03.04.00 MURO DE CONTENCION DE SUELO REFORZADO MEDIANTE GEOCELDAS
Las geoceldas son sistemas de confinamiento celular de suelos, conformadas por paneles de polietileno dispuesto en forma de tiras. Estas tiras están unidas por soldadura y conforman secciones extremadamente fuertes, que al expandirse adoptan la configuración "panal de abejas". Este sistema amplía o mejora la capacidad del material de relleno para un amplio rango de aplicaciones, utilizando los principios de confinamiento. Los materiales de relleno confinados, se comportan sustancialmente mejor comparándolos con aquellos materiales no confinados. La geocelda toma el concepto de confinamiento en dos dimensiones largo y anc!o y lo extiende con una tercera dimensión profundidad. Este confinamiento #ertical
y
!orizontal en la profundidad del estrato base representa un salto cualitati#o en la tecnología de estabilización
y
tiene un gran efecto sobre el costo efecti#o de su
aplicación en t$rminos de largo plazo. En el caso de las geoceldas, existen dos tipos de estructuras geot$cnicas en las cuales se pueden utilizar% una de estas estructuras tiene el comportamiento de muro de gra#edad, mientras que la otra se comporta como una estructura de suelo reforzado propiamente, como se puede #er en las figuras &&.'( y &).'*, respecti#amente.
Figura 03.17 MURO DE GRAVEDAD DE CEOCELDAS Figura 03.18 MURO DE SUELO REFORZADO CON GEOCELDAS
El
proceso de dise+o de este tipo de estructura es similar al descrito anteriormente, el procedimiento de cálculo se puede di#idir en ) etapas
•
Estabilidad Externa.
•
Estabilidad -nterna.
•
Estabilidad Local.
ANALISIS DE ESTABILIDAD ETERNA
03.04.1
En esta etapa, se tendrá que considerar los siguientes modos potenciales de falla, tal como se muestra en la igura &).'/.
•
0esplazamiento 1orizontal.
•
2otación.
•
3apacidad de 3arga.
4ara
ello es necesario seguir los siguientes pasos
!a"#
1$
D%&%r'i(a)i*( +%, )#%-i)i%(&% +% %'u/% +% &i%rra" a.
•
4ara el caso de muros de gra#edad, se utiliza la 5eoría de 3oulomb, para la determinación del coeficiente de empuje acti#o Ka:
6ota.7 4ara casos de
análisis de secciones indi#iduales de geoceldas, se tiene que asumir e8,9:.
*
4ara el caso de muros de suelo reforzado, se utiliza la 5eoría de 2an;ine, para poder !allar
donde <=,
9 ángulo de la cara interior del muro con respecto a la #ertical. d ángulo de fricción entre el suelo y el muro, b ángulo con respecto a la !orizontal de la superficie del terreno retenido.
!a"# 2$ D%&%r'i(a)i*( +% ,a" -u%ra" +%, &%rr%(# u% a)&5a( %( ia %"&a6i,i+a+ %&%r(a.
*
4ara el caso de muros de gra#edad, la altura 1 es la altura total de las capas de geolceldas apiladas una encima de otra.
4ara el caso de muros de suelo reforzado, la altura que se considera es 1?! la cual corresponde a la altura posterior a la del suelo reforzado% además el coeficiente de empuje del terreno
!. 9 & A +9:r A ;< 9 =- 7eos -i !. > ?99@< 9 =9 )a"-i
donde
4, fuerza debido al empuje del terreno retenido. 4. fuerza debido a una carga uniformemente repartida. 4,7 fuerza !orizontal debido al terreno retenido. 4LB fuerza #ertical debido al terreno retenido. 4q7 fuerza !orizontal debido a carga uniformemente repartida. 4qif fuerza #ertical debido a carga uniformemente repartida. gr peso específico del suelo retenido, q carga uniformemente repartida sobre el muro. 1 altura del muro. ! altura de la superficie del suelo retenido sobre el refuerzo. !a"# 3$ D%&%r'i(a)i*( +%, %"# +%i 'ur# ara ia r%"i"&%()ia ai +%",aa'i%(&#.
