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´´Año del Servicio al Buen Ciudadano´´
UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
PROYECTO DE TESIS ESTABILIZACION DE TALUDES EN LA VIA CARROZABLE TRAMO KM 2+320 – HUARISCA – CHUPACA JUNIN EN EL AÑO 2017
PRESENTADO POR:
Bachilleres: HUAMANLAZO TAIPE EDUARDO REQUENA CRISTOBAL Antony
PROYECTO DE TESIS PRESENTADO PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL HUANCAYO – PERU 2017
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1. TITULO DE LA TESIS: ESTABILIZACION DE TALUDES EN LA VIA CARROZABLE TRAMO HUARISCA KM 2+320N LA CIUDAD DE CHUPACA AÑO 2017 2. AUTOR:
HUAMANLAZO TAIPE EDUARDO REQUENA CRISTOBAL Antony 3. PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Las condiciones geográficas que tiene nuestro país son diversos y accidentados lo cual influye mucho en el sistema de transporte interno que se tiene para la movilización terrestre, al tener tres regiones notoriamente diferentes geográficamente las que son conocidas como sierra, costa y selva, estas diferencias constituyen barreras físicas para el transporte interno que se desarrolla de oriente a occidente y que hacen que el transporte terrestre entre estas regiones sean de por si muy riesgosas debido a eso los costos de viaje son altos con altas tasas de accidentes y costos altos de mantenimiento Los deslizamientos ocurridos frecuentemente generan grandes perdidas humanas, materiales y económicas que se relacionan directamente con el creciente aceleramiento poblacional y sus necesidades. Durante la época de lluvias los deslizamientos son mas frecuentes, f recuentes, por la ubicación geográfica la zona de estudio de la trocha carrozable Huarisca km 2+320 se ha podido observar y evidenciar los problemas de inestabilidad de taludes y por ende caída de materiales desde los taludes los cuales han provocado constantes
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1. TITULO DE LA TESIS: ESTABILIZACION DE TALUDES EN LA VIA CARROZABLE TRAMO HUARISCA KM 2+320N LA CIUDAD DE CHUPACA AÑO 2017 2. AUTOR:
HUAMANLAZO TAIPE EDUARDO REQUENA CRISTOBAL Antony 3. PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Las condiciones geográficas que tiene nuestro país son diversos y accidentados lo cual influye mucho en el sistema de transporte interno que se tiene para la movilización terrestre, al tener tres regiones notoriamente diferentes geográficamente las que son conocidas como sierra, costa y selva, estas diferencias constituyen barreras físicas para el transporte interno que se desarrolla de oriente a occidente y que hacen que el transporte terrestre entre estas regiones sean de por si muy riesgosas debido a eso los costos de viaje son altos con altas tasas de accidentes y costos altos de mantenimiento Los deslizamientos ocurridos frecuentemente generan grandes perdidas humanas, materiales y económicas que se relacionan directamente con el creciente aceleramiento poblacional y sus necesidades. Durante la época de lluvias los deslizamientos son mas frecuentes, f recuentes, por la ubicación geográfica la zona de estudio de la trocha carrozable Huarisca km 2+320 se ha podido observar y evidenciar los problemas de inestabilidad de taludes y por ende caída de materiales desde los taludes los cuales han provocado constantes
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bloqueos de la via. Tomando en cuenta la formacion geológica asi como el tiempo y el clima propio de la zona del Centro Poblado de Huarisca se hace prioritario y principal el estudio, zonificación y propuesta de 3 metologias de estabilización para poder realizar las soluciones pertinentes en los tramos que tengan un alto grado de inestabilidad de taludes. El problema se origina por la falta de una adecuada metodología que prevengan los deslizamientos de material y como también una solución concreta para la estabilización de taludes, los cuales ocasionan bloqueos en la carretera principal alterna que conecta la ciudad de Huancayo – Junin con Cañete - Lima
FORMULACION DEL PROBLEMA
1..1. Problema Principal
¿Qué método de estabilización de suelos suelos se puede aplicar para taludes ubicado en la localidad de Huarisca - Chupaca?
1..2. Problemas Específicos
¿Cuáles serán los lugares de inestabilidad inestabilidad dentro de la via via carrozable Huarisca Km 2+320?
¿Con que que tipos de estudios se podrá determinar determinar o evaluar la inestabilidad de los taludes?
¿Qué alternativas alternativas de solución de de estabilización estabilización serán los los mas aptos para su aplicación?
2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION
OBJETIVO GENERAL
Analizar la mejor opción para la estabilización estabilización de taludes en el tramo de Huarisca Km 2+320 en la ciudad de Huarisca Chupaca año 2017
OBJETIVO ESPECIFICOS
Evaluar los puntos críticos los tramos de taludes inestables en la via carrozable Huarisca Km 2+320
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Realizar un estudio de mecánica mecánica de suelos, suelos, topografía topografía y estratigrafía.
Definir las metodologías y proponer un tipo de estructura para la estabilización de talud en los puntos críticos.
