de diseño, evitando su contaminación y manteniendo una óptima permeabilidad.

C) Protección.

Gracias al entrelazado mecánico de sus

fibras y a su estructura tridimensional, los geotextiles no tejidos presentan

unas

excelentes

prestaciones

mecánicas

al

punzonamiento. Ejercen como elemento de protección de geosintéticos o láminas de impermeabilización, de las aristas u objetos punzantes del terreno o material de aportación, evitando perforaciones y su desgaste durante la vida de diseño del proyecto.

Entre las funciones hidráulicas se tienen: a) Filtración. Los geotextiles y geocompuestos drenantes

actúan como filtro, reteniendo partículas de suelo que pueda transportar el agua al fluir entre el suelo y la capa de material seleccionado. Evitan la migración de finos, permitiendo el paso de a ua, aun con mínima resión. b)

Drenaje.

La

estructura

tridimensional

de

ciertos

geosintéticos facilita la conducción de líquidos y gases. Permiten su flujo en el plano del geotextil o geocompuesto drenante, garantizando el transporte de fluidos y liberando al terreno de sobre presiones.

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c) Impermeabilización. La estructura de ciertos geosintéticos,

permiten crear una barrera impermeable en suelos susceptibles a desestabilizarse, en estructuras de contención o circulación de agua y demás aplicaciones de la ingeniería civil en las que prime la función de impermeabilidad. Evitan el flujo de agua normal al plano del geosintético.

3.3

CLASIFICACIÓN GENERAL

Dentro del campo de los geosinteticos, existen diversos tipos de productos dependiendo de la función que se persiga, entre estos están (Piegari, 2005):

- Geotextil, geogrilla o geomalla, geonet o geored, geomembrana, geodren, geoceldas, geomanta y geocompuestos.

Como se ha mencionado con anterioridad las funciones a desarrollar son: separación, filtración, refuerzo, drenaje, protección e impermeabilización, sin embargo, no todas las funciones son proporcionadas por cada tipo de geosintético. En la tabla 3.1 se muestran las funciones posibles que desempeñan los diferentes geosintéticos. FUNCIONES GEOTEXTILES GEOCOMPUESTOS GEOMEMBRANAS GEOMALLAS ▲ Separación ▲ ▲ Filtración ▲ ▲ Refuerzo ▲ ▲ Drenaje ▲ Protección ▲ ▲ Impermeabilización Tabla 3.1 Funciones de los geosinteticos.

Fuente: Fuente: Piegari, 2005.

46

3.4

GEOTEXTIL

El geotextil es una manta flexible, de poco peso y espesor, constituida por fibras poliméricas extruídas o estiradas, filamentosas o aplanadas, fabricadas por procesos de origen textil, con trama regular (tejidos) o entrecruzada sin ordenación preferente (no tejido). (Tecnología tejido). (Tecnología y servicios, 2006).

3.4.1 CLASIFICACIÓN DE LOS L OS GEOTEXTILES GEOTEXTILES

En la figura 3.1 se presenta la clasificación de los geotextiles, donde primero se lo divide según la distribución de las fibras (tejido o no tejido). Posteriormente a los no tejidos se los subdivide, según el largo de las fibras (fibras cortadas o filamentos continuos), y finalmente según el modo de unión de las fibras (termoligados, resinados y agujados). GEOTEXTILES

Tejidos

No Tejidos

Monofilamentos

Fibras Continuas

Filamentos Filamentos Continuos

Multifilamentos Termoligados Cintas

Resinados

Ag uj ado s

Figur a 3.1 3.1 Clasificación de los geotextiles.

Fuente: Piegari, 2005.

47

Los geotextiles se caracterizan por: tipo de polímero, tipo de fibra y fabricación. Los polímeros utilizados en la manufactura de las fibras de los geotextiles se hacen a partir de los siguientes materiales: polipropileno, poliéster, polietileno y poliamida. Los más utilizados son el poliéster y el polietileno, presentando ambas fibras propiedades mecánicas similares, pero siendo el alargamiento en la rotura el doble en el poliéster respecto al polipropileno. Los geotextiles fabricados a partir de las fibras de poliéster son más adecuados para su utilización asociada con asfalto en caliente (temperaturas del orden de 160-170º c), debido a que su temperatura de degradación es aproximadamente 250-260º c, mientras que en el caso del polipropileno el punto critico es de 150-160º c. Los geotextiles tejidos se fabrican a partir de cintas, láminas fibriladas, hilos de multi o monofilamentos, fibras cortadas o mallas. Son anisótropos, presentando generalmente dos direcciones principales de trama, formando un ángulo de 90º entre ellas (figura 3.2)

Figur a 3.2 3.2 Entramado de fibras de un geotextil tejido.


En el caso de los geotextiles no tejidos se fabrican con fibras discontinuas o con filamentos largos, unidos por vía seca (agujeteado), o por vía fundida (química o termosoldada). El tipo de geotextil fabricado a partir de filamentos ondulados entrelazados al azar, tiene la característica de responder uniformemente en cualquier dirección de su plano, con deformaciones importantes debido al enderezamiento previo de las fibras onduladas (figura 3.3). Las fibras continuas presentan una mayor

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resistencia a la tracción y una menor elongación respecto de las fibras cortas (filamentos de 70 a 90 mm de longitud).

Figur a 3.3 3.3 Fibras discontinuas de un geotextil no tejido.


En la figura 3.4 se observan los distintos geotextiles esquematizados según su forma de fabricación, características de sus fibras, y también lo que respecta a su textura y trama.

Geotextil No tejido

Geotextil No tejido

Geotextil No tejido

Filamento continúo Agujado

Filamento continúo Termosoldado

Fibra corta/larga Agujado

Figur a 3.4 3.4 Características de los geotextiles.


Geotextil Tejido

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3.4.2 PROPIEDADES DE UN GEOTEXTIL TEJIDO Y NO TEJIDO

En la tabla siguiente se observa una comparación entre las características mecánicas, de un geotextil tejido y uno no tejido. GEOTEXTILES PROPIEDADES Resistencia a la tracción (kN/m) Estiramiento a la rotura (%) Abertura de poros (mm)

NO TEJIDO

TEJIDO

8 45-55 0,26

30 15 0,28

Tabla 3.2 Cuadro comparativo de propiedades mecánicas.

Fuente: DEGUSSA, 2004.

Puede observarse claramente en la tabla 3.2, que se tienen grandes diferencias entre los valores obtenidos para un geotextil tejido y uno no tejido, por ello debe realizarse un correcto análisis de las especificaciones técnicas de los distintos productos antes de tomar la decisión acerca de cual utilizar.

3.4.3 FUNCIONES DE UN GEOTEXTIL

Las funciones que puede cumplir un geotextil, al ser aplicado en obra, son simultáneamente o aisladamente: separación, filtro, protección, refuerzo y drenaje planar (Piegari, 2005).

Separación

Esta función se puede definir como la interposición de un material textil y poroso entre materiales de distinta granulometría, permitiendo así que ambos materiales mantengan su integridad y características físicas propias, preservando la

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función para la cual fueron puestos en servicio. Al mismo tiempo que se evita la mezcla de los materiales, se posibilita una reducción de las supresiones y facilita el flujo de agua en ambos sentidos. En la figura 3.5 se observa el comportamiento que tienen las partículas de suelo cuando reciben la acción de una carga.

Figura 3.4 Comportamiento del suelo con y sin geotextil.


Filtro

La textura altamente permeable del geotextil permite un rápido paso del agua a través de su plano, a la vez que retiene de manera eficaz las partículas (incluso las más finas del suelo). Este desempeño como filtro se mantiene perdurablemente durante una vida útil extensa. En la figura 3.5 se muestra como el geotextil evita que se produzca el mezclado de las partículas de suelo de dos estratos diferentes.

Figura 3.5 Geotextil evita que se mezclen los diferentes estratos.


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Protección

Esta función se basa en la capacidad del geotextil para absorber tensiones localizadas (punzonado). El caso más común donde el geotextil cumple esta función es, cuando asociado a una geomembrana impermeable, la protege de perforaciones y desgaste (figura 3.6)

Figura 3.6 Geotextil absorbe las tensiones.


Refuerzo

El geotextil, gracias a su alta interacción con los suelos (buena resistencia a la compresión pero pobre resistencia a la tracción), proporciona una eficiente transmisión de esfuerzos que aumenta la resistencia del material contenido (figura 3.7)

Figur a 3.7 Geotextil actúa como refuerzo, impidiendo deslizamientos.


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Drenaje planar

Al actuar como elemento drenante, el geotextil permite el libre escurrimiento de líquidos a través de su espesor. El geotextil posee una alta conductividad de agua en el plano de la manta, siendo de eficacia probada en el caso de drenes o colchones filtrantes.

Figura 3.8 Geotextil posee una alta conductividad de agua.


3.4.4 APLICACIONES

Entre las principales aplicaciones de los geotextiles en obras de ingeniería civil se destacan: terraplenes, represas y escolleras, drenajes, obras viales, obras ferroviarias, refuerzo de pavimentos, impermeabilización, áreas verdes y campos de deportes, y también como refuerzo y contención de suelos (DEGUSSA, 2004).

Terraplenes

El geotextil es aplicado como interfase entre el suelo natural y el material constituyente del terraplén, donde cumple funciones de refuerzo, debido a su alta resistencia a la tracción e isotropía, redistribuyendo las tensiones sobre el suelo de fundación, aumentando su capacidad de carga. También permite la separación, impidiendo la contaminación del material del terraplén por retención de las partículas

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finas del suelo de fundación; como así también permite la filtración y drenaje, permitiendo el flujo de agua a través de su superficie, eliminando subpresiones.

Represas y escolleras

En las presas de tierra y/o piedra, los geotextiles cumplen dos funciones principales: actuar como elemento filtrante (sustituyendo el tradicional filtro de arena), o como sustituto de una o varias capas del filtro de transición en los taludes necesario para compatibilizar la granulometría del relleno con las de los bloques del enrocado. A la vez de separar los materiales, el geotextil actúa como tapiz drenante del terraplén, controlando las supresiones.

Drenajes

En el drenaje subterráneo y captación de aguas subsuperficiales, los geotextiles presentan una amplia gama de aplicaciones ventajosas, teniendo en cuenta sus funciones como elemento filtrante, de drenaje y separador. En el caso de drenes horizontales el geotextil se utiliza como capa filtrante del colchón drenante horizontal, actuando como elemento de transición entre el material permeable del dren (arena o grava) y el suelo natural o del terraplén. En el caso de drenes longitudinales se utiliza el geotextil en zanjas de intercepción y captación de aguas, basado en la construcción del clásico dren de piedra partida. Mediante el revestido de la zanja con una manta de geotextil se evita el acarreo de los finos del suelo hacia el interior del dren, impidiendo su colmatación y consecuente pérdida de efectividad.

Obras viales

Además de su utilización como elemento de refuerzo, separador de materiales y como capa filtrante, los geotextiles resultan sumamente adecuados para la

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construcción de terraplenes sobre suelos de muy baja capacidad de carga, áreas inundadas y en la construcción de caminos vecinales. El geotextil además de evitar la mezcla de materiales, por su resistencia a tracción, posibilita la distribución lateral de esfuerzos, así como previene la falla localizada del terraplén, los movimientos laterales del material y la sustitución de suelos necesaria para eliminar los acolchonamientos por exceso de humedad. Se logra en definitiva una disminución de la altura del terraplén, menor consumo de material (se evitan las sustituciones) y un ritmo de ejecución más rápido.

Ár eas v erd es y cam pos d e dep or te.

La utilización de geotextiles resulta ventajosa en la construcción de jardines, terrazas y áreas verdes en general, actuando como sustituto de los filtros del sistema drenante. La manta se desenrolla sobre el material drenante (gravilla o pedregullo) y se le coloca directamente encima la tierra vegetal para la plantación. En campos deportivos el geotextil puede ser usado como filtro entre el suelo vegetal y el sublecho drenante y como elemento para evacuar el agua acumulada en la superficie del terreno.

Refuerzo y con tención de suelos

Debido la adaptabilidad del geotextil a cualquier movimiento o asentamiento de la obra ejecutada, por su tenacidad y deformabilidad, a la que se suman su inalterabilidad e imputrescibilidad en presencia de agua, aún en condiciones cíclicas de mojado y seco, este material es ideal para usarse en: revestimiento de taludes, control de erosiones, muros de contención o diques de protección.

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3.5 GEOGRILLA O GEOMALLA

Según ASTM Comité D-35: “ Es un geosintético usado para refuerzo, formado por una retícula regular de elementos resistentes a la tracción, con una apertura de tamaño suficiente que permite el anclaje del suelo circundante, piedra u otros materiales geotécnicos; como parte integrante de un proyecto, estructura o sistema realizado por el hombre”. Su estructura es plana a base de polímero, la cual puede estar fabricada por láminas perforadas o tejidos ligados por procesos térmicos o de encolado, en la que las aberturas tienen dimensiones superiores a las de los constituyentes, usado en contacto con el suelo o con otros materiales. Son materiales tipo rejillas con espacios de cuadrícula de gran tamaño, con medidas entre 1 y 10 cm. de abertura. En la figura 3.9 se observan distintos tipos de geomallas en donde varían el tamaño de apertura de la grilla.

Figura 3.9 Geomallas.


Las geogrillas son plásticos con una configuración de mallas abiertas, es decir que las mismas tienen aberturas grandes; pueden ser estiradas para mejorar sus características mecánicas (láminas perforadas) o directamente fabricadas por los

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métodos textiles tradicionales (tejidos). Existen dos tipos de geogrillas, las orientadas uni y biaxialmente.

Geogrilla (Geomalla) uni-direccional

Son geomallas manufacturadas por un proceso de extrusión uni-direccional a base de polímeros de polietileno de alta densidad (HDPE). Esta tecnología produce productos con altas propiedades técnicas que permiten su uso en aplicaciones estructurales. Estos tipos de geomallas son químicamente inertes y tienen gran resistencia a la tracción. Son específicamente producidas para reforzar el suelo. El suelo y el agregado traban en las aberturas de la geomallas, lo que confina el material y limita sus desplazamientos laterales aumentando la resistencia al corte. La compactación del suelo produce un ínter trabado suelo-geomalla por lo que se obtiene un alto nivel de resistencia a la tracción. En la figura 3.10 se aprecia claramente las características principales de este tipo de producto.

Figur a 3.10 Geomalla uni-direccional.


La estructura compuesta suelo-geomalla, actúa como si tuviera una resistencia intrínseca a la tracción. La geomalla produce una especie de cohesión en materiales que de otra forma serian no cohesivos. La estructura suelo geomalla combina la gran

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resistencia a la compresión del suelo con la resistencia a la tracción de la geomalla. Se obtiene entonces un material con mayor rigidez y estabilidad que el suelo por si solo. La capacidad de la geomalla para absorber esfuerzos y distribuirlos aumenta la resistencia de la masa reforzada a cargas estáticas y dinámicas.