*
4ara muros de gra#edad, se considera el peso total de todas las capas apiladas de geoceldas, más el peso del suelo que se encuentra sobre el talón de la cimentación más la sobrecarga muerta aplicada el muro. > jff 7 3.C.7 fp.D 7 < 9 7 lanC7 :i > 9 2 9LT&
F!ora, p ara cG, H &% 1r 9 r
•
4ara el caso de los
muros de suelo reforzado, el peso que se considera para fines de la resistencia al desplazamiento, será el de toda la estructura incluyendo la zona desuelo reforzado.
donde I,Ir peso del muro. EC., base del muro. >f ángulo con respecto a la #ertical de la cara exterior del muro. g ángulo defricción del suelo de relleno. Ls longitud de la componente !orizontal de la cara interior del muro. L longitud adicional del refuerzo. !a"# 4$ D%&%r'i(a)i*( +%i Fa)&#r +% S%guri+a+ ai D%",aa'i%(&#.
Este factor de seguridad es el correspondiente a la resistencia que ejerce la estructura a desplazarse a lo largo de su base debido a los empujes ejercidos por las fuerzas externas% en la igura &).'/ se muestra el mecanismo de esta falla. El actor de Jeguridad al 0esplazamiento JG deberá de ser mayor a '.D JgK8'.D, para que un dise+o se pueda considerar un dise+o como aceptable.
•
En la determinación de este factor de seguridad para muros de gra#edad, para el desplazamiento a lo largo de la base >, se tendrá que considerar el menor #alor deiji oCf.
*
En lo que se refiere a los muros de suelo reforzado, la resistencia al desplazamiento es pro#ista tambi$n en la base a lo largo de la toda longitud de la zona de retuerzo L% usando el menor #alor de <)>,, O 4 . 1
6ota.7 4ara fines ilustrati#os, en ambos casos se !a utilizado el #alor de donde JG factor de seguridad contra deslizamiento, t ángulo defricciMn del suelo de cimentación. 3f co!esión del suelo de cimentación. !a"# $ D%&%r'i(a)i*( +%, Fa)&#r +% S%guri+a+ a, Vu%,)#. Este factor depende de las
fuerzas que actMan sobre la estructura, las cuales generan momentos resistentes y momentos actuantes% estos Mltimos son los que tienden a #olcar a la estructura, mientras que los momentos resistentes e#itan el #uelco. 4ara fines de dise+o se recomienda que el actor de Jeguridad al Buelco JC, sea mayor a N.& OJP=8N para un dise+o óptimo.
donde Jo, factor de seguridad contra el #uelco.
En el caso de muras de suelo reforzado, los momentos tambi$n tienen como punto de rotación el extremo exterior de la base% la base a considerar tiene una longitud L, que corresponde a la longitud del refuerzo de geosint$ticotal y como se muestra en la igura &).'*. *
!a"# $ D%&%r'i(a)i*( +%, Fa)&#r +% S%guri+a+ a ,a Caa)i+a+ +% Carga FS&) 4ara 1
4ara el caso de los muros de gra#edad, los momentos se consideran teniendo como punto de rotación el extremo exterior de la base > como se puede #er en la igura &).'(.
obtener este factor de seguridad simplemente se realiza la comparación entre la capacidad de carga Mltima del terreno y los esfuerzos aplicados al terreno por la estructura. La capacidad Mltma del terreno se !alla mediante los procedimientos con#encionales de la mecánica de suelos o mediante ensayos de campo% mientras que para determinar los esfuerzos aplicados, se tendrá que usar el m$todo conser#ador de Qeyer!of para distribución de cargas. 3on fines de dise+o, este factor de seguridad tendrá que ser mayor a N.& JC8N.& para muras de gra#edad, mientras que para muros de suelos reforzados este tendrá que ser mayor a N.D Jb8N.D, para lograr un dise+o aceptable.
donde Jbc factor de seguridad contra la capacidad de carga. ANA LISIS DE ESTABILIDAD INTERNA
En el caso de la estabilidad interna, en este tipo de estructuras se tendrá que considerar los siguientes modos de falla mostrados en la figura &).N&.
•
0eslizamiento interno.
•
Buelco interno.
•
0ise+o de los refuerzos.