3. JUSTIFICACION,
IMPORTANCIA
Y
LIMITES
DE
LA
INVESTIGACION
JUSTIFICACION
3..1. Teórica En la búsqueda de soluciones en la estabilización de taludes acelerara la ampliación de conocimiento para dar soluciones más efectivas de acuerdo al tipo de terreno que se encuentre, para lo cual este aporte pretende dar a conocer tres tipos de estabilización de suelos que son las geosintéticos y geomembranas, geomallas y construcción de gaviones 3..2. Social Con la finalidad de garantizar el tránsito vehicular permanente durante todo el año y mejor aún en épocas de invierno ya que en estas constantes lluvias entre el tramo de principio a fin de la ciudad de Huarisca – Chupaca en donde la producción ganadera y agrícola son los principales fuentes de ingreso para los pobladores del centro poblado de Huarisca, en la presente investigación se busca identificar, evaluar y ubicar los lugares que presentan mayor riesgo de inestabilidad de taludes y terrenos con material inestable. 3..3. Metodológica Para la estabilización de suelos se hace uso del software GEO5 que es un programa especializado en el diseño de estabilización de taludes, este programa fue creado por la empresa europea FINE SOFTWARE, la cual permite distintos tipos de estabilización de suelos de acuerdo a la topografía y al tipo de suelo. Su uso se ha generalizado para lo cual en esta investigación se hace uso de este
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programa para facilitar el diseño de estabilización de taludes en el distrito de Huarisca – Chupaca. Esta investigación se realiza debido a que durante la ejecución de la construcción de la vía carrozable no se tomó en cuenta ningún tipo de método de estabilización de taludes en los puntos con mayor inestabilidad, para lo cual se realizaran los respectivos análisis y estudios de los lugares con mayor incidencia y frecuencia de peligro y finalmente se determinara realizar una adecuada metodologia para la estabilización de taludes dentro de los tramos de la via carrozable de la ciudad de Huarisca, lo cuales permitirán disminuir los deslizamientos de tierras, rocas, arbustos, arboles, lodo a la via carrozable y de esta manera garantizar el libre transporte y lo primordial la seguridad de los usuarios ya que de no realizar un método para la estabilización de taludes de los puntos críticos se suscitaran accidentes de transito, tiempos y costos elevados de viaje ya que se tendrá una via carrozable obstaculizada por los materiales deslizados debido a las constantes luvias. Estas alternativas de de estabilización de taludes deben ceñirse al tipo de suelo, topografía y estratigrafía ya que en función a estos parámetros se podrá proponer el adecuado proceso constructivo y asi poder garantizar el transito fluido y permanente y sobre todo la seguridad de los usuarios que transcurren en el tramo. LIMITES DE LA INVESTIGACION En nuestra investigación solo se está abarcando el uso de tres métodos de estabilización de suelos: El uso de geomembrana, geomallas y gaviones de piedra de canto rodado, estas tres propuestas pretenden solucionar la inestabilidad de suelos en la localidad de Huarisca en el Km.2+320 del año 2017. 4. MARCO TEORICO DE LA INVESTIGACION 6.1. ANTECEDENTES 6.1.1. ANTECEDENTES NACIONALES
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ROLY ORE URBAY (2013), Estabilizacion de taludes en la via carrozable tramo Vista Alegre KM 0+000 a Palca KM 20+514 – Surcubamba – Tayacaja – Huancavelica CONCLUSIONES 1.Desde la planificación de carreteras, es necesaria la previsión de cortes y rellenos controlados con pendiente adecuada según los tipos de suelo y ensayos de laboratorio, evitando asi repercusiones económicas en fallas de taludes por la acción de la gravedad y precipitación meteorológica acompañada de falta de drenajes. Provocando deslizamientos causantes de un elevado número de víctimas humanas. 2.Los resultados de acuerdo al estudio realizado de las zonas de deslizamiento que presenta la via son las progresivas Km.0+070, 2+900, 10+750, 18+040, los cuales tiene características de poca presencia de vegetación, topografía muy irregular y accidentada, estos han originado inestabilidad de estos taludes a si mismo de acuerdo a los resultados de los análisis de suelos efectuados en el laboratorio se deduce que los taludes en las progresivas Km.0+070, 2+900, 10+750, 18+040 tienen suelos formados por arenas, limos y gravas de poca cohesion, lo que ha generado mayores niveles de inestabilidad, evidenciando deslizamientos mas que todo en la época de invierno 3.Las metodologías de estabilización de taludes estudiadas en función a la topografía, tipo de suelo y estratigrafía, establecen medidas de prevención y control para reducir los niveles de riesgo que podrían producir las fallas, aportando a la construcción criterios de seguridad que llevan a la realización de obras de calidad, durabilidad y buen funcionamiento. 4.Finalmente se determina la estructura flexible que son los gaviones, estas estructuras son extremadamente ventajosas, desde el punto de vista técnica y económica es la metodología, adecuada de estabilización para estos taludes analizados y zonificados
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Trabajos citado Beltrán, C. P. (2013). Evaluación del comportamiento mecánico de un concreto reforzado con fibras textiles de vidrio sometido a cargas de flexión para su uso en la elaboración de elementos urbanísticos prefabricados. Tekhnê, 5-18. CRISTIAN DAVID CASTIBLANCO SARMIENTO, L. A. (2015). ESTUDIO TEÓRICO Y EXPERIMENTAL DEL COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN CON MATERIALES NO CONVENCIONALES: FIBRAS DE VIDRIO Y FIBRAS DE CARBONO, SOMETIDO A ESFUERZOS DE COMPRESIÓN. BOGOTÁ: UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA. SAMUEL ARANGO CORDOBA, J. A. (2013). INFLUENCIA DE LA FIBRA DE VIDRIO EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE MEZCLAS DE CONCRETO. MEDELLÍN-COLOMBIA: UNIVERSIDAD EAFIT.
6.2. BASES TEORICAS 2,2 INESTABILIDAD DE TALUDES. 2.2.1 DEFINICIÓN. La inestabilidad de taludes se define como el movimiento de masas de rocas, tierra o materiales (arboles, raíces, etc.) a favor de la pendiente, bajo la influencia directa de la gravedad. « La rotura de los materiales en los taludes ocurre cuando la fuerza de gravedad excede el esfuerzo de la roca o suelo que conforman la ladera, es decir, ocurren cambios en el equilibrio de las fuerzas de resistencia al corte y motrices.
El material desplazado puede movilizarse de forma lenta (milímetros por año), rápida y extremadamente rápida (metros/día) según la topografía, el volumen de suelo o roca, el mecanismo de rotura y la acción del agua, entre otros factores. Pueden activarse o acelerarse a causa de terremotos,
8 erupciones volcánicas, precipitaciones aumento de nivel aguas subterráneas, por erosión, socavamiento de los ríos y por actividad humana.
2.2.2 MORFOLOGÍA Y COMPONENTES DE UN DESLIZAMIENTO.
Figura N° 2.1: Morfología y Componentes de un Deslizamiento • ESCARPE PRINCIPAL:
Corresponde a una superficie muy inclinada a lo largo de la periferia de área en movimiento, causado por el desplazamiento del material fuera del terreno original. La continuación de la superficie del escarpe dentro del material forma la superficie de falla.
• ESCARPE SECUNDARIO:
Una superficie muy inclinada producida por desplazamientos diferenciales dentro de la masa que se mueve. •
CABEZA: Las partes superiores del material que se mueve a lo largo del contacto entre el material perturbado y el escarpe principal.
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CIMA: El punto más alto del contacto entre el material perturbado y el escarpe principal.