Geogrilla (Geomalla) bi-direccional

Este tipo de geomallas están especialmente diseñadas para la estabilización y refuerzo del suelo. Están fabricadas a base de polipropileno (PP), producidas por un método de extrusión y posteriormente son estiradas de forma bi-axial para incrementar sus características a la tracción, además tienen un elevado módulo y una óptima resistencia a los daños por construcción durante la instalación. La trabazón del material granular entre sus aperturas, permite un efectivo confinamiento y refuerzo del suelo. En la figura 3.11 se observa las grandes diferencias que existe entre este tipo de geomalla bidireccional y la unidimensional.

Figur a 3.11 Geomalla bi-direccional.


Las geomallas constituyen ventajosa solución desde un punto de vista técnico y económico para todas las aplicaciones que requieren mejorar las características de suelos granulares, cohesivos o no consolidados.

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Las geogrillas al igual que los geotextiles son utilizadas en varias aplicaciones de refuerzo. Entre algunas de estas aplicaciones están: en rutas pavimentadas o no pavimentadas, en reparación de fallas de taludes, como refuerzo de suelos blandos, en recapados asfálticos y en muros de contención (Piegari, 2005).

Rutas pavimentadas o no pavimentadas

En el caso de rutas pavimentadas se puede interponer una geogrilla en la base granular, con la finalidad de incrementar el módulo resistente del material, a la vez de confinarlo lateralmente. Este confinamiento lateral evita que el material granular se deslice hacia los costados, por efecto de las cargas aplicadas en la superficie del pavimento. Mediante la utilización de una geogrilla se logran importantes ahorros en los espesores de base granular, debido a una mejor distribución de esfuerzos hacia las capas inferiores de los pavimentos flexibles.

Estabilización de taludes

Debido a su estructura las geogrillas proveen un sistema de trabazón óptimo con el suelo. Además

por

ser

completamente

inertes

a

las

condiciones químicas y biológicas del suelo, resultan ideales para este tipo de aplicaciones. Las geogrillas resisten importantes esfuerzos de tracción mientras que la resistencia a la compresión la aporta el suelo circundante. Refuerzo de suelos blandos

Otra de las principales aplicaciones de las geogrillas consiste en el refuerzo de suelos blandos o compresibles, como fundación de terraplenes.

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Recapados asfálticos

Los pavimentos asfálticos resultan ser de buenas características para la construcción de carreteras, debido a su resistencia a los esfuerzos originados por el tráfico y a las tensiones generadas por variaciones de temperatura. Sin embargo, su estabilidad y capacidad de distribución de tensiones de tracción resulta reducida, originando grietas y asentamientos diferenciales. Cuando se plantea la colocación de capas de refuerzo suelen presentarse nuevas grietas reflejadas de las antiguas en la nueva superficie. Las geogrillas cumplen en estos casos dos funciones esenciales:

a) Concede a las capas asfálticas una resistencia elevada, incluso frente a las tensiones de tracción de larga duración.

b) Mejora la repartición de esfuerzos que provocan tensiones de tracción en las capas asfálticas, distribuyéndolas uniformemente en mayores superficies.

Muros de contención

El método más común para construir muros y taludes reforzados consiste usar la geogrilla de refuerzo para tomar las tracciones, anclando ésta en placas de hormigón, un geocompuesto hecho de geogrilla y geotextil, u otro elemento que sirva para evitar la erosión y retener el suelo. Con este método de refuerzo se logra construir muros con ángulos de talud de hasta 80º reduciendo costos, tiempos de construcción e impacto ambiental.

60

3.6

GEONET O GEORED

Según la ASTM D 4439: “Es un geosintético obtenido y vinculando a un conjunto de listones paralelos, superpuestos en distintos ángulos para lograr el drenaje planar de líquidos o gases”. En la figura 3.12 se representa un esquema típico de una geored.

Figura 3.12 Geored.


Su estructura tridimensional permeable esta constituida de filamentos, fibras y/o otros elementos (sintéticos o naturales) a base de polímeros, ligados por medios mecánicos, térmicos o químicos y/o por cualquier otro medio. Es usada en contacto con el suelo o con otros materiales, por ejemplo, para mantener partículas, raíces y pequeñas plantas en el suelo. Su función de diseño está completamente dentro del área de drenaje, donde son usados para conducir fluidos de todo tipo. Existen diferentes tipos de georedes, entre estos están:

a) Georedes de hilados s ólidos extruidos, este es el tipo más común de geored. b) Georedes de hilados esponjosos extruidos,

este tipo tiene en general

espesores mayores, por lo tanto, permite un mayor flujo de agua. c) Georedes de hilados envainados, en los

cuales las intersecciones verticales

son perpendiculares, por lo tanto la resistencia normal es mayor.

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Son producidos por extrusión de Polietileno de Alta Densidad y son resistentes a agentes químicos y biológicos que normalmente presentan el suelo y los desechos. También son estabilizadas para resistir contra la degradación de rayos UV. Tienen una estructura de forma romboidal y disponible en espesores entre 3 y 13 mm y con masa por unidad de área entre 450 y 2500 g/m².

3.7

GEOMEMBRANA

Según ASTM D 4833: “lámina sintética que actúa como barrera de bajísima permeabilidad, usada con cualquier material geotécnico para controlar la migración de fluidos en un proyecto, estructura o sistema realizado por el hombre”. Estos materiales son láminas delgadas impermeables de caucho o material plástico usados principalmente para recubrir y tapar las instalaciones de almacenaje de sólidos o líquidos. La principal función es siempre como barrera de líquido o vapor. Las geomembranas poliméricas no son totalmente impermeables (ningún material lo es), pero son relativamente impermeables comparada con geotextiles o suelos, aún los suelos arcillosos. Los valores típicos de la permeabilidad de las geomembranas, como medida de los ensayos de transmisión de vapor de agua, están en el rango de 0.5 x10-10 a 0.5x10-13 cm/seg.

62

3.7.1 APLICACIONES

Entre las aplicaciones donde se le confiere mayor utilidad a la geomembrana se pueden mencionar: en recolección de lixiviados y protección de estanques industriales.

Recolecció n de lixiviados

Cuando se requiere e f e c t u a r la construcción de un nuevo relleno sanitario se presentan una serie de problemas a resolver, como ser la contaminación de napas freáticas, cuerpos de agua cercanos etc., que impiden excavar y obligan a mantener pendientes ligeras para asegurar la estabilidad del estrato drenante. Esto

trae

como

consecuencia

la

necesidad

de

construir terraplenes para contener mayores volúmenes de residuos, con pendientes pronunciadas, en donde no es posible utilizar los sistemas tradicionales de drenaje y recolección de lixiviados de estratos de arena. Las geomembranas son parte del sistema de drenaje, y actúan también como protección de fallas en el sistema drenante. En la figura 3.13 se observa su posición dentro del sistema.

Protección de estanques industr iales

Las fugas de los estanques de combustibles o de productos químicos, deben ser reguladas y llevar una capa de contención secundaria. Para esto, las geomembranas han proporcionado la solución necesaria. Las geomembranas son también una solución para evitar la perdida de agua por infiltración. Asimismo los canales revestidos con geomembranas son más fáciles de limpiar, y se evita la formación de cúmulos u otras suciedades que dificultan el pasaje del agua.

63

Figura 3.13 Posición y estructura interna de la geomembrana.


3.8

GEODREN

Son productos de formas diversas, como ser tubos perforados, tiras o planchas tridimensionales con canales, cuya sección posee una elevada cantidad de vacíos. Generalmente se complementan con un geotextil externo como filtro y un núcleo drenante en su interior, por lo que puede considerarse en estos casos como un geocompuesto. Se distinguen según su composición un geodren planar y un geodren con tubería (Piegari, 2005).

Geodren planar

Es un geocompuesto conformado por geotextiles no tejidos punzonados por agujas y geo-redes de polietileno (núcleo). El geotextil cumple la función de filtración, reteniendo las partículas de suelo y permitiendo el paso de los fluidos. La geo-red por su parte es el medio drenante, encargado de transportar el agua que pasa a través del filtro (figura 3.14 a).

64

Geodren con tubería

Es un geocompuesto que combina las excelentes propiedades hidráulicas de tres elementos: geotextil no tejido punzonado por agujas, geo-red y tubería circular perforada de drenaje. Este geocompuesto integra estos elementos para obtener un sistema prefabricado de drenaje, que instalado en zanjas o trincheras permite captar y evacuar con alta eficiencia los fluidos (figura 3.14 b).

a) Geodren planar.

b) Geodren con tubería.

Figura 3.14 Geodrenes.

Fuente: COVAL, 2006

3.8.1 APLICACIONES

Entre las aplicaciones donde es utilizado el geodren destacan: estructuras de contención, rellenos sanitarios, campos deportivos y en vías urbanas.

Estructuras de contención

En las estructuras de este tipo esta siendo muy utilizado hoy en día, debido a las ventajas que presenta en cuanto a: disipar la presión hidrostática contra el muro

65

de contención, evitar la contaminación del material de relleno con el suelo natural y también evitar las filtraciones, aumentando la vida útil de la estructura.

Rellenos sanitarios

Para la protección ambiental es esencial en los rellenos sanitarios como recubrimiento. Éste contiene los lixiviados y evita la contaminación de los valiosos recursos acuíferos.

Campos deportiv os

Actúa como drenaje de campos deportivos, parque y jardines. Mantiene los campos deportivos libres de agua después de una lluvia muy fuerte, generando un aumento en el tiempo de utilización de estas áreas.

Vías urbanas

Permite la construcción de un sistema de drenaje en vías urbanas sin causar grandes traumatismos, debido a los mínimos volúmenes de excavación requeridos. Permite una instalación mecánica de alto rendimiento, garantizando una estructura vial con un adecuado sistema de drenaje, evitando el envejecimiento prematuro de los pavimentos, derivado de los factores de seguridad de carga.

3.9

GEOCELDA

Posee una estructura tridimensional permeable a base de polímeros (sintéticos o naturales), con forma de matriz de celdas huecas, constituida por bandas de geotextiles o geomembranas ligadas alternativamente y usada en contacto con el suelo o con otros materiales. En la figura 3.15 se observan dos

66

tipos diferentes de estructura de celda, esto dependerá principalmente del tipo de suelo que alojaran (Tecnología y servicios, 2006).

Figura 3.15 Geoceldas.

Fuente: Tecnología y servicios, 2006

Constituyen un sistema de confinamiento celular, tridimensional y flexible. Usualmente se fabrican con tiras de polietileno de 1 mm de espesor, unidas formando celdas individuales de diámetros que oscilan entre 10 y 30 cm. Puede ser expandido en sitio como un acordeón, el que luego de extenderse completamente forma un paño de aproximadamente 5 m de ancho por 10 m de largo. Se logra así una estabilidad dimensional que le brinda un efectivo confinamiento al material introducido en cada celda.


Hoy en día sus aplicaciones típicas comprenden áreas diversas, como son: calzadas simples para el soporte de cargas, control de erosión superficial de taludes, revestimiento de canales y muros de contención. Según cual sea la aplicación requerida, las celdas pueden ser rellenadas con: suelo, materiales granulares, suelo-cemento u hormigón.

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El sistema tiene una estructura monolítica muy resistente a los esfuerzos de tracción. Sometido a cargas, el sistema genera elevadas fuerzas laterales de confinamiento que se agregan a las fuerzas de rozamiento existentes. La estructura compuesta suelo - geocelda tiene gran permeabilidad facilitando la absorción del agua durante las precipitaciones de lluvia por lo que disminuye el escurrimiento, y consecuentemente la erosión. Las geoceldas cumplen principalmente las siguientes funciones: soporte de cargas, control de erosiones superficiales, revestimiento de canales y estructuras de contención.

Soporte de cargas

Cuando la finalidad es el soporte de cargas, las geoceldas trabajan como losa semi-rígida, intertrabada, en la cual las cargas se distribuyen lateralmente reduciendo en forma notoria las presiones de contacto en la subrasante. Si se planea construir un estacionamiento o un camino de acceso a un establecimiento rural, las geoceldas rellenas con un material granular brindan una solución de

rápida ejecución y sin daños para el medio

ambiente. La altura de la geocelda que deberá utilizarse dependerá de los parámetros geotécnicos del material de relleno utilizado y de las cargas que tendrá que soportar el sistema.

Control de erosi ones superfic iales

El sistema de geoceldas confina el material de revestimiento a la vez

que

permite la interconexión hidráulica de las celdas eliminando

subpresiones, dificultando así el proceso erosivo. En este caso el material de relleno podrá ser: suelo vegetal, suelo pasto u otro material seleccionado para revestir el talud. La altura de la geocelda elegida va a depender del material de

68

relleno utilizado y de la pendiente del talud.

Revestimiento de canales

El sistema de geoceldas proporciona un confinamiento celular capaz de

brindar

protección flexible y durable a los canales, además de

garantizar la constancia de la rugosidad de las paredes y la estabilidad de la estructura. Los materiales de relleno aconsejados son: suelo vegetal, materiales granulares u hormigón. Se recomienda utilizar el suelo vegetal y pasto como relleno cuando el flujo de agua es intermitente y en las partes altas de los taludes de grandes canales.

Estructuras de contención

El sistema de geoceldas permite construir muros de

contención,

mediante la superposición de múltiples camadas. Esta superposición se puede realizar de modo de conformar un muro vertical o en escalones. El material granular confinado

en las celdas ve incrementado

produciéndose una

masa

estructural

uniforme

ideal

su poder soporte, para

muros

de

gravedad. Para el exterior del muro se pueden utilizar elementos prefabricados no estructurales de diverso tipo o cobertura vegetal natural. El sistema resiste presiones laterales mientras mantiene su integridad debido al rozamiento existente entre capas, al mismo tiempo que deformaciones de entidad en el subsuelo no afectan la integridad del sistema.

3.10 GEOMANTA

Posee una estructura plana a base de polímeros (naturales o sintéticos) constituida por una red densa y regular cuyos elementos están ligados por nudos o

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por procesos térmicos, y cuyas aberturas tienen dimensiones superiores a las de sus constituyentes, usado en contacto con el suelo o con otros materiales. Estas geomantas tridimensionales están diseñadas para la protección y vegetación de taludes sujetos a erosión superficial y cuando existe un estrato de suelo vegetal. Tienen un espesor aproximado de 20 mm. Las geomantas están compuestas por 2 capas de geomalla arriba y abajo, y una geomalla central mecánicamente doblada para darle espesor a la geomanta y hacerla tridimensional. Las 2 geomallas planas suministran una alta resistencia a la tracción y permiten un mínimo de elongación. El denso doblado de la capa central limita la deformación de la geomanta cuando se llena con suelo vegetal obteniéndose un elemento de gran resistencia. Las capas son ensambladas en el proceso de manufactura tejiéndolas entre ellas con hilos de

polipropileno altamente resistentes. En la figura 3.16 se observa las

características de este tipo de material (Degussa, 2004).

Figur a 3.16 Geomanta.