•
2esistencia de cada capa de refuerzo.
•
atiga.
•
!a"#
Fnclaje de cada capa.
1$
D%&%r'i(a)i*( +%, Fa)&#r +% S%guri+a+ a, D%",aa'i%(&# I(&%r(# JsR.
Este análisis es muy similar al del desplazamiento externo #isto anteriormente, excepto que la superficie de falla ocurre entre capas, o a menor altura que la altura total 1. Esta es una forma de #erificar que la disminución del anc!o de las capas sean los correctos conforme exista más altura, en el caso de los muros de gra#edad% mientras que en los muros de suelo reforzado, asegura qu
eel incremento de la separación de los refuerzos de geosintáticos en las capas superiores, no cree una superficie de desplazamiento más crítica que aquella resultado de considerar la altura total de la estructura #er 4aso @, Estabilidad Externa. :eneralmente este factor deberá de ser mayor que '.D J, 8'.D para un dise+o aceptable.
*
*
4ara muros de gra#edad, se determina las cargas laterales aplicadas, para cada incremento de altura del muro, 1i. Este incremento se mide desde la parte superior del muro !asta cada capa de geocelda analizada% luego se comprueba la resistencia al deslizamiento de cada capa considerando una base > para cada una, como se puede #er en la igura &).'(. En el caso de los muros de suelo reforzado, se realiza el mismo procedimiento que en los muros de gra#edad a excepción que la base de desplazamiento para cada capa será tal y como se muestra en la igura &).'*.
!a"# 2$ D%&%r'i(a)i*( +%, Fa)&#r +% S%guri+a+ +% Vu%,)# I(&%r(# Jcí. Este
se !alla para cada incremento de altura 1i, usando una base > para cada capa de geocelda, como se puede #er en la igura &).&*. Este #alor de JC JbC.S tendrá que ser mayor que N.& para que se de por aceptado el dise+o.
4ara el caso de muros de gra#edad, se tiene que !allar los momentos que actMan sobre la estructura con respecto al talón exterior de la base% para esto se tiene que considerar una base *
> para cada capa de geocelda de altura 1K, como se puede #er en la igura &).'(. En lo que respecta a muros de gra#edad, con este Mltimo paso concluye el dise+o de la estructura de contención% los siguientes pasos descritos a continuación sólo son aplicables al dise+o de muros de suelo reforzado. !a"# 3$ D%&%r'i(a)i*( +%i +i"%# +% ,#" r%-u%r#" +% g%#"i(&H&i)#".
Este consiste en !allar la uerza de 2esistencia en la Longitud inal de 0ise+o L50J y un coeficiente de interacción 3i. Los datos de la resistencia a los esfuerzos de los refuerzos de geosint$ticoson dados de fábrica% entonces el procedimiento para !allar el esfuerzo L50J incluye la determinación de los siguientes factores de seguridad ' falla porfatiga o creep, N da+os en construcción, ) durabilidad química, @ durabilidad biclógca y D otros factores. !a"# 4$ D%&%r'i(a)i*( +% ,a r%"i"&%()ia a ,a" )arga" a,i)a+a" a )a+a )aa +% g%#"i(&H&i)# +% r%-u%r#. Esto se refiere a los
esfuerzos laterales que la estructura tendrá que resistir para ser internamente estable. En este caso se !allará un coeficiente de empuje
laterales en los refuerzos con la resistencia a la tensión de los *
4ara !allar el espaciamiento #ertical de cada refuerzo, se considerará el área tributaria Fc para cada capa de refuerzo, esta área es aquella entre los puntos medios de la distancia que existe entre cada capa de refuerzo. La fuerza aplicada para cada
capa de refuerzo g, será igual al esfuerzo lateral aplicado en la distancia 0 entre puntos medios del área tributaria, como se muestra en la siguiente ecuación
refuerzos.. 4ara estructuras peque+as y sin importancia este #alor de Jte deberá de ser mayor a la unidad J7C8'.&% mientras que para estructuras más importantes este deberá de ser mayor a '.N J'cra8'.N, para que se dó por aceptado un dise+o. Este factor de seguridad esta definido como
*
El J,C podría ser calculado para cada capa de geosintótico en el dise+o de refuerzo propuesto espaciamiento #ertical para muros de suelo reforzado.