•
CORONA: Zona de forma corrientemente circular donde el material que se encuentra en el sitio, está prácticamente inalterado y adyacente a la parte más alta del escarpe principal.
• SUPERFICIE DE FALLA:
Corresponde al área debajo del movimiento que delimita el volumen de material desplazado. El volumen de suelo debajo de la superficie de falla no se mueve.
• PIE DE LA SUPERFICIE DE FALLA:
La línea de intersección (algunas veces tapada) entre la parte inferior de la superficie de rotura y la superficie original del terreno. • BASE:
El área cubierta por el material perturbado abajo del pie de la superficie de falla.
• PUNTA O UÑA:
El punto de la base que se encuentra más alejado de la cima.
10 • COSTADO O FLANCO:
Un lado (perfil lateral) del movimiento.
• SUPERFICIE ORIGINAL DEL TERRENO:
La superficie que existía antes de que se presentara el deslizamiento.
2.3 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DESPRENDIMIENTO DE MASAS. 2.3.1 FACTORES GEOMORFOLÓGICOS. Dentro de los factores geomorfológicos se encuentran: -
Topografía de los alrededores y geometría del talud.
-
Distribución de las discontinuidades y estratificaciones.
2.3.2 FACTORES INTERNOS. Dentro de los factores internos se encuentran: Propiedades mecánicas de los suelos.
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Estado de esfuerzos actuantes.
2.3.3 FACTORES EXTERNOS. Dentro de los factores externos tenemos: -
Factores climáticos y concretamente el agua superficial y subterránea.
2.4 CLASIFICACIÓN DE LAS INESTABILIDADES DE TALUD. Entre las clasificaciones existentes están: por el contenido de agua, la velocidad del movimiento, la profundidad de la superficie de ruptura, el tipo de ruptura, estado de la actividad y el tipo de movimiento, en el presente estudio se recopila los siguientes tipos de clasificación:
2.4.1 POR EL GRADO DE ACTIVIDAD; Inactivo
No presenta movimientos actualmente
Poco Activo
Presenta poco movimiento
Activo
Presenta movimientos actualmente, con movimientos primarios y Reactivaciones.
2.4.2 POR LA VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE MATERIALES: Extremadamente rápido :
> 5m/s
Rápido
> 1.5 m/día a 5 m/s Maderado
1.5 m/mes a 1.5
Lento m/día 1.5
m/año a 1.5 m/mes
12 Muy lento
2.4.3
<1.5 m/año
POR EL MECANISMO DE MOVILIZACIÓN: Una de las clasificaciones de inestabilidad de taludes más utilizadas en la actualidad es la Varnes:
Clasificación de la Inestabilidad de Talud Esquema N° 2.1 - Clasificaciones de la inestabilidad de Talud según Varnes. A. Derrumbes y caídas de bloque B. Avalanchas de rocas o suelos C. Volcamiento o basculamiento D. Reptación de suelos E. Deslizamientos F. Coladas de flujos G. Deslizamiento compuestos
Fenómeno que presenta una ruptura brusca y caída más o menos libre y a gran velocidad de un bloque o una masa rocosa “en seco”. Gran partes del transporte se
da en el medio aéreo, pero también existe un componente de salto y rodamiento. La zona de origen corresponde prioritariamente a acantilados
13 rocosos o laderas de fuertes pendiente, donde la roca esta fracturada y alterada.
Figura N° 2.3: Caída de bloques. Los volúmenes implicados suelen ser hasta 100 m3. Tiene un alto componente de sorpresa, pues rara vez presentan signos precursores o anunciadores (o estos son difíciles de detectar) y, muy a menudo, son desencadenados por factores exógenos (sismos, vibraciones de maquinaria pesada, explosiones, arboles sobre el macizo rocoso, etc.). La velocidad del movimiento es elevada hasta 40m/s.
14 A. Avalanchas de Rocas o Suelos. Fenómenos que presentan una ruptura brusca y caída más o menos libre y a gran velocidad de una masa rocosa
B. Volcamiento o Basculamiento. Es el doblamiento de parte superior de estratos o niveles de rocas afectadas por disyunciones. Es cuando por acción de la gravedad terrestre o de procesos tectónicos distensivos. Existen dos variantes: el doblamiento plásticos (en rocas metamórficas y en menor medida, empelíticas) y el doblamiento rígido, que podría se llamando, más apropiadamente, basculamiento.
Figura N° 2.4: Volcamiento o Basculamiento.
El material afectado son formaciones sedimentarias y metamórficas, por lo general de fuerte buzamiento y en vertiente contrarias siendo los esquistos los más sensibles a este doblamiento por los planos de esquistosidad o plegamiento. El tipo de alabeamiento rígido se puede dar en columnas de basalto o formaciones similares con profundidades de hasta algunas centenas de metros.
Las causas que le originan es la deformación paulatina en dirección de la pendiente de paquetes estratigráficos, o afectados por disyunciones, con el mecanismo de
15 deformación asociado a pivoteo o basculamiento de las cabezas de estratos teniendo como eje de rotación un puntos en la base del paquete rocoso. Generalmente el alabamiento evoluciona hacia deslizamientos al formarse una superficie de ruptura a lo largo de la línea de doblamiento.
Figura N° 2.5: Volcamiento. C. Reptación de Suelos. Es el desplazamiento lento, prácticamente imperceptible, que afecta a los materiales menos cohesivos de la cubierta se suelo (edáfica), es decir, a los materiales poco consolidados (particularmente a los terrenos de cultivo), afecta los suelos hasta una profundidad promedio de un metro. Es un fenómeno prácticamente invisible a nivel morfológico, por los que puede ser reconocido sólo en cortes o a través de signos indirectos.
Figura N° 2.6: Reptación de suelos.
16 Presenta velocidades de pocos milímetros hasta más o menos un centímetro por año; decreciente en profundidad, para zonas tropicales (húmedas, con cubierta vegetal abundante) se ha demostrado que las velocidades promedio son de apenas 1-2 mm/año. En zonas semiáridas con poca cubierta vegetal, la velocidad varía entre 5 y 10 mm/año. En climas tropicales esta sobre todo condicionada por la granulometría que a su vez, condiciona la cohesión del suelo, y por las variaciones en el grado de saturación del suelo (presión intersticial y fuerzas de
percolación).