Fuente: DEGUSSA, 2004

3.11 GEOCOMPUESTO

En general los geocompuestos son combinaciones de geosintéticos; de un geosintético con un material natural, geogrillas y geomembranas; o geotextiles,

70

o alguno de estos con otro material (por ejemplo: algunos suelos, láminas de plástico deformado, cables de acero, etc.), que da resultado satisfactorio a un problema específico, logrando así un alto rendimiento y un menor costo. Los

geocompuestos,

combinan las diferentes funciones de los

geosinteticos. Los geotextiles le otorgan propiedades como: f iltración

y

protección, las geomembranas; impermeabilidad y l a s georedes; acción de drenaje y distribución de cargas. Estas últimas poseen una alta capacidad filtrante y drenante. Por consiguiente, esta combinación ofrece un sistema de filtro-drenaje-protección muy completo y eficiente. Existen diferentes tipos de geocompuestos, dependiendo de la combinación de geosinteticos (Piegari, 2005).

Geocompuesto Geored + Geotextil

Este geocompuesto tiene gran capacidad de filtrar y drenar, producido por la unión de la geored y geotextil (figura 3.17). El uso de las georedes, con su gran capacidad de drenar y distribuir cargas, y el geotextil para filtrar permiten un sistema fácil de instalar para: filtrar, drenar y proteger. La posibilidad de escoger diversas soluciones con los diferentes geocompuestos, con sus características únicas, permite una amplia selección para las necesidades de cada proyecto.

Geocompuesto Geomembrana + Geored + Geotextil

Este Geocompuesto es una combinación de una geomembrana y un geotextil. Esta combinación que tiene alta capacidad drenante y filtrante, ofrece un sistema completo impermeabilización.

de drenaje y protección, además de otorgar la condición de

71

Figura 3.17 Geocompuesto con núcleo de geored y envuelto en geotextil.


3.11.1 APLICACIONES

Entre las aplicaciones que le dan a los geosinteticos están: en recolección de lixiviados, drenajes para estructuras subterráneas, fundación de calles y carreteras, campos deportivos y en taludes reforzados.

Recolección de lixiviados

En estos caso es posible colocar un geocompuesto: Debajo de las geomembranas para protección mecánica de las mismas y para el drenaje de gases y líquidos presentes en el suelo; entre dos geomembranas como drenaje de perdidas eventuales en los sistemas a doble impermeabilización; encima de las geomembranas para protección mecánica y para drenaje de los lixiviados que se forman de residuos sólidos urbanos. Con los geocompuestos se ahorra mucho espacio dentro de los rellenos sanitarios y también se obtiene la posibilidad de levantar taludes mucho más verticales que con la forma tradicional.

Drenaje para estructur as s ubterráneas

Es necesario evitar la presencia de agua en las estructuras de muros en

72

contacto con el terreno natural, pues esto causa un rápido deterioro de la obra, con un aumento de los costos de mantenimiento y una reducción de la seguridad. Una solución posible es colocar entre el muro y el terreno un geocompuesto (geodren), que permite el drenaje del agua que se filtre a través de la superficie del terreno, constituyendo incluso un encofrado perdido para la construcción. Esto es especialmente útil en muros de contención, sótanos y estructuras subterráneas en general. La ventaja de usar los geocompuestos como drenes es que la acción filtrante del geotextil permite que el dren no se obstruya, haciendo que el funcionamiento de este sea excelente con reducidos costos de mantenimiento.

Fundación de calles y carreteras

Los geocompuestos actuando como separador entre dos diferentes materiales, evitan que estos materiales se mezclen, a la vez que previenen la acumulación de agua y mantienen el drenaje limpio.

Campos deportiv os

Colocado bajo la capa de terreno vegetal en jardines o canchas deportivas, el geocompuesto recoge y transporta el agua proveniente de lluvias y de irrigación en exceso, favoreciendo así el mantenimiento y funcionamiento de estos aun después de una lluvia importante.

Taludes reforzados

La interacción entre una geogrilla, encargada de soportar los esfuerzos de la presión del suelo, y un geotextil que retiene los finos del terreno, proveen una excelente solución para taludes.

73

Capítulo IV

SISTEMAS DE DRENAJES CON GEOSINTÉTICOS Y MATERIALES NATURALES

4.1

SISTEMA GEODREN

El sistema de drenaje geodren es una excelente alternativa para el manejo de los fluidos en un muro de contención. Es distribuido por la compañía Colombiana PAVCO, y está confeccionado en base a una combinación de dos geosinteticos (geotextil + geored). (Coval, 2006). Como se ha dicho en capítulos anteriores, un sistema de drenaje eficiente y estable es necesario que esté compuesto por un medio filtrante y otro drenante. En el sistema de drenaje con geodrén, la función de filtración (retener el suelo permitiendo el paso del agua), la desempeña el geotextil (tipo no tejido punzonado por agujas). Un medio drenante es el encargado de captar y conducir el agua que pasa a través del filtro, esta función es realizada por una geored. Para evacuar los fluidos captados por la geored, lleva incorporado en su parte inferior, un tubo de drenaje de PVC, con perforaciones. El sistema geodren ofrece múltiples usos más en obras de ingeniería, en los que cuentan: como

drenaje horizontal de plataformas, desmontes y bases de

terraplenes; en consolidación de terrenos blandos; como drenaje de losas de hormigón; en sistemas drenantes de laderas inestables; como drenaje de zonas ajardinadas e instalaciones deportivas.

74

Geored Geotextil

Geotextil

Tubo perforado PVC

Envoltura Tubo drenante.

Figura 4.1 Esquema sistema Geodren.

Fuente: Constructora Sergio Marín Ugas Ltda, 2007


Éste sistema ofrece un proceso

de captación continuada del agua. Se

reducen las presiones hidrostáticas, se evitan las filtraciones y la aparición de humedades. Las georredes correspondiente al núcleo drenante, son capaces de desaguar grandes cantidades de agua con un reducido espesor. Están formadas por dos hilos superpuestos de Polietileno de alta densidad que forman canales con alta capacidad de evacuación de agua, incluso cuando se colocan horizontalmente y se someten a grandes cargas. Las georredes llevan incorporadas dos geotextiles no tejidos, que actúan como elementos separadores, protectores, filtrantes de agua y anticontaminantes de finos, formando un solo producto llamado geocompuesto drenante o geodrén (figura 4.2). Los geotextiles son normalmente de Polipropileno (PP), aunque también existen productos con geotextiles de Poliéster (PET) o Polietileno de alta densidad (PEAD). Existen georredes drenantes que llevan

75

incorporado un film impermeable, con lo que la función impermeabilizante se suma a las ventajas anteriores.

Figur a 4.2 Geocompuesto, formado por Geored drenante + Geotextil.

Fuente: Coval, 2006


Se ubica en posición vertical a lo largo de toda la longitud y altura de la estructura contención, entre la interfase relleno/estructura. El agua presente en el suelo de relleno penetra rápidamente a través del geotextil, el cual retiene las partículas finas de suelo; luego ésta desciende por la geo-red hasta alcanzar la tubería de drenaje que se ubica en la parte inferior, donde la entrega a las descargas del sistema de drenaje. Esta acción es continua, evitando así que el agua se acumule en el suelo circundante al geodrén. Los datos del proyecto permiten hacer un diseño y definir los parámetros necesarios para determinar el tipo de geodrén a utilizar y el diámetro de la tubería perforada de drenaje que permite evacuar los fluidos captados por el sistema (Coval, 2006).

4.2

SISTEMA TERADRAIN

El sistema Teradrain de drenaje es un producto confeccionado por la industria Francesa de geotextiles Teragéos. Consiste en una combinación de geosintéticos con una red de minidrenes. En este sistema la función de filtración la ejerce también el geotextil tipo no tejido punzonado por agujas, pero la diferencia está en el medio drenante, que esta conformado por un núcleo de geomanta, más la combinación de tubos de PVC perforados con diámetro de 20 mm, que reciben el nombre de minidrenes. Estos minidrenes están dirigidos en la dirección del drenaje deseado,

77

que generalmente es hacia abajo en un muro de contención y están espaciados regularmente. Para eliminar el agua que conducen los minidrenes, se acompaña el sistema de un tubo colector de PVC en la parte inferior (Terageos, 2005). El sistema Teradrain de drenaje aparte de servir como drenaje para muros de contención tiene múltiples usos más, entre estos destacan: como retención en taludes, estabilización de deslizamientos de tierra, cubierta de vertederos, taludes de embalses, terraplenes, estructuras de suelo reforzado y pantalla de borde de carreteras. Geotextil

Minidrenes perforados y espaciados de PVC

Geomanta

Figura 4.4 Esquema sistema teradrain.

Fuente: Terageos, 2005


Ligero, flexible y suministrado en rollos, el sistema Teradrain es rápido y fácil de colocar cualquiera que sea el modelo seleccionado, con una relación costo/eficacia optimizada para todos los lugares de utilización. Una característica especial es el ensamblaje extraordinariamente rápido y fácil por encolado térmico

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mediante un simple soplete de aire caliente de fácil adquisición. Este encolado une firmemente las tiras entre sí y asegura un drenaje y un filtrado continuo.

a) Manguitos de conexión para unión de los minidrenes.

b) Unión de los paneles de geotextil. Figur a 4.5 Unión para formar un panel Teradrain continuo.

Fuente: Terageos, 2005.

La combinación de geosintéticos con minidrenes en un solo producto, resiste el relleno y el compactado de suelos. También los minidrenes en forma individual poseen una alta resistencia a la compresión del suelo durante largos periodos de tiempo. Otra característica de este sistema es su alta

flexibilidad en ambas

direcciones para adaptarse al contorno de la tierra.


Se instala en la parte posterior del muro de contención, en toda su longitud y altura. El agua contenida en el suelo de relleno es filtrada por los paneles geotextiles en cada cara del producto. Una vez dentro del panel, en la parte de drenaje del geotextil, el agua elige la trayectoria más fácil en la dirección con la mayor pérdida de

79

carga, es decir perpendicular a los minidrenes perforados. El agua fluye instantáneamente dentro de los minidrenes porque la pérdida de carga, como se demuestra en ensayos de laboratorio, es extremadamente baja. En 30 cm. se recoge el flujo máximo en los minidrenes. Las perforaciones en el fondo de las ranuras aseguran, entonces, condiciones de drenaje óptimas. Para eliminar el agua captada por los minidrenes, se coloca un tubo colector en la parte inferior del muro de contención (Terageos, 2005).

Figur a 4.6 Esquema funcionamiento sistema Teradrain.

Fuente: Elaboración propia, teniendo como baseTerageos, 2005.

80

4.3

SISTEMA MACDRAIN

El sistema MacDrain, es un producto confeccionado por la industria brasileña Maccaferri, y es distribuido en América latina por países como: Argentina, Perú, Costa rica y Brasil (Macaferri, 2006). El sistema MacDrain, está confeccionado también al igual que el sistema geodren, en base a una combinación de dos geosinteticos (geotextil no tejido punzonado por agujas y una geomanta). Un geocompuesto liviano y flexible para drenaje, cuyo núcleo drenante es constituido por una geomanta tridimensional con espesor de 10 o 18 mm. Esta geomanta es fabricada con filamentos de polipropileno o poliamida (nylon), con índice de vacíos aproximadamente con 95%. El núcleo es termosoldado a uno o dos geotextiles no tejidos de poliéster en todos los puntos de contacto. Los geotextiles sobresalen 10 cm. del núcleo a lo largo de los bordes longitudinales, para garantizar juntas continuas del sistema de drenaje. Para las traslapes en dirección transversal, se corta el núcleo y uno de los geotextiles (cuando haya dos), dejando sobresalir el otro 10 cm. El sistema de drenaje MacDrain, es utilizado también en otros sectores como son: en construcciones subterráneas, como encofrado perdido, en campos deportivos, en trincheras drenantes, en áreas de estacionamientos y patios, jardines y áreas verdes.

81

Geotextil Geomanta

Tubería perforada de drenaje

Figur a 4.7 Esquema sistema MacDrain.

Fuente: Macaferri, 2006.


El sistema MacDrain alivia el empuje hidrostático proporcionando mejores condiciones de estabilidad como también mejora el desempeño de los sistemas de impermeabilización,

evitando

las

indeseables

infiltraciones.

Debido

a

la

precomprensión de la geomanta durante el proceso de fabricación, el sistema MacDrain mantiene su alta capacidad de evacuación de la misma forma que cuando está instalado a grandes profundidades. Otras características importantes de este sistema son: tiene una elevada capacidad de evacuación, no es contaminante y resiste a los ataques químicos y biológicos, su forma crea un colchón de aire entre la estructura de contención y el suelo minimizando la transferencia de vibraciones durante la compactación del relleno, es liviano y de fácil manipulación e instalación.

.

82

Figur a 4.8 Geocompuesto, formado por Geomanta drenante + Geotextil.

Fuente: Macaferri, 2006


Se instala en posición vertical a lo largo de toda la longitud y altura de la estructura contención, entre la interfase relleno/estructura. Su funcionamiento es similar al sistema Geodren. El agua contenida en el suelo de relleno es filtrada por los paneles geotextiles en cada cara del producto. Una vez el agua dentro del panel es drenada por el núcleo, que está constituido por la geomanta. Al pie de la estructura de contención se encuentra el tubo colector, el cual es el encargado de recibir el agua drenada, para luego eliminarla por gravedad del sistema.

83

Figur a 4.9 Esquema funcionamiento sistema MacDrain.

Fuente: Elaboración propia, teniendo como base Macaferri, 2006.

4.4

SISTEMA EN BASE A MATERIALES GRANULARES

Consisten en zanjas rellenas de material drenante, adecuadamente compactado, en el fondo de las cuales generalmente se disponen tubos drenantes, (perforados, de material poroso, o con juntas abiertas), y que, normalmente tras un relleno localizado de tierras, se aíslan de las aguas superficiales por una capa impermeable que sella su parte superior. A veces se omiten los tubos de drenaje, en cuyo caso la parte inferior de la zanja queda completamente rellena de material

84

drenante, constituyendo un dren ciego o dren francés. En estos drenes el material que ocupa el centro de la zanja es piedra gruesa. Cuando exista peligro de migración del suelo, que rodea la zanja hacia el interior de la misma, se deberá disponer de un filtro normalmente geotextil, protegiendo el material drenante. Su ejecución incluye normalmente las siguientes operaciones: ejecución del lecho de asiento de la tubería y, en su caso, disposición del filtro geotextil; colocación de la tubería; colocación y compactación del material drenante; relleno de tierras de la parte superior de la zanja; impermeabilización de la parte superior de la zanja. Este tipo de drenaje también es utilizados en otros elementos estructurales como son: pilas de puentes y en estructuras de vías, que son afectados por la subpresion que ocasiona el escurrimiento superficial (Coval, 2001).


Los tubos drenantes que se emplean en este sistema son generalmente de hormigón en masa o armado, policloruro de vinilo, polietileno de alta densidad o cualquier otro material sancionado por la experiencia. En todo caso, los tubos utilizados deben ser fuertes, duraderos y libres de defectos, grietas y deformaciones. La superficie interior será razonablemente lisa para no mermar su capacidad de desagüe y sus generatrices serán rectas o tendrán la curvatura que les corresponda en los codos o piezas especiales. Las tuberías se tienden en sentido ascendente en toda la longitud de la zanja y con una pendiente nunca inferior al 0,5 %. (Coval, 2001). El material filtrante que se emplea esta constituido por: áridos naturales, o bien áridos procedentes del machaqueo y trituración de piedra de cantera o grava natural, o áridos artificiales. En todo caso estarán exentos de arcilla, margas y otros

85

materiales extraños. Su tamaño máximo no debe ser en ningún caso, superior a 76 mm y el cernido ponderal acumulado por el tamiz 0.080 no rebasará el 5 %. Cuando no sea posible encontrar un material que cumpla con dichos límites, podrá recurrirse a filtros granulares compuestos por varias capas, una de las cuales, la de material más grueso, se colocará junto al sistema de evacuación, y cumplirá las condiciones de filtro respecto a la siguiente, considerada como terreno, ésta, a su vez, las cumplirá respecto de la siguiente, y así, sucesivamente, hasta llegar al relleno o terreno natural. También se podrá asimismo recurrir al empleo de filtros geotextiles, como elemento de separación y filtro de este pliego.