4aso $ D%&%r'i(a)i*( +%, Fa)&#r +% S%guri+a+ a, A(),a/% FSC ara )a+a )aa. Este factor de seguridad #erifica que los esfuerzos laterales transmitidos al suelo a tra#$s de los refuerzos., no sean superiores a la capacidad de anclaje del terreno. Este factor de seguridad Jof tendrá que ser mayor a '.D JT)8'.D para que se de por óptimo el dise+o. Je calcula de la siguiente forma
La capacidad de anclaje F3 para cada refuerzo, puede ser calculada teniendo en cuenta las propiedades de anclaje del terreno o co!esión 3 , la cual se aplica en toda la longitud de anclaje del refuerzo Ly en una profundidad d, al punto medio de la longitud de anclaje% esto se puede #er en la siguiente ecuación
03.04.2
ANA LISIS DE ESTABIL IDAD L O CAL
Los análisis de estabilidad local para los modos de falla mostrados en la igura &).N', se realizan para tener la seguridad de que la cara exterior
de geoceldas y el suelo reforzado mediante geosint$ticos, formen una sola estructura. !a"# 1$ D%&%r'i(a)i*( +%, Fa)&#r +% S%guri+a+ #r Fa,,a +% C#(%i*( FS E ste factor de seguridad se refiere a la unión que !ay
entre el refuerzo de geosint$tico y la cara de geoceldas. El esfuerzo de conexión 3C, generalmente es !allado mediante ensayos de laboratorio en modelos a escala. En sistemas de geoceldas, generalmente basados en suelos granulares, la conexión predominantemente es de característica friccionante, es por eso que puede ser calculada con cierto grado de certeza% para un dise+o aceptable el factor de seguridad Jcs OJcs8'.D deberá ser mayor a '.D, el cual se tendrá que calcular para cada conexión entre la geocelda y la capa de refuerzo, de la siguiente manera
!a"# 2$ !r#6a6i,i+a+ +% a(+%# %(&r% )aa". Je refiere a las capas
de geosint$ticos de refuerzo, se determina analizando la capacidad al corte que existe entre las capas de geoceldas debido a la aplicación de una fuerza cortante. La fuerza cortante aplicada en el fondo de cualquier capa está determinada por la fuerza de empuje lateral del terreno total, menos la fuerza aplicada calculada sobre la capa de geosint$tico anteriora esta capa% la capacidad de corte J entre capas de geoceldas !a sido determinada usando un modelamiento a escala real. *
La capacidad de carga J% puede ser calculada en el fondo de cada capa de geocelda. El factor de seguridad para capacidad de corte JCes calculado como se muestra
Figura
03.21
MODOS DE FALLA DE ESTABILIDAD LOCAL !a"# 3$ A,&ura '?i'a +% )aa" "i( r%-u%r# Esto se refiere a
la altura de muro superior a la capa superior de refuerzo de geosint$tico, la cual deberá de ser analizada como un muro de gra#edad para así asegurar que no existan fallas por deslizamiento, ni por #uelco, tal y como se describe en los pasos ( y * del análisis de estabilidad externa. !a"# 4$ Di"%# +% +r%(a/% ar#ia+# Este es fundamental
para una buena actuación de los muros de contención de geoceldas. :eneralmente, el relleno granular usado en los muros de geoceldas, constituye un buen medio de drenaje para la disipación de la presión !idrostática y deberá de ser extendida unos )&& mm a U&& mm detrás de la sección de geocelda como se puede #er en la igura &).NN. Ji el suelo que se está reteniendo tiene una gradación más fina que la del suelo de relleno, se deberá proteger con un filtro de geotextiles. 4ara muros sumergidos, estructuras en la costa o zonas que tengan un flujo considerable de agua subterránea, se requerirá de un sistema de drenaje más completo.
G En el caso de los muros de gra#edad, los esfuerzos aplicados se distribuirán considerando como base >, en una longitud efecti#a de acuertlo a la excentricidad. * En el caso de los muros de suelos reforzados, la base a considerar para toda la estructura será la longitud L del refuerzo, tal como se aprecia en la igura &).'*.