El mecanismo aparentemente se trata de un movimiento cíclico pendiente abajo, prácticamente grano por grano del material terroso, de cohesión media a baja, sobre pendientes iguales o superiores a los 20°.
Sus efectos son desarreglos menores (inclinación y apertura de grietas en muros y postes de cimentación poco profunda, torceduras en los troncos de los árboles, discontinuidades en el manto vegetal bajo, etc.).
D. Deslizamientos. • Deslizamientos Peliculares o Superficiales.
Presentan una superficie de deslizamiento y provoca cambios notables de la estructura del suelo. Es un fenómeno abundante en nuestro país. En taludes empinados con amplias (pero no muy profundas) cubiertas eluviales y regoliticas, utilizadas para agricultura (cultivos anuales de surco) y/o pastoreo del ganado (ganadería extensiva). -
17 La principal característica de estos deslizamientos es la morfología de cáscara de naranja, lo que se conoce como caminos de vaca, con ondulaciones pequeñas que corresponden a pequeños deslizamientos rotacionales, con diámetro promedio (profundidad máxima) de hasta uno o dos metros. Esta forma de cascara de naranja forma escalones que son aprovechados por el ganado y la gente, evolucionando hacia una forma de escalones en trama enrejada o en rombos, que en algunos casos, progresivamente se desploman, formándose gradas en las laderas, desapareciendo estas posteriormente, en otros casos son removidos de forma abrupta.
El material afectado son horizontales terrosos, cubierta de suelo, depósitos aluviales y coluviales finos, preferentemente sobre pendientes iguales o mayores a los 20° con profundidades en promedio de un metro hasta dos metros. Involucra volúmenes pequeños de material y velocidades de 1 a 2 centímetros al año en promedio.
• Deslizamientos Rotacionales o Circulares
Movimiento relativamente lento de una masa de suelo, roca o ambos, a lo largo de una superficie de ruptura en forma circular (que coincide con la de transporte) sobre la cual se mueve una masa. En su fase inicial, existe poca distorsión de los materiales. En algunos casos, a medida que la masa se desplaza, los materiales se dislocan progresivamente y el mecanismo de inestabilidad deviene complejo.
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Figura N° 2.7:Deslizamientos rotacionales o circulares. Eventualmente se da en terrenos homogéneos, isotrópicos, cohesivos. Su ocurrencia en la naturaleza es rara en estado puro o efímera pues rápidamente evoluciona hacia mecanismos combinados. Este tipo de movimiento puede involucrar tanto volúmenes pequeños como volúmenes grandes de material. Y las velocidades de propagación de la masa desplazada pueden ser también muy variables. • Deslizamientos Traslacionales.
Movimiento lento o rápido de un bloque de suelo o roca a lo largo de una superficie de deslizamiento planar. Se originan en zonas que presentan superficies de discontinuidad, de niveles pocos competentes; también en estratos dentro de estructuras conformes de estratificación o esquistosidad; sobre capas poco componentes o niveles de alteración; sobre planos de fallas o sistemas de diaclasas conformes (a favor de la pendiente).
Figura N° 2.8: Deslizamientos traslacionales.
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El material afectado es rocoso, estratificado o diaclasado, formando placas o paquetes cuyas bases quedan desprovistas de soporte, ya sea por erosión natural o por cortes artificiales en un talud (es tal vez el problema geodinámica más comúnmente desencadenado por la intervención humana, cuando se hacen cortes para carretas, canales, etc.). Este tipo de movimiento puede involucrar tanto volúmenes pequeños como volúmenes grandes de material. Y las velocidades de propagación de la masa desplazada pueden ser también muy variables.
• Deslizamientos Complejos.
Se aplica a grandes deslizamiento donde aparecen mecanismos combinados, debido a una larga evolución. Por lo general se trata de deslizamientos de edad milenaria, de gran talla y de evolución muy lenta, con periódicos episodios de aceleración. Puede decirse que son deslizamientos permanentes, regidos por la acción de los esfuerzos residuales posteriores a la fase de ruptura.
Pueden llegar a cubrir varios kilómetros cuadrados de superficie,
20 involucrando cientos y hasta miles de millones de metros cúbicos de masa en movimiento y hasta algunos centenes de metros de profundidad.
E. Coladas o Flujos. Son masas de material sin cohesión que fluye como un fluido viscoso al sobrepasar su límite líquido, pueden formarse en cualquier material poco consolidado (inclusive puede llegar a afectar los niveles superiores de roca alterada o intemperada) y hasta en rocas, especialmente descompuestas. Se pueden desplazar grandes distancias.
Figura N° 2.11: Coladas o flujos.
Son fenómenos básicamente estacionales, es decir, frecuentes en temporada de lluvias, aunque son numerosos los claros relacionados con roturas de conductos de agua, depósitos de agua, o por efecto de la aceleración
de
desplazamientos,
por
trastornos
en
el
régimen
hidrogeológico e inclusive, por sacudida sísmica (licuación de arenas). En
21 dependencia del material movilizado puede haber: • Flujo de Lodo.
Suele involucrar volúmenes variables de material fino con alto contenido de limos y arcillas. Las velocidades de desplazamiento igualmente pueden ser variables y suelen estar relacionados con factores como la pendiente del talud y la cantidad de agua involucrada en la movilización del material. •
Flujo de Tierra. Suelen presentar grandes volúmenes de material terroso con menos de 2 mm de diámetro predominando sobre limos y arcillas, generando formas de lengua o de gran lóbulo. Las velocidades medias del movimiento pueden variar entre: cm-dm/año a cm-m/día (estas pueden no ser homogéneas en toda la colada).
•
Flujos de Detritos Suelen involucrar volúmenes de medianos a grandes de hasta 10 000 m3 de material grueso de diferente diámetro que incluye bloques de rocas, derrubios y roca descompuesta. Generan trazas lineales bien definidas, como un corredor alargado, con embudos o conos divergentes en los extremos, generalmente con conexión con la red de drenaje. Las velocidades de movilización suelen ser rápidas a muy rápidas.
F. Deslizamientos Compuestos. Cuando un movimiento de talud presenta más de un mecanismo de movilización de los materiales en diferentes lugares de la masa en movimiento.
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Figura N° 2.12: Deslizamientos compuestos.