Figur a 4.10 Características sistema en base a materiales granulares.

Fuente: Elaboración propia, teniendo como base Coval, 2001

86


El procedimiento de instalación es el siguiente: se excava una zanja 10 cm. más bajo del pie del muro y con un ancho no menor a 60 cm., a todo lo largo de la estructura, luego se rellena con material granular de 2 cm. (¾”) hasta 10 cm. de espesor, donde se coloca la tubería de drenaje perforada fijada con estacas, posteriormente se rellena con grava de 3,8 cm. (1½”) hasta 30 cm. sobre el lomo, culminando con una capa de 30 cm. de grava tamaño máximo de 7,5 cm. (3”) y el sello impermeable de arcilla. Si la tubería se coloca sobre un lecho de asiento impermeable, la zanja se rellena, a uno y otro lado de los tubos, con el material impermeable que se utilizó en su ejecución hasta llegar a cinco centímetros (5 cm.), por debajo del nivel más bajo de las perforaciones, en caso de que se empleen tubos perforados, o hasta la altura que marque el Proyecto si se usan tubos con juntas abiertas. Si se empleasen tubos porosos, el material impermeable se limitará estrictamente al lecho de asiento. A partir de las alturas indicadas, se proseguirá el relleno con material drenante hasta la cota fijada en el Proyecto. En el caso de que el lecho de asiento sea permeable, una vez colocada la tubería la zanja se rellena con material drenante. En el caso de una tubería de juntas abiertas dichas juntas deberán cerrarse en la zona de contacto con su lecho de asiento. Las operaciones de relleno se ejecutan con el mayor cuidado posible, para no dañar los tubos ni alterar su posición. En cuanto a la captación del agua contenida en el relleno, ésta ingresa al sistema por las capas del material pétreo depositadas, los cuales ejercen la función drenante. El agua acumulada es dirigida en forma inmediata y continua a la tubería perforada de descarga, la cual es la encargada de su expulsión (Coval, 2001).

87

Figura 4.11 Esquema de funcionamiento sistema drenaje en base a materiales granulares.

Fuente: Elaboración propia, teniendo como base Coval, 2001

4.5

SISTEMA EN BASE A MATERIALES GRANULARES CON BARBACANAS

Consiste en la construcción en la pared del muro de contención de huecos de drenaje espaciados regularmente. Estos orificios atraviesan transversalmente el muro y se realizan generalmente con tubos de PVC, donde eliminan en forma directa parte

88

del agua contenida en el relleno. Para que no se presenten taponamientos de los conductos se utiliza un material de filtro de acuerdo al tipo de suelo detrás del muro, normalmente un material granular (Berry, 1993). Este sistema de drenaje puede incluir también un subdren para la eliminación de las aguas subterráneas (que no eliminan las barbacanas), y parte del agua del relleno. El subdren lo conforma una zanja rellena de material drenante, adecuadamente compactado con un tubo drenante en su interior.


Las barbacanas normalmente tienen un diámetro de 75 mm y un espaciamiento no mayor de 1.5 metros horizontalmente y un metro verticalmente. La hilera más baja de las barbacanas debe estar aproximadamente a 30 centímetros por encima del pie del muro. El mejor relleno como es sabido para un muro de contención es un suelo sin cohesión y bien drenado. Si el relleno consiste en arena gruesa, es conveniente poner unas cuantas paladas de grava alrededor de las barbacanas, para que la arena taponé los agujeros (Das, 2001).

89

Figur a 4.12 Características sistema drenaje con barbacanas.

Fuente: Elaboración propia, teniendo como base Berry, 1993.


Las barbacanas se instalan a lo largo de toda la longitud y a la mitad o a un tercio de la altura de la estructura contención. Éstas por lo general van espaciadas regularmente. Su funcionamiento es sencillo, ya que el agua contenida en el relleno es filtrada por el material pétreo comprendido detrás de la estructura de contención y captada posteriormente por las barbacanas. El problema radica en que el agua

90

expulsada

por las barbacanas se deposita al pie del muro siendo esto muy

perjudicial para la fundación, por lo que se dispone generalmente de un canal que las transporta en forma gravitacional. El subdren en la parte posterior ayuda también a eliminar parte del agua contenida en el relleno, pero su función principal es eliminar las aguas subterráneas que no son captadas por las barbacanas (Coval, 2001).

Figura 4.13 Esquema de funcionamiento sistema de drenaje con ba rbacanas.

Fuente: Elaboración propia, teniendo como base Berry, 1993.

91

Capítulo V

DISEÑO DE SISTEMAS DE DRENAJ E CON GEOSINTÉTICOS

5.1


En el diseño de un sistema de drenaje para muros de contención usando geodren u otro de los métodos con geosintéticos vistos anteriormente, se deben considerar aspectos fundamentales, como lo son (Coval, 2006):

1.

Establecer el sitio o los sitios más convenientes en donde se requieran captar las aguas.

2.

Estimar el caudal crítico para un tramo de diseño, el cual es la sumatoria de los caudales de aporte que provienen del agua subterránea e infiltrada en forma superficial.

3.

Establecer el geotextil a usar en el sistema de filtración.

4.

Establecer el número de geo-redes necesarias que sean capaces de conducir el caudal de diseño.

5.

Establecer el sistema de descarga de los líquidos que capta el geodren. Es necesario que este sistema sea un tubo especial para drenaje.

92

5.2

ESTIMACIÓN ESTIMACIÓN DEL CAUDAL TOTAL DE DISEÑO DISEÑO

Estimar el caudal de aporte en estructuras de contención es un poco complejo. En el caso del caudal de infiltración que corresponde al caudal generado por las aguas lluvias, se utiliza para esto el método racional (Azevedo, 1976):

Q inf = = c x I X A

(5.1)

Donde: C: Coeficiente de escorrentía I: Intensidad de la lluvia máxima previsible para un periodo de retorno (mm/dia) A: Superficie cuenca aportadora (m2)

Se debe tener en cuenta que la intensidad de la precipitación máxima corresponde a la duración igual al tiempo de concentración. El tiempo de concentración es el tiempo de duración donde se produce la intensidad máxima de precipitación. Si se utiliza un tiempo menor no se alcanzará el caudal máximo necesario y si se utiliza un tiempo mayor la intensidad disminuye. Los datos correspondientes a la intensidad de precipitación se pueden obtener de los informes pluviométricos emitidos emitidos por las estaciones meteorológicas, meteorológicas, más cercanas a la zona del proyecto, las que se encuentran a lo largo de todo el territorio nacional. Con los datos proporcionados se confeccionan curvas IDF (Curva Intensidad – Duración – Frecuencia), de la zona del proyecto en cuestión, con diferentes periodos de retorno, donde con el tiempo de concentración calculado se obtiene la precipitación máxima. Tiempo de concentración se puede obtener mediante la formula de Kirpich.

Tc = 0,3(L / S 1/4)0.77

(5.2)

93

Donde: L: Longitud de recorrido del agua hasta el sistema de drenaje. S: Pendiente media de la cuenca aportadora.

La cuenca o superficie aportadora, abarca toda la superficie de terreno detrás del muro de contención donde el agua de lluvia escurre, transita o drena a través de una red de corrientes subterráneas que fluyen hacia el sistema de drenaje. En el caso de muros de contención construidos en zonas urbanas la superficie de la cuenca a considerar abarcará toda la zona del terreno donde según sus características (pendiente, relieves, etc), el agua precipitada pueda escurrir y llegar hasta el sistema de drenaje. Hay que tener presente que la superficie de la cuenca será de forma distinta o especifica para cada sector a analizar, según las características propias del terreno. El método racional es aplicable para cuencas con superficie 2,5 a 3 Km 2 (250 a 300 Ha), principalmente para muros de contención en carreteras, en zonas urbanas, rurales, etc. (Danosa, (Danosa, 2005). Para el caso del coeficiente de escorrentía, éste fluctúa entre 0,2 a 0,7, dato que es proporcionado por diferentes tablas encontradas en los textos de estudio. El coeficiente de escorrentía relaciona el agua que en una precipitación, parte de ésta escurre por la superficie y el agua el agua total precipitada. Por lo tanto, dependerá del tipo de superficie. Para obtener el caudal de las aguas subterráneas o nivel freático se efectúa en laboratorio y mediante la ley de Darcy, que contempla el flujo de agua en un medio poroso (Das, 2001): Q nf = = K x A x h/L Donde: K: Permeabilidad del suelo. A: Área muestra de suelo.

(5.3)

94

h: Altura del agua. L: Largo muestra de suelo.

Finalmente, se tiene que el caudal total de diseño a considerar será (Azevedo, 1976):

Q Td = Q inf + Q nf

(5.4)

Donde: Q Td: Caudal total de diseño en m 3/ seg.

5.3

SELECCIÓN DEL GEOTEXTIL

El geotextil en su función de filtro, evita una excesiva migración de partículas de suelo y simultáneamente permite el paso del agua, lo anterior implica que el geotextil debe tener una abertura aparente máxima adecuada para retener el el suelo, cumpliendo simultáneamente con un valor mínimo admisible de permeabilidad que permita el paso del flujo de una manera eficiente. Para llegar a la selección del geotextil no sólo hay que tener en cuenta lo anterior, sino además, otros factores importantes, como son: la resistencia a la colmatación, supervivencia y durabilidad, los cuales se explican a continuación (Pavco (Pavco S.A, 1999):

a) Colmatación. Es el resultado del taponamiento de algunos de los vacíos del

geotextil, debido a la penetración de partículas de suelo fino, con una incidencia en la reducción de la permeabilidad, por lo tanto, el geotextil a considerar deberá tener un número mínimo de vacíos o una alta porosidad.

95

b) Supervivencia. El geotextil debe tener valores mínimos de resistencia mecánica

con el objetivo que soporte las actividades de instalación y manipulación. Estas propiedades son: resistencia a la tensión, resistencia al punzonamiento, resistencia al estallido y resistencia al rasgado.

c) Durabilidad. Es la resistencia que debe tener un geotextil en el tiempo, ya sea por

ataque químico, biológico o por intemperismo.

5.4

EVALUACIÓN DEL GEOTEXTIL A USAR

Consiste en revisar, cual de los geotextiles satisface las características hidráulicas y mecánicas para un determinado diseño.

Criterio de retención

De acuerdo con lo establecido en “Geotexiles Engineering Manual” de la Federal Highway Administration (FHWA) y basados en los criterios de retención de Chistopher y Holz (1989), Carroll (1983), un geotextil debe cumplir con la siguiente condición:

TAA < D85 x B

(5.5)

Donde: TAA: Es el tamaño de abertura de los espacios libres (en milímetros), dato que es suministrado por el fabricante. Se obtiene tamizando unas esferas de vidrio de diámetros conocidos, cuando el 5% de un tamaño determinado de esferas pasa a través del geotextil, se define el D 95 o el TAA. Ensayo ASTM D4751.

96

D85: Tamaño de partículas (en milímetros). Cuando al tamizar un suelo pasa el 85% de éste. Este dato se obtiene de la curva granulométrica del suelo en consideración.

B: Coeficiente que varia entre 1 y 3. Depende del tipo de suelo a filtrar, de las condiciones de flujo y del tipo de geotextil.

Para arenas, arenas gravosas, arenas limosas y arenas arcillosas (Con menos de 50% que pasa el tamiz Nº 200), B es función del coeficiente de uniformidad Cu, de la siguiente manera:

Cu < 2 ó > 8: usar B = 1 2 < C u < 4: usar B = 0.5 x Cu 4 < Cu < 8: usar B = 8/Cu

Donde: Cu = D60 /D10

(5.6)

En suelos arenosos mal graduados usar B entre 1,5 y 2. Para suelos finos, (mas de 50% pasa el tamiz Nº 200), B es función del tipo de geotextil. Para geotextiles no tejidos punzonados por agujas usar B = 3. La AASHTO Task Force No 25 (1986), recomienda que los geotextiles mínimo deban cumplir:

TAA < 0.3 mm

(5.7)

97

Criterio de permeabilidad

El coeficiente de permeabilidad es la propiedad hidráulica por medio de la cual, el geotextil permite un adecuado paso de flujo perpendicular al plano del mismo; para revisar la permeabilidad del geotextil se debe tener en cuenta lo siguiente:

• Para condiciones de flujo estable o flujo laminar y suelos no dispersivos, con porcentajes de finos no mayores al 50%, y de acuerdo con el criterio de Schober y Teindl (1979); Water (1980); Carroll (1983); Christopher y Holtz (1985) y otros: Kg > K s

(5.8)

Donde: Kg: Permeabilidad del geotextil. Ks: Permeabilidad del suelo.

• Para condiciones de flujo crítico, altos gradientes hidráulicos y buscando un correcto desempeño a largo plazo reduciendo los riesgos de colmatación se recomienda usar el criterio de Carroll (1983); Chistopher y Holtz (1985):

Kg > 10 x Ks

(5.9)

En estas condiciones también se recomienda colocar una capa de arena media a gruesa.

Criterio de Colmatación

En aplicaciones críticas o en proyectos que involucren suelos muy finos se recomienda realizar ensayos de colmatación con los suelos del sitio; la norma que describe este ensayo es la ASTM 5101 – 90. Este criterio considera la posibilidad de

98

taparse algunos de sus vacíos debido a incrustaciones de partículas de suelo. Por lo tanto, el geotextil debe tener un número alto de espacios vacíos o una alta porosidad. Los geotextiles con una mayor resistencia a la colmatación, son los geotextiles no tejidos punzonados por agujas, en los cuales el riesgo a que se taponen gran parte de sus orificios es muy bajo debido al espesor que poseen y a los altos valores de porosidad que presentan. Los geotextiles no tejidos unidos por temperaturas o calandrados, son mucho más delgados y rígidos, razón por la cual se parecen en su comportamiento a los geotextiles tejidos. Los geotextiles tejidos tienen baja porosidad y el riesgo de colmatación muy alto, con la consecuencia de una pérdida súbita en la permeabilidad. Razón por la cual no se recomienda usar como filtros en sistemas de drenaje. De acuerdo con el criterio de Chistopher y Holtz, 1985; R. Koemer, 1990, los geotextiles usados como medios filtrantes deben tener una porosidad: > 50%.

Criterio de supervivencia

El geotextil en el proceso de instalación y a los largo de su vida útil puede estar sometido a unos esfuerzos, los cuales deben ser soportados por el mismo, de tal manera que no afecte drásticamente sus propiedades hidráulicas y físicas. Se evalúan todas las características mecánicas que tienen los posibles geotextiles a usar frente a las especificaciones según la norma AASHTO. En la tabla siguiente se presentan las propiedades mínimas que se deben cumplir.