2.5 CALCULO DE LA ESTABILIDAD GLOBAL. Los tipos de superficie de deslizamiento más frecuentes pueden asimilarse, a efectos de cálculo, a uno de los tres tipos siguientes:
2.5.1 DESLIZAMIENTOS SEGÚN LÍNEAS DE ROTURA PLANAS
PARALELAS A LA SUPERFICIE EXTERIOR DEL TERRENO. Este tipo de rotura es frecuente en las laderas naturales en las que el suelo que recubre a la roca o suelo firme subyacente desliza según una superficie que, en buena parte de su desarrollo, es paralela al borde externo del terreno natural. El deslizamiento se puede producir por obras de excavación (deslizamiento de la zona superior a la excavación) o por obras que aumentan la carga (estructuras o rellenos), produciéndose entonces el deslizamiento de la carga añadida y de la zona inferior del talud. La parte alta, como consecuencia, también
23 puede deslizar. El deslizamiento también puede producirse por causas naturales (periodos de lluvias).
2.5.2 DESLIZAMIENTOS CIRCULARES. Los deslizamientos circulares son típicos de las formaciones en suelos homogéneos. El deslizamiento como sólido rígido de la zona superior sobre la inferior a lo largo de una línea circular es el único movimiento cinemáticamente posible, incluyendo, evidentemente, los deslizamientos planos como caso límite. Según las superficies de rotura sean más o menos profundas, los deslizamientos circulares se pueden producir mediante “círculos de talud” que intersecan a éste parcialmente, mediante “círculos de pie” que pasan por el pie del talud o mediante “círculos profundos” que intersecan
a la obra más allá del pie del talud. En suelos heterogéneos, ya sean taludes de excavación o taludes de rellenos, las líneas de rotura suelen parecerse a éstas de sección circular, de manera que la hipótesis de rotura según este tipo de líneas es adoptada en la mayoría de las situaciones. Esto no excluye el talento de otros tipos de línea de rotura en aquellos casos en los que la disposición del terreno indique otras posibles formas, no circulares, que pudieran ser más críticas.
2.5.3 DESLIZAMIENTOS NO CIRCULARES. En
algunas
ocasiones
la
configuración
del
terreno,
particularmente la disposición de algunas zonas más débiles, hace que sea necesario considerar superficies de rotura cuya sección plana
24 no pueda aproximarse a una circunferencia.
2.6 PRINCIPIOS GENERALES DEL CÁLCULO. 2.6.1 DEFINICIÓN DE LA SEGURIDAD. Se define como coeficiente de seguridad al deslizamiento de un talud el número F por el que habría que dividir los valores de los parámetros resistentes para que se alcance la condición de rotura. Los valores estrictamente necesarios que deben tener los parámetros resistentes para mantener el equilibrio serán una fracción de los valores reales. Cuando se utiliza el criterio de resistencia de MohrCoulumb, resulta, para cada uno de los posibles terrenos involucrados en la estabilidad: C
c • < — '- •necesario — p
tan0 t(lTl0necesar i o <
—
2.6.2 CONSIDERACIÓN DEL EFECTO DEL AGUA. El efecto de la presencia del agua en los taludes puede ser representado en los cálculos de varias formas. No todas conducen siempre al mismo resultado y por eso conviene tener en cuenta las recomendaciones que siguen:
- El estudio del efecto del agua exige, en cualquier caso, un análisis previo de la distribución de las presiones intersticiales en el terreno a través de la red de filtración o de otros métodos de análisis de los flujos del agua en medio poroso. Si no existen
25 gradientes de potencial de agua, el régimen de presiones será
hidrostático y bastará con definir la posición del nivel freático.
- Salvo en algunos casos externos (taludes completamente
sumergidos y algunos casos de cálculos con F=0), la presencia del agua hace que el problema de cálculo sea de talud heterogéneo.
2.6.2.1 TALUDES EN RÉGIMEN HIDROSTÁTICO. Cuando el talud está en régimen hidrostático existen dos alternativas de cálculo:
•
Pueden calcularse pesos totales y después considerarse las subpresiones (alternativa N° 01).
•
Pueden calcularse pesos efectivos, utilizando los pesos específicos sumergidos por debajo del nivel del agua, y no considerar la subpresión (alternativa N° 02). En la alternativa N° 01, además, si existe agua libre,
ésta debe contemplarse como un material más, con peso y sin resistencia al corte.
Ambas alternativas son, en principio, son correctas y conducen al mismo resultado siempre que el empuje entre
suponga horizontal. El lugar por
donde uiscurra la linea de rotura dentro del agua libre no repercute en los resultados. Con otras hipótesis de cálculo
26 el resultado puede ser diferente.
En cualquier caso, por su sencillez, es recomendable utilizar la alternativa N° 02 como procedimiento general. Si se utiliza la alternativa N° 01 es recomendable suponer que el empuje entre rebanas es horizontal o al menos limitar su inclinación severamente.
2.7 PREVENCION, ESTABILIZACION Y DISEÑO. La presente tesis tiene como objetivo principal de un estudio de estabilidad de taludes, el cual servirá para establecer medidas de prevención y control para reducir los niveles de amenazas y riesgos. Generalmente los beneficios más importantes desde el punto de vista de reducción de amenazas y riesgos es la prevención.
Schuster y Kockelman (1996) proponen una serie de principios generales y metodologías para la reducción de amenazas de deslizamiento utilizando sistemas de prevención, los cuales requieren de políticas de estado, colaboración y conciencia de las comunidades. Sin embargo, la eliminación total de los problemas no es posible mediante métodos preventivos en todos los casos y se requiere establecer medidas de control para la estabilización de taludes susceptibles a sufrir deslizamientos.
La estabilización de deslizamientos es un trabajo relativamente complejo, el cual requiere de metodologías de diseño y construcción. En la presente tesis se muestra algunos de los sistemas de prevención, manejo y
27 estabilización.
2.7.1 MÉTODOS PARA DISMINUIR O ELIMINAR EL RIESGO DE DESLIZAMIENTOS. Una vez estudiado el talud, definimos los niveles de amenaza y riesgo, el mecanismo de falla y analizamos los factores de equilibrio, se puede pasar al objetivo final que es el diseño del sistema de prevención control o estabilización.
Existen varia formas de enfocar y resolver cada problema específico y la metodología que se requiere emplear depende de una serie de factores técnicos, sociales, económicos y políticos; con una gran cantidad de variables en el espacio y en el tiempo. A continuación se presentan algunas de las metodologías que se han utilizado para disminuir o eliminar el riesgo a los deslizamientos de tierra:
2.7.1.1 PREVENCIÓN La prevención incluye el manejo de la vulnerabilidad, evitando la posibilidad de que se presenten riesgos o amenazas. La prevención debe ser un programa del estado, en todos sus niveles mediante una legislación y un sistema de manejo de amenazas que permita disminuir los riesgos a deslizamiento en un área determinada.
28
Cuadro N° 2.1: Métodos de prevención de la amenaza del riesgo Método Ventajas Desventajas El manejo de los factores Disuasión con medidas y coercitivas Son muy efectivas socioeconómicos cuando la comunidad sociales es difícil. está consciente del riesgo y colabora con el estado No se puede aplicar Planeación del uso de Es una solución ideal cuando ya existe el la tierra para zonas urbanas y riesgo es fácil de implementar Códigos técnicos Se requiere de una Presenta herramientas entidad que los haga precisas para el control cumplir y prevención de amenazas Aviso y alarma Disminuye en forma Generalmente se aplica considerable el riesgo después de ocurrido el cuando es inminente desastre
2.7.1,2 ELUSIÓN DE LA AMENAZA Eludir la amenaza consiste en evitar que los elementos en riesgo sean expuestos a la amenaza de deslizamiento.
29 Cuadro N° 2.2: Métodos de Elusión de Amenazas de Deslizamientos Método Ventajas Desventajas Variantes o Se recomienda cuando Puede resultar costoso relocalización del existe el riesgo de y el nuevo sitio o proyecto activar grandes alineamiento puede deslizamientos difíciles estar amenazado por de estabilizar o existen deslizamientos. deslizamientos antiguos de gran magnitud. Puede ser el mejor de los métodos si es económico hacerlo.
Remoción total deslizamientos
La remoción de los Es atractivo cuando se deslizamientos puede producir nuevos trata de volúmenes movimientos. pequeños de excavación Remoción parcial de Cuando el nivel freático materiales inestables Se acostumbra el se encuentra sub remover los suelos sub superficial se dificulta el superficiales inestables proceso de excavación. cuando sus espesores no son muy grandes. Modificación del nivel Generalmente al del proyecto o La disminución de la disminuir la altura de los subrasante de una vía altura de los cortes en cortes se desmejoran un alineamiento de gran las características del longitud puede resolver proyecto. la viabilidad técnica de un proyecto Puentes o viaductos Muy difícil en terrenos Se requiere cimentar los sobre los movimientos de pendiente muy alta puentes sobre suelo estable y las pilas deben ser capaces de resistir las fuerzas laterales del material inestable.
. .
2 7 1.3
de
CONTROL. Métodos tendientes a controlar la amenaza activa antes de que se produzca el riesgo a personas o propiedades. Generalmente consiste en estructuras que retienen la mas en
30 movimiento. Este tipo de obras se construyan abajo del deslizamiento para detenerlo después de que se ha iniciado.
Cuadro N° 2.3: Estruc turas de Control de Masas en Movimiento Método
Bermas Trincheras
Estructuras retención Cubiertas protección
Ventajas
Desventajas
Generalmente son económicas rápidas Se requiere un espacio de construir grande a mitad de talud Los cantos fácilmente Sirven al mismo pasan por encima. tiempo para controlar las aguas de lluvias de Retienen las masas en Se pueden requerir movimiento estructuras algo costosas de Son uno de los Son muy costosas. métodos más efectivos para disminuir el riesgo en carreteras
2.7.1.4 ESTABILIZACIÓN: La estabilización de un talud comprende los siguientes factores:
•
Determinar el sistema o combinación de sistemas de estabilización más apropiados, teniendo en cuenta todas las circunstancias del talud estudiar.
1
• Instrumentación y control durante y después de la estabilización.
De tenerse en cuenta que en taludes, nunca existen diseños
1 Diseñar en detalle el sistema a emplear, incluyendo planos y especificaciones de diseño.
31 detallados inmodificables y que las observaciones que se hacen durante el proceso de construcción tienden generalmente, a introducir modificaciones al diseño inicial y esto debe preverse en las cláusulas contractuales de construcción.
Los sistemas de estabilización se pueden clasificar en cinco categorías principales.
A. CONFORMACIÓN DEL TALUD O LADERA Sistemas que tienden a lograr un equilibrio de masas, reduciendo las fuerzas que producen el moviendo. Cuadro N° 2.4: Método de Conformación Topográfica para equilibrar fuerzas Método Ventajas Remoción de Muy efectivo en la materiales de la estabilización de cabeza del talud deslizamientos rotacionales Abatimiento de la Efectivo Pendiente especialmente en suelos friccionantes Terraceo de la Además de la Superficie estabilidad al deslizamiento, permite construir obras para controlar la erosión.
Desventajas En movimientos muy grandes* las masas a remover tendrían una gran magnitud. No es viable económicamente en taludes de gran altura Cada terraza debe ser estable independientemente
B. RECUBRIMIENTO DE LA SUPERFICIE Métodos que tratan de impedir la infiltración o la ocurrencia de fenómenos superficiales de erosión, o refuerzan el suelo más subsuperficial. El recubrimiento puede consistir en elementos impermeabilizantes como el concreto
32 o elementos que refuercen la estructura superficial del suelo como la cobertura vegetal.
Cuadro N° 2.5: Método de Recubrimiento de la Superficie del Talud. Método Ventajas Desventajas * Recubrimiento de la El recubrimiento Se debe garantizar la superficie del talud. ayuda a controlar la estabilidad del erosión recubrimiento Conformación de la Puede mejorar las Su efecto directo supervise condiciones del sobre la estabilidad es drenaje superficial y generalmente, facilitar el control de limitado. la erosión Sellado de grietas Disminuye la superficiales. infiltración de agua Las grietas pueden abrirse nuevamente y se requiere mantenimiento por periodos importantes de tiempo Sellado de juntas y discontinuidades Disminuye la Puede existir una infiltración de agua y gran cantidad de presiones de poro en discontinuidades que las discontinuidades se requiere sellar Cobertura vegetal. Representan una Pueden requerir Árboles, Arbustos y alternativa mantenimiento para Pastos ambientalmente su establecimiento excelente
33
/
C. CONTROL DE AGUA SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEA. Sistemas tendientes a controlar el agua y sus efectos, disminuyendo fuerzas que producen movimiento y/o aumentado las fuerzas resistentes.