99

Resistencia a Elongación Resistencia de la tensión % ASTMD la costura métod o

4632

ASTMD4632

Resistencia al punzonamiento

Resistencia al estallido

Resistencia al al rasgado

ASTMD4833

Mull en Burs t

t rapezoid al

Grab, ASTMD4632

ASTMD3786

N

Condiciones moderadas de instalación, con esfuerzos altos de contacto

700

N/A

ASTMD4533

N

N

Kpa

N

630

250

1300

250

Tabla 5.1.Propiedades mínimas que deben cumplir los geotextiles.


Con base en los criterios anteriores y comparando las especificaciones de los geotextiles, se verifica los geotextiles que cumplen estos criterios. La selección se hace considerando la técnica y que sea económicamente más conveniente.

Tasa de flujo

Se debe revisar la cantidad de flujo volumétrico que puede pasar por unidad de área (tasa de flujo) en el plano normal al geotextil. El caudal por metro cuadrado a evacuar será igual al caudal total de diseño dividido por la altura y el largo del muro de contención (Pavco S.A, 1999). Q m2 = Donde:

Q Td H x L

Q m2: Caudal por metro cuadrado a evacuar H: altura del muro de contención L: Largo del muro de contención

(5.10)

100

1.

Teniendo el caudal que se requiere pasar por el filtro por cada metro cuadrado, se calcula la tasa de flujo requerida del geotextil, que será también igual al caudal por metro cuadrado que se requiere evacuar.

TFrequerida = Q m2

2.

(5.11)

Se calcula la tasa de flujo disponible, la cual se obtiene de la tasa de flujo entregada por el fabricante (Norma ASTM D4491), dividida por los factores de seguridad correspondientes (Tabla Nº 5.2).

TFdisponible = TFfabricante / (FSCB x FSCR x FSIN x FSCC x FSBC)

Área

Colm ataci ón

Reduc ción d e los

Incl usión en l os

Taponami ento

Taponami ento

vacíos por “ Creep”

vacíos

químico

biológ ico

FSSCB

FSCR

FSIN

FSCC

FSBC

2,0 - 3,0

1,5 - 2,0

1,0 - 1,2

1,0 - 1,2

1,0 - 1,3

5,0 - 10 2,0 - 10

1,0 - 1,5 1,0 - 1,5

1,0 - 1,2 1,0 - 1,2

1,2 - 1,5 1,0 - 1,2

2,0 - 4,0 2,0 - 4,0

5,0 - 10

1,5 - 2,0

1,0 - 1,2

1,2 - 1,5

2,0 - 5,0

2,0 - 4,0 2,0 - 3,0

2,0 - 3,0 2,0 - 3,0

1,0 - 1,2 1,0 - 1,2

1,2 - 1,5 1,1 - 1,3

1,2 - 1,5 1,1 - 1,3

de aplicación

Filtros en espaldones de estructuras de contención Subdrenes Filtros de control de erosión Filtros en rellenos sanitarios Drenaje por gravedad Drenaje a presión

(5.12)

Tabla 5.2.Factores de Seguridad de Geotextil en drenajes.


3.

Se calcula un factor de seguridad. El cual será igual a la tasa de flujo disponible dividida por la tasa de flujo requerida. El factor de seguridad debe ser mayor que 1. FS = TF

/TFrequerida

(5.13)

101

Con base en lo anterior y comparando las especificaciones de los geotextiles, se selecciona el geotextil a utilizar, considerando parte técnica y que sea económicamente más conveniente.

5.5

SELECCIÓN DEL GEODREN

Se debe revisar el número de geo-redes necesarias y capaces de conducir el flujo en su plano. En la mayoría de los casos una sola geored es suficiente. Se revisa la cantidad de flujo volumétrico que puede pasar por unidad de área (transmisividad) en el plano de la geo-red (transmisividad q = k x t, donde k y t son la permeabilidad y el espesor de la geored), frente a la cantidad de flujo volumétrico a evacuar por metro cuadrado. Para lo cual se realiza el siguiente procedimiento (Coval, 2006):

1.

Teniendo el caudal que se requiere captar, es decir el caudal de diseño por metro cuadrado, se calcula la transmisividad requerida de la geo-red.

θ requerida = Q Td / H

(5.14)

2. Se calcula la transmisividad disponible, la cual se obtiene con base en el dato suministrado por el fabricante (Norma ASTM D4716), dividida por los factores de seguridad correspondiente. (Tabla Nº 5.3).

θ disponible = θ fabricante / (FSCR x FSIN x FSCC x FSBC)

(5.15)

102

Área de aplicación

Campos Deportivos Roturas capilares Muros de contención, taludes escarpados en roca ó suelo Colchones de drenaje Drenajes de agua superficial para coronas de relleno Colección de lixiviados secundarios (rellenos sanitarios) Colección de lixiviados primarios (rellenos sanitarios)

Colmatac ión

Reduc ción d e los vacíos por “ Creep”

Incl usión en l os vacíos

Tapon amiento químico

FSSC

FSCR

FSIN

FSCC

1,0 - 1,2

1,2 - 1,3

1,0 - 1,5 1,0 - 1,2

1,0 - 1,2 1,1 - 1,5

1,1 - 1,3 1,1 - 1,3

1,3 - 1,5

1,2 - 1,4

1,1 - 1,5

1,0 - 1,5

1,3 - 1,5

1,2 - 1,4

1,0 - 1,2

1,0 - 1,2

1,3 - 1,5

1,2 - 1,4

1,0 - 1,2

1,2 - 1,5

1,5 - 2,0

1,4 - 2,0

1,5 - 2,0

1,5 - 2,0

1,5 - 2,0

1,4 - 2,0

1,5 - 2,0

1,5 - 2,0

Tabla 5.3. Factores de Seguridad de Geo-redes en drenajes.


3.

Se calcula un factor de seguridad final. El cual debe ser mayor que 1, de no ser así se debe aumentar el número de geo-redes. Al aumentar el número de geo-redes, la transmisividad disponible se multiplica por el número de georedes que se tenga. FS = θ disponible / θ requerida

5.6

(5.16)

ELECCIÓN DEL SISTEMA DE CONDUCCIÓN DE LÍQUIDOS

Una vez que los fluidos son captados se deben evacuar. Para esto se utilizan tuberías perforadas y corrugadas de PVC, ya que son las indicadas para drenajes subterráneos.

Figura 5.1. Tuberías de drenaje, para sistemas con geosintéticos.

Fuente: Coval, 2006

103

En lo que respecta a su elección se deben revisar dos aspectos (Coval, 2006): 1.

Que el tubo tenga la capacidad de absorber o recibir el caudal de diseño por cada metro lineal. Esto es la capacidad que tiene el tubo de dejar entrar el agua en su interior a través de sus orificios o ranuras.

2.

Que el tubo tenga la capacidad de conducir la totalidad del caudal de diseño. Con respecto a los puntos anteriores, se debe revisar y posteriormente

comparar que los caudales total de diseño y a tubo lleno (que corresponde este último a la capacidad máxima a evacuar por el tubo elegido), se cumpla lo siguiente (Azevedo, 1976): Q Td < Q TLL

5.17

Donde: Q TLL: Caudal a tubo lleno m3/ seg. La estimación de caudal a tubo lleno se puede obtener haciendo uso de la ecuación de Manning, donde se asume un diámetro de tubería y se rectifica si cumple la siguiente igualdad:

Donde:

Q TLL = 1 x A x R2/3 x S1/2 n

(5.18)

n: Coeficiente de Maning. Para tubería perforada usualmente es 0.013. A: Área de la tubería asumida. R: Radio hidráulico. A/Pt (Sección tubería perforada / Perímetro total) S: Pendiente subdren.

Antes de efectuar el cálculo del Q

TLL,

se debe obtener primero la pendiente

que tendrá el subdren (S), que será necesaria para la evacuación gravitatoria de las aguas captadas. Para esto se deberá obtener la velocidad de flujo del agua,

104

mediante la ecuación de continuidad, y posteriormente efectuar la transformación de ésta en cm/seg, y con la ayuda del grafico velocidad de flujo v/s pendiente de subdren para una pendiente y un tamaño del agregado o relleno del subdren (figura 5.1), se obtendrá dicho valor. Q Td = V X A

(5.19)

Donde: V: Velocidad de flujo m3/ seg A: Área de la tubería asumida.

3.25 3 2.75

Agregado 12 mm (1/2”).

2.5

Agregado 19 mm (3/4”).

2.25

Agregado 25 mm (1”). Agregado 50 mm (2”).

2 1.75 1.5 1.25 1 0.75 0.5 0.25 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Grafico 5.1 Curva: Pendiente V/s Velocidad, según tamaño del agregado.

Fuente: Coval, 2006.

Si no se cumple la condición indicada (Q

Td

< Q

TLL),

se deberá aumentar la

sección de la tubería y efectuar nuevamente los cálculos. El diámetro de la tubería de drenaje definitiva será aquel que cumpla la condición.

105

Capítulo VI

INSTALACIÓN

Y

FUNCIONAMIENTO EN TERRENO

DEL SISTEMA GEODREN EN OBRA: “ CONSTRUCCIÓN MUROS DE CONTENCIÓN POBL. ANTONIO SAMORÉ” EN COYHAIQUE

6.1


Se ha considerado un proyecto de construcción de muros de contención por parte del SERVIU XI REGION DE AYSEN, correspondientes al PROGRAMA SANEAMIENTO DE POBLACIONES 2006. El proyecto incluye un sistema de drenaje geodren para los muros de contención (figura 6.1). La ubicación específica del proyecto a estudiar se encuentra en el sector alto de la ciudad, en los Pasajes: Monte Fitz Roy, La Frontera e Integración, con intersección en calles; Campo de hielo y Laguna del desierto. La empresa ejecutante de la obra fue la “Constructora Sergio Marín Ugas” de Coyhaique. El plazo de ejecución de la obra total contempló 180 días corridos. El proyecto se divide en tres sectores, que lo conforman cada pasaje. Los muros de contención se emplazan mayoritariamente en el deslinde posterior de cada sitio y también como muro divisorio en los sitios del sector 2 (figura 6.2). Los muros de contención correspondientes al deslinde posterior se ubican en sentido longitudinal, paralelo a cada pasaje de su sector y en forma escalonada, debido al desnivel que presenta el terreno. La altura de estos muros corresponde a 2,50 m, 3,00 m y 3,50 m. En el caso de los muros de contención divisorios la altura es de 1.50 m. A modo de resumen se detallan las partidas más significativas en lo que respecta a su construcción:

106

1.

Trazado de ejes. Se marca en terreno la ubicación de los cercos de acuerdo a

títulos de dominio correspondientes, ya que muchos cercos de encontraban emplazados fuera de la línea.

2.

Demoliciones y remociones. Se retiran todos los cercos, leñeras, juegos,

maquinarias, escombros y en general cualquier elemento que pudiera interferir con el perfil del proyecto.

3.

Movimiento de tierras. Se realizan movimientos de tierras considerando todas

las entibaciones y refuerzos con el fin de mantener la seguridad de las viviendas adyacentes.

4.

Construcción del Muro. Abarca las etapas de; emplantillado, colocación de

enfierradura fundación, moldaje y hormigonado; colocación enfierradura extensión muro, moldaje y hormigonado.

5.

Desmolde y Curado. Se efectúa un apropiado curado y desmolde de las obras.

6.

Drenaje. Consiste en la construcción de sistemas de subdrenaje, con geodrén

con tubería circular perforada para drenaje, en los sitios señalados en los planos del proyecto o indicados por el ITO.

7.

Rellenos. Se refiere a los materiales necesarios para rellenar el talud del muro

a ambos lados de éste.

8.

Cámaras de descargas. Se considera las obras para la construcción de las

descargas de drenes o geodrenes hacia puntos más bajos.

107

CS. xx,xxx

Figur a 6.1 Esquema de perfil tipo.

Fuente: Constructora Sergio Marín Ugas Ltda., 2007

Para obtener una idea de la estratigrafía del terreno donde se emplazan estas estructuras se efectuaron calicatas en los tres sectores a una profundidad de 1.50 m (ver anexo), obteniéndose como resultado un suelo grueso tipo arena gravosa, con forma de partículas subangulares y subredondeadas, humedad húmedo, y compacidad natural densa.

108

Figur a 6.2 Planta esquemática Proyecto “Construcción Muros de Contención Pobl. Antonio Samoré” de Coyhaique.

Fuente: Elaboración propia, basado en planos de obra Constructora Sergio Marín Ugas, 2007.

109

.

6.2

DETALL ES DEL SISTEMA ELEGIDO

Se utilizan para este proyecto geotextiles compuestos por filamentos de polímeros sintéticos, no tejidos, punzonados por agujas, dispuestos de manera uniforme. Los cuales deben tener capacidad para dejar pasar el agua, pero no partículas finas de suelo, y presentarán los siguientes requerimientos de propiedades mecánicas, hidráulicas y de filtración.

Requerimientos de propiedades mecánicas

Las propiedades de resistencia de los geotextiles dependen de los requerimientos de supervivencia y de las condiciones y procedimientos de instalación. Las propiedades corresponden a condiciones normales de instalación. PROPIEDAD

NORMA DE ENSAYO

Valor Mínimo Promedi o por Roll o (VMPR) (1)

(Elongación medida según ensayo INV E-901) Resistencia a la tensión (Grab) Resistencia al punzonamiento Resistencia al rasgado trapezoidal

INV E-901 INV E-902 INV E-903

Elongación > 50% (2) 500 N 250 N 200 N

Resistencia al Estallido (Mullen Burst)

INV E-904

1300 kPa

Tabla 6.1 Requerimientos mínimos de propiedades mecánicas del geotextil.

Fuente: Serviu Región de Aysen, 2007

(1)

Los valores numéricos de la Tabla corresponden al valor mínimo promedio por rollo (VMPR). El valor mínimo promedio por rollo, es el valor mínimo de los resultados de un muestreo de

ensayos de un proceso para dar conformidad a un lote que está bajo comprobación, el promedio de los resultados correspondientes de los ensayos practicados a cualquier rollo del lote que se está analizando, debe ser mayor o igual al valor presentado en esta especificación y corresponde a la traducción del nombre en Ingles “ Minimun Average Roll Value (MARV)”. Desde el punto de vista del productor, corresponde al valor promedio del lote menos dos (2) veces la desviación estándar de los valores de la producción.

110

(2)

La elongación > 50% hace referencia a los geotextiles no tejidos, medida según ensayo INV E-901.