Cuadro N° 2.6: Método de Control de Agua y Presión de Poros Método Canales superficiales para control de escorrentía
Subdrenes de zanja.
Subdrenes horizontales de penetración
Ventajas
Desventajas Se deben construir estructuras para la Se recomienda entrega de las aguas disipación de construirlos como obra y complementaria en la energía. mayoría de los casos. Generalmente, las zanjas se construyen arriba de la corono del talud Muy efectivos para Pocos efectivos para estabilizar estabilizar deslizamiento poco deslizamientos profundos en suelos profundos o saturados deslizamientos con subsuperficialmente. nivel freático profundo.
Muy efectivos para interceptar y controlar Se requieren equipos aguas subterráneas especiales de relativamente perforación y su costo profundas puede ser alto Muy costosos Galerías o túneles Efectivos para de subdrenaje estabilizar deslizamientos profundos en formaciones con permeabilidad significativa y aguas subterráneas Pozos profundos Útiles en Su uso es limitado de subdrenaje deslizamientos debido a la
34
/
profundos con aguas necesidad de subterráneas. operación y Efectivos para mantenimiento excavaciones no permanente. permanentes
D. ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN. Métodos en los cuales se van a colocar fuerzas externas al movimientos aumentando las fuerzas resistentes, sin disminuir las actuantes. Las estructuras de contención son obras generalmente masivas, en las cuales el peso de la estructura es un factor importante y es común colocar estructuras ancladas en las cuales la fuerza se transmite al deslizamiento por medio de un cable o varilla de acero. Cada tipo de estructura tiene un sistema diferente de trabajo y se deben diseñar de acuerdo a su comportamiento particular.
D.1
CLASIFICACIÓN
DE
ESTRUCTURAS*
CONTENCIÓN. Las estructuras de contención pueden ser:
DE
35 /
Pueden ser:
i:
&
•~j Sostenimiento
5 Cr a
-T— ¿tantas
Revestimiento
i— Gaviones * Piedra
■*' Contención
4 afierro Con Tiras Metálicas
MUROS
RÍGIDOS.- En esta
i Refuerzo con Geotextü ' — Refuerzo con Mala
categoría
se
encuentran los
r — - Anclajes y Pernos 7— Muros Anclados
Mailing o Piiotilos {tootpiles) Tablestacas ¡ Pilotes • i Pilas o Calssons
muros de concreto reforzado, concreto simple y concreto ciclópeo. Son estructuras rígidas, generalmente de concreto, las cuales no permiten deformaciones importantes sin romperse. Se apoyan sobre suelos competentes para transmitir fuerzas de su cimentación al cuerpo del muro y de esta forma generar fuerzas de contención.
36
Las estructuras de contención rígidas son aquellas estructuras de contención cuyos movimientos son de sólido rígido, pero no presentan movimientos en el interior de la estructura, es decir, no se producen flexiones en la misma. Por lo tanto, la ley de empujes viene influida exclusivamente por el valor, pero no por la forma. La utilización de muros rígidos es una de las formas más simples de manejar cortes y terraplenes. Los muros rígidos actúan como una masa relativamente concentrada que sirve de elemento contenedor a la masa inestable. El empleo de muros de contención rígidos para estabilizar deslizamientos es una práctica común en todo el mundo, pero su éxito ha sido limitado por la dificultad que existe en el análisis de cada caso en particular y por las diferencias que existen entre las fuerzas reales que actúan sobre el muro, en un caso de deslizamiento y los procedimientos de análisis basados en criterios de presiones activas, utilizando las teorías de presión de tierras de Rankine o Coulomb. Ocurre con frecuencia que un deslizamiento de rotación, en donde la fuerza actuante en el pie tiene una componente vertical importante hacia arriba, levante el muro y son muchos los casos conocidos de fracasos en el empleo de muros para controlar deslizamientos rotacionales. Entre estos tenemos:
37
/ Subdr n Piedrapegada ciclópeo con Diferentes Figura N° 2.13 Esquema DeConcreto Concreto simpleTipos De columnas de refuerzo Oénteflón Muros RígidosViga J
Concreto
Columna
armado
Concreto ciclópeo
Concreto Reforzado Una estructura de concreto reforzado resiste movimientos debidos a la presión de la tierra sobre el muro. El muro a su vez se apoya en una cimentación por fuera de la masa inestable.
38
Existen los siguientes tipos de muro reforzado: 1. Muros empotrados o en cantiliber, en forma de L o T invertida, los cuales tienen una placa semivertical o inclinada monolítica con otra placa en la base.
2. Muros con contrafuertes, en los cuales la placa vertical o inclinada está soportada por contrafuertes monolíticos que le dan rigidez y ayudan a transmitir la carga a la placa de cimentación. 3. Muros con estribos, en los cuales adicionalmente a la placa vertical y la placa de cimentación y los contrafuertes, se construye una placa superior subhorizontal que aumentan la rigidez y capacidad para soportar momentos. En la mayoría de los casos se colocan llaves o espolones de concreto debajo de la placa de cimentación para mejorar la resistencia al deslizamiento. Una pared en concreto reforzado es generalmente, económica y viable para alturas hasta de 8 metros. Para alturas mayores el espesor de la placa semivertical aumenta en forma considerable y el muro se vuelve muy costoso. Debe tenerse en cuenta que, la utilización de contrafuertes o estribos generalmente disminuye el costo comparativamente con un muro empotrado en L o T invertida. La pendiente de la pared de fachada debe dársele una inclinación ligera para evitar la sensación visual de que el muro
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se encuentra inclinado. Generalmente, se recomienda una pendiente de 1 en 50. El diseño de un muro en concreto armado incluye los siguientes aspectos: a). Diseño de la estabilidad intrínseca del muro para evitar volcamiento o deslizamiento sobre el suelo de cimentación, b). Diseño de la estabilidad general del talud o cálculo del factor de seguridad incluyendo la posibilidad de fallas por debajo de la cimentación del muro. c). Diseño de las secciones y refuerzos internos para resistir momentos y cortantes. 4. Cálculo de capacidad de soporte de la cimentación. Para el diseño estructural se supone que la placa vertical del muro se encuentra totalmente empotrada en la placa de cimentación. La Oficina de Control Geotécnico de Hong Kong recomienda que en todos los casos de muro de concreto armado se utilicen presiones de reposo para el cálculo de las fuerzas sobre las paredes del muro.