Requerimientos de pr opiedades hid ráulicas y de filt ración

Estas propiedades se utilizan para los geotextiles que van a estar en contacto con el suelo permitiendo el paso del agua a un sistema de subdrenaje, reteniendo las partículas finas de suelo. La principal función del geotextil en las aplicaciones de subdrenaje es la filtración. La funcionalidad de los geotextiles depende de la gradación, la plasticidad y las condiciones hidráulicas del suelo aguas arriba del sitio. PROPIEDAD

NORMA DE

Valor Mínimo Promedio por Rollo (VMPR)

ENSAYO

Porcent aje de suelo pasa Tamiz No. 200 (0.075 mm) (3) < 15

Permitividad Tamaño de Abertura Aparente(4) Estabilidad Ultravioleta

INV E-905 INV E-907 INV E-910

15 a 50

>50

0.5 s-1 0.2 s-1 0.1 s-1 0.43 mm 0.25 mm 0.22 mm (Tamiz 40 (Tamiz 60 (Tamiz 70) 50% después de 500 horas de exposición

Tabla 6.2. Requerimientos mínimos de propiedades hidráulicas del geotextil


(3)

El porcentaje de suelo que pasa el tamiz No. 200 corresponde a la fracción de la granulometría (INV E-123) del suelo aguas arriba del geotextil.

(4)

Los valores del Tamaño de Abertura Aparente (TAA) representan el valor máximo promedio por rollo. Para suelos cohesivos con un índice de plasticidad mayor a 7, el valor máximo promedio por rollo de Tamaño de Abertura Aparente es 0.30 mm.

El Tamaño de Abertura Aparente (TAA) corresponde a la abertura de los espacios libres en milímetros del geotextil, con la equivalencia en el número de tamiz. El porcentaje de suelo que pasa el tamiz No.200 corresponde a la granulometría del suelo aguas arriba del geotextil. El análisis se hace de acuerdo con la granulometría para suelos finos.

111

El diseño de un filtro para subdrenaje se debe llevar a cabo teniendo en cuenta el caudal de infiltración, de abatimiento del nivel freático, el tipo de suelo aguas arriba y las propiedades mecánicas, hidráulicas y de filtración enunciadas anteriormente.

Geo-red d e drenaje

La geo-red es el medio poroso encargado de captar y conducir los fluidos que pasan a través del geotextil. Para la función de drenaje se usa una geo-red de polímeros. Este geosintético presentará las siguientes propiedades mecánicas e hidráulicas. PROPIEDAD

NORMA DE ENSAYO

VALOR MINIMO (VMPR)

Resistencia a la compresión Transmisividad

Espesor

ASTM D 1621 ASTM D 4716 Gradiente Hidráulico = 0.1 Presión = 100 kPa

950 kPa 1.0 * 10-4 m3/s/m

ASTM D 4716

5 mm

Tabla 6.3. Requerimientos mínimos propiedades mecánicas e hidráulicas de la geo-red.


Geodrén Planar

El Geodrén debe ser laminado con calor en ambas caras para facilitar el flujo hidráulico a través de su plano y aumentar el factor de seguridad contra la colmatación. PROPIEDAD

Resistencia a la delaminación

NORMA DE ENSAYO

ASTM D 413

VALOR MINIMO (VMPR) 1.3 Lbf/pulg

Tabla 6.4 Requerimientos mínimos de resistencia de la geo-red.


112

Tubería circular perforada para drenaje

La tubería es la encargada de conducir el fluido captado al exterior. La tubería deberá estar fabricada a partir de policloruro de vinilo o polietileno y deberá estar perforada para drenaje con diámetro circular de 110 mm ó 180 mm, dependiendo del caudal de diseño de cada sitio en particular. Las propiedades hidráulicas de las tuberías son:

PROPIEDAD

Área de drenaje Caudal para 1% de pendiente

VALOR Diámetro 65 mm 30 cm2/m 1000 cm3/s

Diámetro 110 mm 30 cm2/m 3700 cm3/s

Tabla 6.5 Requerimientos mínimos de propiedades hidráulicas de las tuberías.


6.3

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

Este trabajo consiste en la construcción de sistemas de subdrenaje, con geodrén con tubería circular perforada para drenaje, en los sitios señalados en los planos del proyecto o indicados por el ITO.

6.3.1 PREPARACIÓN DE LA FUNDACIÓN

El suelo de fundación se encuentra compactado con material de relleno estructural, a una profundidad de 0,30 m con una densidad del 95 % de la D.M.C.S. El ancho es variable ya que corresponde a la máxima dimensión exterior de la estructura de contención más un sobreancho de 0,50 m. a ambos lados de ella. Ésta dimensión varia por la altura del muro, según diseño estructural (tabla 6.6). Por lo

113

general, en la instalación de un sistema de subdrenaje longitudinal, se comienza con la ejecución de una trinchera. Para el caso de los muros de contención la excavación ya ésta realizada por lo que no se requiere abrir una mayor trinchera. Ésta deberá en lo posible estar perfilada, con la pendiente y profundidad indicada en los planos respectivos, para un correcto funcionamiento del sistema (figura 6.3). La zona donde se apoyará el sistema de sub-drenaje (o tubería de drenaje), deberá estar limpia, libre de escombros e impurezas, para un obtener un eficiente escurrimiento de las aguas.

Talud Corte Excavación Muro contención. Cara Exter

Cara interior Impermeabilización Asfáltica.

Terreno Natural Ubicación Tubería Drenaje. Suelo fundación con material de relleno compactado.

Figur a 6.3 Características excavación para sistema de drenaje.

Fuente: Elaboración propia basado en planos de obra Constructora Sergio Marín Ugas, 2007.

H H = 2,50 m H = 3,00 m H = 3,50 m

A 1,15 1,35 1,55

h 0,25 0,25 0,30

e 0,25 0,25 0,30

Tabla 6.6 Dimensiones sección muros de contención, según altura.

Fuente: Elaboración propia, en base a planos Constructora Sergio Marín Ugas, 2007.

114

6.3.2 CONSTRUCCIÓN SISTEMA DE DRENAJE

Antes de comenzar con la construcción del sistema, se aplica una mano de pintura impermeabilizante en toda la superficie del espaldón de la estructura de contención, con el fin de evitar posibles deterioros de material (acero), con el tiempo por la precensia de la humedad transmitida por el suelo contenido. La construcción del sistema es prefabricada, por lo que se ejecuta fuera de la trinchera, en un lugar más o menos amplio . Para esto se efectúa la siguiente metodología:

1.

Se obtiene la longitud del geocompuesto a utilizar. La dimensión a considerar será: la altura del muro + el ancho de la zapata + la altura de la zapata + envoltura de la tubería.

2.

El rollo de geocompuesto es extendido en una superficie horizontal, donde es dimensionado y cortado posteriormente, utilizando para esto un cortapapel.

3.

La tubería de drenaje es cortada, y cuya dimensión será el ancho del rollo de geocompuesto más 50 cm por lado, los cuales se consideran para efectuar las uniones de continuidad una vez instalado.

4.

En un extremo del geocompuesto cortado se ubica la tubería de drenaje. Ésta es envuelta en toda su longitud por el geocompuesto y fijada con amarras por medio de alambre nº 14. Para la fijación se efectúan amarras cada 1 m.

115

6.3.3 COLOCACIÓN DEL GEODREN

El sistema confeccionado se instala en contrapendiente para asegurar en tiempo de invierno, la fácil evacuación del agua a los sitios finales de disposición indicados en los planos. Para su colocación y fijación se procede de la siguiente forma: 1.

Se transporta el conjunto hacia la trinchera.

2.

El geodren es colocado a lo largo de toda la longitud y altura del muro (parte posterior),

incluyendo

la

zapata.

Para

esto

se

utilizan

cuatro personas (dada sus grandes dimensiones), ayudados de

mínimo

escaleras o

andamios. 3.

Se ancla el geodren a la pared de tal forma que no se vaya a deslizar, conservando de esta forma todos los parámetros de diseño. Se debe cuidar que quede bien extendido para el posterior traslapado con las demás piezas. Para la fijación se utilizan clavos concreteros de 1½”, los cuales se colocan a 1 cm del borde y los restantes a una distancia de 50 cm.

4.

El extremo del geodren que contiene la tubería drenante queda apoyada en toda su longitud en el suelo de fundación. Los traslapos de geocompuesto deberán tener una longitud mínima de 60 cm,

para evitar la intrusión de material entre los paneles.

116

Clavos para concreto fijan el geodren a la pared.

Traslapo de geodrenes, irá uno por debajo del otro.

Unión de tuberías de drenaje, se cubre con el geocompuesto Tubería drenante se apoya en suelo fundación.

Figura 6.4 Detalles a considerar en la colocación del Geodren.

Fuente: Elaboración propia, en base a planos Constructora Sergio Marín Ugas, 2007.

6.3.4 COLOCACIÓN TUBERIAS DE EVACUACIÓN

Las tuberías de evacuación de líquidos corresponden a las de tipo perforada que incluye el geodren (con un diámetro de 110 mm), y la tipo lisas de PVC (con diámetros de 180 mm y 250 mm). La tubería perforada del Geodrén capta las aguas drenadas por la geored. Se ubica en toda la longitud del borde de la zapata y el suelo de fundación de la estructura de contención principal y de los muros de contención divisorios (solo en sector 2). Para esto se efectúan ensambles. Los accesorios utilizados para el ensamblaje del sistema corresponden a los comúnmente empleados en tuberías de PVC (con los correspondientes diámetros especificados). Se utilizan: coplas para mantener la continuidad; codos y extensiones en el caso de los escalones de muros;

117

tee y codos también

en unión con los tubos lisos de PVC ø 180 mm, correspondiente

a cada punto de evacuación de aguas. Cada unión efectuada se envuelve con geocompuesto y se amarra con alambre, evitando de esta manera que se introduzca material y tape las perforaciones de la tubería drenante. Los tubos lisos de PVC con ø 180 mm son los encargados de evacuar las aguas provenientes del geodren, en dirección hacia las cámaras de inspección. Se ubican en sentido perpendicular al muro de contención principal. Los tubos lisos de PVC con ø 250 mm dirigen las aguas descargadas en las cámaras de inspección y hacia una cámara sumidero, donde se hará la descarga final. Se ubican en sentido longitudinal y paralelo al eje de la calzada del pasaje respectivo, específicamente en la acera, conectando cada cámara de inspección. Los materiales para tubos de PVC se ajustan a las disposiciones de la Norma NCH815 Of.71. Las obras de excavación se ejecutan de acuerdo con lo establecido en la sección 5.302 del Manual de Carreteras Volumen Nº 5 (MC-V5). Los tubos se extienden en una zanja excavada de acuerdo a las pendientes y perfiles establecidos por la Inspección Técnica. El fondo de la excavación se compacta hasta lograr una profundidad de 0,30 m. una densidad del 95 % de la D.M.C.S.

6.3.5 COLOCACIÓN DEL MATERIAL DE RELLENO

El material de relleno a colocar detrás del muro como talud debe ser por lo general no heladizo, de preferencia un material apropiado es la grava o arena compactada hasta formar un triángulo con el talud natural del suelo. El material de relleno debe cumplir con un máximo absoluto de 3" y C.B.R igual o mayor de 10 % al 95 % de la D.M.C.S. según NCH-1534-II y no deberá ser orgánico. Lo importante es que el material se pueda acomodar y compactar fácilmente. Y para su colocación no

118

deberá presentar vacíos que generen deformidad en los materiales que se colocan sobre la excavación. Según los estudios de suelo realizados, el material extraído puede ser utilizado como relleno ya que cumple con los requisitos establecidos, para esto se sigue el siguiente procedimiento:

1.

El material proveniente de la excavación se coloca en capas sucesivas de espesor máximo 0,30 m.

2.

Cada capa es totalmente compactada mediante placa mecánica, hasta alcanzar la altura indicada en los planos.

Para efectos del buen funcionamiento del sistema de drenaje se debe tener en cuenta la permeabilidad del material de relleno, ya que de esto depende la velocidad de respuesta del sistema

6.4

FUNCIONAMIENTO SISTEMA DE DRENAJE

El proyecto en general contempla la separación de tres sectores, donde la metodología de instalación y funcionamiento del sistema es la misma. La diferencia radica en que cada sector posee un diseño propio de evacuación de los líquidos, adecuado a las condiciones del proyecto, ya que se contempla la construcción de muros de contención en forma distinta para cada sector. Cada sector posee una cámara sumidero de descarga final, que los hace independiente. El funcionamiento del sistema geodren en sí se explicó en el capitulo IV, 4.1. Lo que se explicará a continuación corresponde a la dinámica de evacuación de los líquidos captados por el sistema. Donde su principal metodología de funcionamiento es

119

de forma gravitacional, por lo que las pendientes juegan un papel importante en la eliminación de los líquidos. Como pendiente mínima para el escurrimiento se considera un 0.5%, que es la que se exige en las tuberías de evacuación de aguas lluvias.

6.4.1 SISTEMA EVACUACIÓN DE LIQUIDOS

Sector 1

Contempla la construcción de muros de contención solo en algunos puntos del deslinde posterior, ya que la mayor parte de los sitios ya los poseía de un proyecto anterior. Los muros de contención existentes (tramo E-H), poseen un sistema de drenaje similar al proyectado (también tipo geodren), donde incluye para la evacuación de los líquidos 5 cámaras de inspección (en calle Monte Fitz Roy), más 1 cámara sumidero de descarga final (en calle Laguna del desierto). Por lo que los tramos F-G y H-I (muros de contención proyectados en esta zona), solo deberán empalmarse al geodren existente. Se utilizan para los empalmes también accesorios de PVC. El tramo A-E comprende solo muros de contención proyectados (a excepción del tramo C-D donde hay una discontinuidad, ya que existe una vivienda). La metodología a seguir es, primero se definen los puntos de cambio de dirección del escurrimiento o puntos de evacuación en el geodren, según las condiciones del terreno (puntos B y D). Cada punto de evacuación descargará a las cámaras de inspección (cámara de inspección Nº 1 y Nº 2 respectivamente), que se ubican por conveniencia en puntos más bajos (en acera, lado Sur calle Monte Fitz Roy). La dirección del escurrimiento de las aguas en el geodren, como las pendientes de cada

120

tramo, se adecua para que tengan salidas en los puntos de evacuación definidos. La evacuación se hace mediante tubos de PVC ø 180 mm, que conectan los puntos de evacuación con las cámaras de inspección. Las cámaras de inspección se ubican en sentido descendente una de otra (siguiendo el nivel del terreno), y se conectan entre sí (al igual que las cámaras de inspección existentes), mediante tubos de PVC ø 250 mm. Su función es recibir las aguas evacuadas del sistema y además efectuar el cambio de dirección del escurrimiento, para transportarlo en una en una sola dirección hacia la cámara de inspección existente Nº 5 (para esto se debe empalmar el sistema de cámaras de inspección proyectadas, al sistema de cámaras existentes), la cual será la encargada de dirigir las aguas hacia la descarga final que se hará en la cámara sumidero existente, ubicada en la esquina opuesta a la cámara de inspección existente Nº 5, pero por calle Laguna del desierto. La conexión de la cámara de inspección existente Nº 5 a la cámara sumidero existente, se hace también con tubo PVC ø 250 mm.

121

* Geodrén proyectado i = -1%

Sentido escurrimiento de aguas Proyectado. Sentido escurrimiento de aguas Existente. Figur a 6.5 Planta esquemática Sistema evacuación de aguas Sector 1.


122

a) Empalme de tramo H-I con geodren existente.

b) Empalme con geodren existente y evacuación tramo D-E

123

Figur a 6.6 Detalles de empalmes y metodología en evacuación de aguas sector 1.


Sector 2

Corresponde a unos de los sectores con mayor cantidad de metros lineales de geodren, ya que se proyectaron muros de contención de forma continua en el deslinde posterior de estos sitios más los muros divisorios de cada vivienda ubicada en el Pje. Frontera. Para la evacuación de los líquidos y ubicación de las cámaras de inspección se definen primero los puntos de evacuación, que serán todas las intersecciones de los muros de contención divisorios con los muros de contención posteriores. Sin embargo, a diferencia del sector anterior las evacuaciones no serán con tuberías

124

lisas de PVC ø 180 mm (a excepción del tramo C-D donde existe una vivienda), sino que se empalma con el geodren que también lleva incorporado los muros de contención divisorios. La dirección del escurrimiento de geodren de muro de contención posterior seguirá el nivel descendente del terreno, sin embargo en el tramo G-I la dirección del escurrimiento deberá cambiar para evacuar en el punto G. Los puntos B, E, F y G serán los puntos de evacuación, los cuales a través del geodren de los muros divisorios evacuaran a las cámaras de inspección Nº 1, Nº 3, Nº 4 y Nº 5 respectivamente. En el punto C, la evacuación será mediante un tubo de PVC ø 180 mm, (debido a que estos sitios no contemplan según proyecto muros de contención). Al igual que el diseño de evacuación de las aguas del sector 1, las cámaras de inspección se ubican en los puntos bajos (en acera, lado sur Pje Frontera), y en dirección descendente. Éstas cámaras se conectan entre sí, también mediante tubos de PVC ø 250 mm. La cámara de inspección Nº 6 será la ultima en recibir las aguas provenientes de las otras cámaras, y por lo tanto será la encargada de efectuar la descarga final hacia la cámara sumidero, ubicada en la esquina opuesta a la cámara de inspección Nº 6, pero por calle Laguna del desierto. La conexión de la cámara de inspección Nº 6 a la cámara sumidero, se hace también con tubo PVC ø 250 mm.

125

Figur a 6.7 6.7 Planta esquemática Sistema evacuación de aguas Sector 2.

Fuente: Fuente: Elaboración propia basado en planos pl anos de obra Constructora Sergio Marín Ugas, 2007.

126

a) Evacuación de aguas en puntos B, B , E, F y G

b) Evacuación de aguas tramo G-I

127

Figur a 6.8 6.8 Detalles metodología en evacuación de aguas sector 2.

Fuente: Elaboración propia basado en planos pl anos de obra Constructora Sergio Marín Ugas, 2007.

Sector Sector 3

En este sector solo se construyeron muros de contención en el deslinde posterior de estos sitios. Sin embargo se presentaron zonas donde el sistema geodren pierde su continuidad, como lo es en el caso de los tramos C-D, E-F (donde existen viviendas) y

G-H, J-K (donde existen muros de bloques), en que no

contempla la construcción de muro de contención según el proyecto. En cuanto a la evacuación del sistema geodren en las otras zonas, se sigue la misma metodología

128

de los sectores anteriores. Primero se definen los puntos de evacuación según las condiciones del terreno. Los puntos de evacuación serán: B, E, G e I, los que conectan a las cámaras de inspección Nº 1, Nº 2, Nº 3 y Nº 4 respectivamente, mediante tubos de PVC ø 180 mm. Estas cámaras de inspección se ubican igualmente en los puntos bajos (en acera, lado sur Pje Integración), en forma descendente y se conectan entre sí mediante tubos PVC ø 250 mm. Cada cámara recibe y dirige las aguas evacuadas a la cámara siguiente, donde la ultima receptora será la cámara de inspección Nº 4 y por consiguiente será la encargada de dirigir las aguas a la descarga final en la cámara sumidero, ubicada en la esquina opuesta a la cámara de inspección Nº 4, pero por calle Laguna del desierto. La conexión de la cámara de inspección Nº 4 a la cámara sumidero, se hace también con tubo PVC ø 250 mm.

129

Figur a 6.9 Planta esquemática Sistema evacuación de aguas Sector 3.


130

Figura 6.10 Detalles metodología en evacuación de aguas sector 3.


131

Capítulo VII

ESTUDIO TÉCNICO – ÉCONOMICO COMPARATIVO ENTRE SISTEMAS DE DRENAJE CON GEOSINTÉTICO Y MATERIAL NATURAL

7.1

SISTEMA DE DRENAJE CON GEODREN

Para realizar el estudio de precios en lo que respecta a la instalación de este sistema de drenaje en obra, se considerará los muros de contención correspondientes al

proyecto “Construcción muros de contención Pbl. Antonio

Samoré” en Coyhaique (Capitulo VI, fig. 6.3 y tabla 6.6). En lo que respecta a la instalación del sistema será la misma realizada en el proyecto, Se efectuará un análisis de precios unitarios del sistema Geodrén instalado por metro lineal de muro de contención, para posteriormente obtener el presupuesto total también por metro lineal, correspondiente a cada muro de contención.

DRENAJE CON SISTEMA GEODREN, Muro contención H = 2.50 m Especificación

1. Materiales Geocompuesto Tubería drenaje corrugada PVC Φ110 mm Clavos Concreteros 11/2" Alambre Nº 14 2. Mano de Obra Jornales 3. Leyes Sociales Costo Unitari o 4. Gastos Generales y Utilidad Precio Unitario Neto 5. IVA PRESUPUESTO TOTAL

(ML)

Unidad

Cantidad

P. Unitario

Total

m2 ml Un. Kg

3,7 1 24 0,015

3500 2092 10 1349

12950 2092 240 20

H/d %

0,0625 27

12000 750

750 203 16255 4877 21132 4015 25147

$

%

30 $

%

19 $

132


1. Materiales Geocompuesto Tubería drenaje corrugada PVC Φ110 mm Clavos Concreteros 11/2" Alambre Nº 14 2. Mano de Obra Jornales 3. Leyes Sociales Costo Unitari o 4. Gastos Generales y Utilidad Precio Unitario Neto 5. IVA PRESUPUESTO TOTAL

Unidad

Cantidad

P. Unitario

Total

m2 ml Un. Kg

4,4 1 27 0,015

3500 2092 10 1349

15400 2092 270 20

H/d %

0,083 27

12000 996

996 269 19047 5714 24761 4705 29466

$

%

30 $

%

19 $


1. Materiales Geocompuesto Tubería drenaje corrugada PVC Φ110 mm Clavos Concreteros 11/2" Alambre Nº 14 2. Mano de Obra Jornales 3. Leyes Sociales Co sto Un it ari o $ 4. Gastos Generales y Utilidad Precio Unitario Neto 5. IVA PRESUPUESTO TOTAL

7.2

(ML)

(ML)

Unidad

Cantidad

P. Unitario

Total

m2 ml Kg Kg

5,1 1 30 0,015

3500 2092 10 1349

17850 2092 300 20

H/d %

0,104 27

12000 1248

1248 337 21847 6554 28401 5396 33797

$

%

30 $

%

19 $

SISTEMA DE DRENAJE CON MATERIAL NATURAL

En el estudio de precios de instalación de este sistema en obra y a modo de comparación posterior, se considera también los muros de contención del proyecto “Construcción muros de contención Pbl. Antonio Samoré” en Coyhaique (Capitulo VI fig. 6.3 y tabla 6.6). En lo que respecta a la instalación se considerará como lo indica la figura 7.1.

133

Figura 7.1 Dimensiones a considerar de drenaje granular en instalación.

Fuente: Elaboración propia basado en planos de obra. Constructora Sergio Marín Ugas, 2007.

Se efectúa un análisis de precios unitarios por metro lineal de instalación de este sistema, para posteriormente obtener el presupuesto total también por metro lineal correspondiente a su aplicación en cada muro de contención.

DRENAJE CON MATERIAL GRANULAR , Muro contención H = 2.50 m Especificación 1. Materiales Grava11/2" Tubería drenaje PVC Φ110 mm Placa Compactadora 2. Mano de Obra Jornales 3. Leyes Sociales Costo Unitari o 4. Gastos Generales y Utilidad Precio Unitario Neto 5. IVA PRESUPUESTO TOTAL

Unidad

Cantidad

P. Unitario

Total

m3 ml HM/d

0,995 1 0,167

8403 3242 12605

8361 3242 2105

H/d %

0,167 27

12000 2004

2004 541 16253 4496 20749 3942 24691

$

%

30 $

%

19 $

(ML)

134


Unidad

Cantidad

P. Unitario

Total

m3 ml HM/d

1,205 1 0,189

8403 3242 12605

10126 3242 2382

H/d %

0,189 27

12000 2268

2268 612 18630 5158 23788 4247 28035

$

%

30 $

%

19 $


7.3

Unidad

Cantidad

P. Unitario

Total

m3 ml HM/d

1,415 1 0,208

8403 3242 12605

11890 3242 2622

H/d %

0,208 27

12000 2496

2496 674 20924 5819 26743 4791 31534

$

%

30 $

%

19 $

(ML)

(ML)

GRÁFICO COMPARACIÓN DE COSTOS

El grafico que se muestra a continuación considera el presupuesto total de la instalación por metro lineal de cada uno de estos sistemas de drenaje en los muros de contención respectivos.

135

SISTEMA DRENAJE GEODREN V/S SISTEMA DRENAJE CON MATERIAL GRANULAR 35000 30000 25000

$

20000

SISTEMA DRENAJE CON MATERIAL GRANULAR SISTEMA DRENAJE GEODREN

15000 10000 5000 0 2,5

3

3,5

ALTURA MURO (m)

Gráfico 7.1 Sistema de drenaje geodren v/s sistema de drenaje con material granular.

Fuente: Elaboración propia basada en tablas de costos de sistemas de drenaje por metro lineal.

7.4

COMPARACIÓN SISTEMAS DE DRENAJES EN BASE A: GEOSINTÉTICOS CON MATERIALES NATURALES

El uso de sistemas de drenajes con geosintéticos ha venido desplazando los sistemas antiguos de drenaje con materiales naturales en muros de contención, debido principalmente a las determinantes ventajas que posee y que se busca en un sistema de drenaje, como lo son: el aumento de la vida útil del sistema de drenaje, la facilidad y reducción en el tiempo de instalación y en general por ser un sistema técnicamente eficiente. El aumento de la vida útil del sistema es un factor muy importante ya que, esta directamente relacionado con el aumento de vida útil de la estructura de contención y los geosintéticos son materiales de alta calidad que se fabrican para ser utilizados en obras de geotécnica. Los sistemas de drenajes diseñados con geosintéticos se deben su aumento mayor en vida útil a que el geotextil que los conforma contribuye

136

con la protección del sistema, permitiendo el paso del agua en forma continua. En el caso de los sistemas de drenajes con material granular su vida útil es limitada ya que el material granular que filtra el agua durante cierto periodo de tiempo termina contaminado debido principalmente al material fino que arrastra el agua, provocando esto que el proceso de filtración sea deficiente. En el caso del sistema de drenaje con barbacanas su dificultad radica también en la obstrucción de los orificios, ya que son taponeados con material fino, y en consecuencia el caudal a eliminar será menor. Si bien la instalación de cada sistema de drenaje es fácil de ejecutar ya que no se requiere de mano de obra calificada, el tiempo de instalación de un sistema de drenaje confeccionado con geosintético es menor, ya que son elementos prefabricados, donde lo único que se necesita es cortar las dimensiones del geocompuesto a usar, agregar la tubería drenante y posteriormente efectuar la instalación en el sitio requerido. Los sistemas de drenaje con material granular en cambio involucran tiempo en cuanto al traslado de los áridos al sitio requerido, la colocación se realiza en capas y donde cada una estas deberá ser además compactada. Un sistema de drenaje con geosintéticos y un buen diseño es sin lugar a duda, un aporte fundamental en la calidad de dichas obras, ya que el exceso de agua en algunos suelos, especialmente los de grano fino afecta los parámetros de resistencia, susceptibilidad en los cambios volumétricos y los mecanismos de transmisión de presiones aplicadas al muro y estos sistemas están diseñados para captar, conducir y evacuar los fluidos de una manera rápida, que se mantendrá durante toda su vida útil. Los sistemas de drenaje con material granular si bien también contribuyen a solucionar los problemas presentados, eliminando grandes caudales, sin embargo, esto será hasta cierto periodo de tiempo, ya que su vida útil es menor debido a los problemas que se presentan en su parte técnica, como lo es en el proceso de filtración y esto conlleva posteriormente a que el caudal a evacuar diminuya, trayendo

137

consigo acumulaciones de agua en el relleno y precensia de humedad afectando a la estructura en general y a los materiales que la conforman. En lo que respecta a los costos de instalación de estos sistemas, se puede observar del gráfico anterior de comparación de costos, que un sistema de drenaje con geosintéticos su costo es un tanto mayor, del orden de un 4,70% en comparación con un sistema de drenaje granular. Sin embargo, hay que considerar que el tiempo necesario para la instalación de un sistema de drenaje con geosintético será menor; Por lo tanto, se podrá ganar tiempo efectuando otras actividades en obra.

138

Capítulo VIII

8.1

CONCLUSIONES

CONCLUSIONES

Los sistemas de drenajes son elementos primordiales en los muros de contención ya que un factor importante a considerar en el diseño de una estructura de contención es el agua. La presencia de agua como resultado de napas freáticas, lluvias u otras condiciones de humedad, provocan que el material de relleno detrás del muro de contención resulte saturado, trayendo consigo un aumento de la presión hidrostática y por consiguiente, un gran efecto sobre la magnitud de las fuerzas de empuje activo aplicadas sobre el muro que lo pueden llevar al colapso. Los sistemas de drenajes ayudan a disminuir la presión total que soporta la estructura ya que reducen la presión hidrostática, y disminuyen el tiempo de contacto del agua con la estructura, que de no ser así, seria también muy perjudicial para los materiales que la conforman, disminuyendo su vida útil. Si bien hace años atrás los drenajes de muros de contención en base a materiales naturales eran prioridad, hoy en día ya no lo son, debido principalmente a la aparición de nuevos sistemas de drenajes como son los confeccionados con geosintéticos, que ofrecen un aumento mayor de su vida útil y la facilidad y reducción en los tiempos para su instalación, ya que son productos prefabricados. Aunque el costo total de instalación en obra de los sistemas de drenaje con geosintético es mayor en un 4.70%, que un sistema con drenaje granular, sin embargo, la calidad, su parte técnica; en lo respecta al manejo de los fluidos, la facilidad y reducción en los tiempos para su instalación, hacen que sean preferidos. Los sistemas de drenaje con material granular también pueden eliminar caudales importantes de agua captadas, pero su vida útil es menor, ya que su parte técnica específicamente la función de filtración, se verá afectada después de transcurrido cierto periodo de tiempo, el

139

material granular resultará contaminado por el material fino que arrastrará el agua, obstruyendo el libre paso de ésta, provocando que el caudal captado por la tubería de drenaje sea menor y por consiguiente la evacuación será mínima. Los diferentes sistemas de drenajes con geosintéticos expuestos, su diferencia radican en el diseño de su estructura, específicamente en el núcleo drenante del geocompuesto, el cual le confiere características específicas a un diseño en particular, que serán necesarias a la hora de efectuar una selección ya que de esto dependerá las condiciones que se presenten en el terreno. En el caso del sistema Geodrén el núcleo drenante del geocompuesto lo conforma una geored, cuya función de diseño esta completamente dentro del área de drenaje. La geored le confiere a este sistema una elevada capacidad drenante bajo cualquier carga ya que además posee elevada resistencia a las presiones de tierra (superior a 600 KPa). Es un sistema ideal para su utilización en muros con alturas considerables (más de 15 m aprox.), y lugares donde se requiera manejar caudales importantes por presencia de napas freáticas abundantes y en zonas que presenten climas lluviosos y en invierno con precensia de nieve y escarcha. En el caso del sistema Macdrain el núcleo drenante del geocompuesto lo conforma una geomanta, cuyo diseño esta completamente relacionado con la protección y vegetación de taludes sujetos a erosión superficial. La geomanta no es un producto cuya función principal sea el drenaje como el caso de la geored, por lo que su capacidad drenante es menor. Sin embargo, este sistema es utilizado también en muros con alturas considerables (hasta 15 m). Pero en sectores donde los caudales a manejar sean menores. En el caso del sistema sistema Teradrain el núcleo drenante lo conforman una geomanta y tubos minidrenes de PVC. La integración de los minidrenes le confiere una mayor capacidad drenante con una velocidad mayor de entrega a la tubería de drenaje, siendo ideal también al igual que el sistema Geodrén para muros de contención con alturas considerables (más de 15

m aprox.), sectores con napas freáticas freáticas

140

abundantes y zonas con climas lluviosos, y en invierno con precensia de nieve y escarcha o donde se deseé manejar caudales importantes. Para que cada uno de estos sistemas de drenaje con geosintéticos posea un buen funcionamiento durante su vida útil de servicio, se debe tener en cuenta la permeabilidad del material de relleno a colocar detrás del muro de contención, ya que de esto dependerá la velocidad de respuesta del sistema, siendo los más indicados para esta función los suelos gruesos. También deberá contar con salidas o entregas ubicadas a distancias adecuadas, para evitar la excesiva acumulación de agua dentro del núcleo del drenaje. En el Proyecto “Construcción de muros de contención Pbl. Antonio Samoré” de Coyhaique, queda de manifiesto la facilidad en cuanto a la construcción e instalación en terreno de un sistema de drenaje con geosintéticos, como es el caso del sistema Geodrén. Donde los tiempos de ejecución de esta actividad se reducen, pudiendo realizar otras actividades, y disminuyendo, por lo tanto, los plazos de duración total de la obra. El sistema Geodrén o Teradrain eran uno de los productos más indicados para su utilización en esta obra, si bien la altura de los muros no era un factor principal donde las presiones transmitidas al geocompuesto no serian importantes, ni el caudal aportado por la precensia de napas freáticas, si embargo, el clima era un factor muy importante, ya que la ciudad de Coyhaique presenta un clima con lluvias durante todo el año y en invierno con precensia de nieve y escarcha, por lo tanto, el caudal de aporte a considerar seria importante.

141

ANEXOS

142

PROPIEDADES DE GEOTEXTILES Y

Anexo: A

TUBERÍA DRENANTE

A.1

GEOTEXTIL TIPO NO TEJIDO

PROPIEDAD Método Grab. •Resistenci a a la Tensió n.

NORMA

ASTM D-4632

•Elongación ASTM

Punzonami ento

D-4833

Resistencia al Rasgado

ASTM

Trapezoidal

D-4533

Método Mullen Burst • Resistenc ia al Estalli do

ASTM D-3786

Tamaño de Aber tur a

ASTM

Apar ente

D-4751

Permeabilidad

ASTM D-4491

NT

NT

1400 1600 1800 2000 3000

4000

5000

6000

7000

N (lb)

380 (85) > 50 210 (47)

420 500 620 800 (95) (112) (139) (180) > 50 > 50 > 50 > 50 240 270 360 460 (54) (61) (81) (103)

1100 1300 1500 1800 450 (147) (292) (337) (404) (101) > 50 > 50 > 50 > 50 > 50 620 700 820 1050 (139) (157) (184) (236) 240 (54)

520 (117) > 50 270 (61)

N (lb)

150 (34)

200 (45)

320 (72)

430 (97)

530 590 700 (119) (133) (157) 170 (38)

195 (44)

1030 1205 1590 1870 2210 (139) (175) (230) (270) (320)

2560 (370)

3250 3460 4840 (470) (500) (700)

1450 (210)

kPa (psi)

0,25 (No.Tami z) (60) 46 X 102 cm/s mm

Retención de Asf alto

TEXAS DOT3099

Tipo de polímero

Fabricante

Rollo Área

NT

240 (54)

NT

280 (63)

NT

REPAV REPAV 400

1100 (159)

450

0,25 (60)

0,18 0,15 0,15 (80) (100) (100)

0,125 0,125 0,125 0,125 (120) (120) (120) (120) 0.21(70)

0,18 (80)

45 x 102

40 x 102

41 x 102

44 x 102

39 x 102

36 x 102

26 x 102

21 x 102

35 x 102

41 x 102

s -1

3,40

3,20

2,70 2,00

1,80

1,50

1,30

0,80

0,60

3,00

2,50

mm

1,35

1,40

1,50

2,00

2,40

2,60

2,80

3,25

3,40

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

NA

1,40 1,10 0,24

1,40 1,30 0,29

PP 3,5 3,8

PP 3,5 3,8

PP 3,5 3,8

PP 3,5 3,8

PP 3,5 3,8

PP 3,5 3,8

PP 3,5 3,8

PP 3,5 3,8

PP 3,5 3,8

PP 3,8

PP 3,8

Medido

140 490 532

120 420 456

150 525 570

130 455 494

100 350 380

120 420 456

100 350 380

90 315 342

80 280 304

2

l/m (gal/yd 2) m m

Rollo Largo

NT

ASTM D-5199

Rollo Ancho

NT

N (lb)

NT

ASTM D-4491

Espesor

NT

%

*Resistenc ia al

Permitividad

UNIDAD

Medido Calculado

m m

2

m2 Filtración Drenaje Separación Estabilización Refuerzo Repavimentación

Tabla A.1 Características geotextiles no tejidos para su selección.


180 684

150 570

143

A.2

GEOTEXTIL TIPO TEJIDO PROPIEDAD

Método Grab •Resistenci a a la Tensión.

NORMA

UNIDAD

T 1050

T 1400

T 1700

T 2100

T 2400

ASTM D-4632

N (lb) %

630 (142) 17

800 (180) 16

1050 (236) 15

1300 (292) 17

1550 (348) 18

ASTM

13 11 18 12

24 17 31 13 600 (135)

31 19 37 14 730 (1649

35 23 45 15

385 (87)

24 17 24 12 550 (124)

800(189)

N (lb)

230 (52)

260 (58)

350 (79)

440 (99)

530 (119)

2170 (315)

3170 (460)

3650 (530)

4270 (620)

4820 (700)

•Elongación Método Tir a Ancha •Sentido Longit udinal •Elongación

D-4595

kN/m %

•Sentido Transv ersal •Elongación

ASTM D-4595

kN/m %

Resistenc ia al Punzonamiento

ASTM D-4833

N (lb)

Resistenc ia al

ASTM

RasgadoTrapezoi dal

D-4533

Método Mullen Burst

ASTM

• Resistenc ia al Estalli do

D-3786

kPa (psi)

Tamaño de Abertu ra

ASTM

mm (No.

Apar ente

D-4751

Tamiz)

0,21 (70)

0,25 (60)

-2

-2

-2

1.1 X 10-2 0.8 X 10-2

1.8 X 10

-1

0,15

0,30

0,25

0,15

0,10

mm

0,40

0,60

0,65

0,75

0,80

PP

PP

PP

PP

PP

ASTM D-4491

cm/s

Perm it ivi dad

ASTM D-4491

s

Espesor

ASTM D-5199 Fabricante

1.6 X 10

0,25 (60) 0,18 (80)

0.6 X 10

Permeabilidad

Tipo de polímero

0,25 (60)

Rollo Ancho

Medido

m

3,85

3,85

3,85

3,85

3,85

Rollo Largo

Medido

m

200

160

120

100

100

770

616

462

385

385

Rollo Área

Calculado

m

2

Filtración Drenaje Separación Estabilización Refuerzo

Tabla A.2 Características geotextiles tejidos para su selección.


144

A.3

TUBO CORRUGADO PERFORADO PARA EVACUACIÓN

Figura A.1 Detalle tubería drenante.

Nomenclatura

DNE: Diámetro nominal del tubo. de : Diámetro exterior del tubo. LT : Longitud del rollo. h

: Altura de cresta.

e2 : Espesor en cresta. e3 : Espesor en el valle. X

: Ancho de orificio de drenaje.

Y

: Alto de orificio de drenaje.

n

: Número de orificios por valle.

DIAMETROS

ESPESORES e2

DIMENSIONES ESTRUCTURALES

DNE

de

e3

(mm)

Min. (mm)

Máx. (mm)

Min. (mm)

Máx. (mm)

110

109,4

110,4

0,5

0,7

0,6

180

179,10

180,50

0,55

0,80

0,65

LT

Min. Máx. (mm) (mm)

h

X

Y

Min. (mm)

Máx. Min. (mm) (mm)

Máx. (mm)

0,85

100

3,55

1,35

1,65

0,90

50

4,78

1,35

Tabla A.3 Características tubería drenante.


n

Min. Máx. (mm) (mm) 5,5

1,65 5,50

AD Prom. (mm2/mm)

6,5

8,00

6946

6,50

8,00

5402

145

DETALLES EN “ CONSTRUCCIÓN DE MUROS DE

Anexo: B

CONTENCIÓN POBL. ANTONIO SAMORÉ”

B.1

DE

COYHAIQUE

ESTUDIO DE SUELO

Estudio general realizado por SERVIU REGION DE AYSEN, correspondiente a cada sector donde se emplazaron los muros de contención.

B.1.1 SECTOR 1

Calicata: Nº 1 Ubicación específica: Pje. Monte Fitz Roy, casa nº 3225

ESTRATIGRAFIA

Nº 1

HORIZONTE (m) Desde Hasta

Descripción del suelo

0.00

Grava arenosa, tamaño máximo 3”, color café oscuro, olor térreo, plasticidad ninguna, forma de las partículas subangulares y subredondeadas, humedad húmedo, compacidad natural densa, estructura vesicular, materia orgánica mediana con presencia de raicillas. Nivel freático No detectado.

1.20

146

ANALISIS GRANULOMETRICO PROFUNDIDAD ( DESDE - HASTA ) Granulometría NCH - 165 % Que pasa en Peso Tamiz en Pulg. 4" 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 3/8" N° 4 N° 10 N° 40 N° 200 Límites de Atterberg Límite Líquido (%) Índice de Plasticidad (%) Humedad natural (%) Clasificación Símbolo AASHTO Símbolo U.S.C.S

(0,00 - 1,20)m.

100 70 61 51 42 35 24 14 23 N.P. 12.7 A - 1a GM

B.1.2 SECTOR 2

Calicata: Nº 1 Ubicación específica: Pje. La frontera, casa nº 3436

ESTRATIGRAFIA Nº



1

0.00

Grava arenosa de tamaño máximo 1 ½”, color café claro, olor ninguno, plasticidad ninguna, forma de las partículas subangulares y subredondeadas, humedad húmedo, compacidad natural densa, estructura homogénea, materia orgánica sin indicios.

1.20

Nivel freático No detectado .

147

ANALISIS GRANULOMETRICO PROFUNDIDAD ( DESDE - HASTA ) Granulometría NCH - 165 % Que pasa en Peso Tamiz en Pulg. 4" 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 3/8" N° 4 N° 10 N° 40 N° 200 Límites de Atterberg Límite Líquido (%) Índice de Plasticidad (%) Humedad natural (%) Clasificación Símbolo AASHTO Símbolo U.S.C.S

(0,00 - 1,20)m.

100 95 80 50 29 22 13 7 20 N.P. 10,2 A - 1a GW-GM

B.1.3 SECTOR 3

Calicata: Nº 1 Ubicación específica: Pje. Integración, casa nº 3331

ESTRATIGRAFIA Nº



1

0.00

Arena gravosa, tamaño máximo 4”, color café oscuro, olor orgánico, plasticidad baja, forma de las partículas subangulares y subredondeadas, humedad húmedo, compacidad natural densa, estructura vesicular, materia orgánica mediana con presencia de raicillas.

1.20

Nivel freático No detectado.

148

ANALISIS GRANULOMETRICO

PROFUNDIDAD ( DESDE - HASTA ) Granulometría NCH - 165 % Que pasa en Peso Tamiz en Pulg. 4" 3" 2 1/2" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 3/8" N° 4 N° 10 N° 40 N° 200 Límites de Atterberg Límite Líquido (%) Índice de Plasticidad (%) Humedad natural (%) Clasificación Símbolo AASHTO Símbolo U.S.C.S

B.2

(0,00 - 1,20)m.

100 84 81 64 54 47 32 19 21 N.P. 15,2 A - 1a SM

DETALLE CÁMARAS DE INSPECCIÓN

PLANTA

CORTE TUBO PVC ø 180 mm.

0.20

0.80

5 1 @ 8 ø M

0.20

TUBO PVC ø 250mm.

5 1 @ 8 ø M TUBO PVC ø180mm.

TUBO PVC ø 250mm.

TUBO PVC ø 250mm.

Tapa Tipo HGe-1 (0.80 x 0.80) 5 3 . 0

TUBO PVC ø 250mm.

0.10 0.15

0 3 . 0

0.80

E L B A I R A V

5 1 . 0

0.15

EMPLANTILLADO H-5 e:8cm. 0.10

Figura B.1 Cámara de inspección, con descarga tubo PVC ø 180 mm.

149

PLANTA

CORTE TUBO PVC GEODREN ø 110 mm.

0.20

5 1 @ 8 ø M

0.20

0.80

TUBO PVC ø 250mm.

5 1 @ 8 ø M

TUBO PVC GEODREN ø110mm.

TUBO PVC ø 250mm.

TUBO PVC ø 250mm.

Tapa Tipo HGe-1 (0.80 x 0.80)

5 3 . 0

TUBO PVC ø 250mm.

0.10 0.15

0 3 . 0

5 1 . 0

0.15

0.80

E L B A I R A V

EMPLANTILLADO H-5 e:8cm. 0.10

Figura B.2 Cámara de inspección, con descarga de Geodren.

CORTE

PLANTA 0.20

0.80

0.20

NIVEL DE ACERAS

Tapa Tipo HGe-1 (0.80 x 0.80)

REGILLA METALICA

CALZADA TUBO PVC ø 250mm. Tapa Tipo HGe-1 (0.80 x 0.80) REGILLA TIPO 45-9-R

0 5 . 0

5 1 @ 8 ø M

HORMIGON H-20 5 1 @ 8 ø M 0 3 . 0

MARCO DE REGILLA 1.03

Figura B.3 Cámara Sumidero, descarga final.

TUBO PVC ø 250mm.

EMPLANTILLADO H-5 e=0.1

E L B A I R A V

150

REFERENCIAS

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