40
Figura N° 2.14 CARACTERISTICAS Resiste muy bien los esfuerzos de compresión, pero no tiene buen comportamiento frente a otros tipos de esfuerzos (tracción, flexión, cortante, etc.), por este motivo es habitual usarlo asociado al acero, recibiendo el nombre de hormigón armado.
CARACTERISTICAS FISICAS ❖
Densidad: en torno a 2.350 kg/m 3
❖
Resistencia a compresión: de 150 a 500 kg/cm 2 (15 a 50 Mapa) para el hormigón ordinario. Existen hormigones especiales de alta resistencia que alcanzan hasta 2.000 kg/cm2 (200 Mapa).
❖
Resistencia a tracción: proporcionalmente baja, es del orden de un décimo de la resistencia a compresión y, generalmente, poco significativa en el cálculo global.
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Resistencia a la volcadura Deslizamiento y Asentamiento Por lo general, el muro se hace más grueso de lo requerido en la parte inferior con la finalidad que la sección adoptada, logre satisfacer el esfuerzo cortante y el diseño balanceado. El Talón y la punta déla base se proyectan como voladizos soportados por el muro, el peso del suelo tiende a doblar el Talón hacia abajo en sentido contrario de una "resistencia pequeña" de la presión del suelo bajo la base, por contraste la presión ascendente del suelo tiende a doblar la punta hacia arriba, por ello para el Talón el acero principal se coloca cerca de la parte superior y para la punta, cerca de la parte inferior. El muro se construye después de la base, por lo general se forma una cuña en la parte superior de la base para evitar que el muro se deslice, además se dejan espigas salientes en la base para amarrar el muro a ellas (a razón de una espiga por varilla del muro); las espigas pueden prolongarse para que sirvan también como refuerzo del muro. Recomendaciones para muros de concreto armado El diseño de muros en voladizo difiere del de muros de gravedad en los siguientes factores: a. La fricción suelo - muro en su parte posterior no se tiene en cuenta por no existir desplazamiento a lo largo de este plano. Se considera que el suelo se desplaza solidariamente con el muro.
42
b. El peso del suelo sobre el cimiento se considera como parte integral de la masa del muro en el cálculo de fuerzas.
c. Se supone que el plano de aplicación de las presiones activas es el plano vertical tomado en el extremo posterior del cimiento del muro.
d. El diseño estructural interno requiere de especial cuidado. En ocasiones en necesario colocar un dentellón para mejorar la resistencia al deslizamiento. En los demás aspectos el diseño debe realizarse en la misma forma que el de un muro de gravedad.
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CONCRETO CICLÓPEO
^
Se llama construcción ciclópea a la realizada con grandes piedras sin argamasa. Aunque algunos arqueólogos, las denominan también construcciones megalíticas, las construcciones ciclópeas se distinguen de aquéllas en que tienen algún aparejo que puede ser más o menos poligonal y semi escuadrado o bien ciclópeo propiamente dicho; no así las megalíticas. Capa tic concreto fluido
Figura
N°
2.15
Pasos
en
la
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Construcción de
Rocas sobre la,cap a de concreto
Se agrega otra capa de concreto iluido w w* ^"7"/ / ^
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un Muro Ciclópeo
Los muros de concreto ciclópeo requieren un terreno de apoyo firme y no susceptible a sufrir asentamientos por consolidación de las capas del suelo, esto es una condición indispensable.
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Los muros de contención de hormigón ciclópeo son aquellos elementos estructurales que se sitúan para retener cargas de empujes laterales del terreno hacia un posible espacio, evitando deslizamientos al interior del mismo.
Estos muros tienen una buena reacción ante esfuerzos de compresión que ejerce el empuje lateral sobre la superficie excavada, sin embargo el desempeño del muro de contención a esfuerzos de pandeo por sub momentos de tracción ocasionados por curvas laterales, niveles freáticos, por lo cual se debe incrementar el espesor del muro de contención para retener estas cargas.
Cuadro N° 2.7: Estructuras de Contención rígidas Muro Ventajas Desventajas Reforzado Los muros de concreto reforzado pueden emplearse en alturas grandes (superiores a ocho metros), Requieren de buen piso de previo su diseño estructural y cimentación. estabilidad. Se utilizan métodos Son poco económicos en alturas convencionales de construcción, en muy grandes y requieren de los cuales la mayoría de los formaletas especiales. Su poco maestros de construcción tienen peso los hace poco efectivos en experiencia. muchos casos de estabilización de deslizamientos de masas grandes de suelo. Concreto Relativamente simples de construir Se requiere una muy buena simple y mantener, pueden construirse en fundación y no permiten curvas y en diferentes formas para deformaciones importantes, se propósitos arquitectónicos y pueden necesitan cantidades grandes de colocarse enchapes para mejorar concreto y un tiempo de curado su apariencia exterior. antes de que puedan trabajar efectivamente.
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Concreto ciclópeo
Concreto ciclópeo con columnas de refuerzo Mamposterí a o bloques de roca pegados con concreto
Generalmente, son poco económicos para alturas mayores de tres metros. Se requiere muy buena Similares a los de concreto simple. fundación. Utilizan bloques o cantos de roca El concreto ciclópeo (cantos de como material embebido, roca y concreto) no puede disminuyendo los volúmenes de soportar esfuerzos de flexión concreto. Generalmente, son más grandes. Se requiere la económicos que los de concreto disponibilidad de bloques de simple o reforzado. roca. Combinan las ventajas de Se requiere muy buena economía del concreto ciclópeo con fundación. la capacidad de flexión del concreto Es muy poca la investigación reforzado. sobre su comportamiento y no existe una metodología aceptada de diseño. Son muy económicos cuando hay Se requiere muy buena disponibilidad de bloques de roca. fundación. Resistencia muy baja a la flexión. Son muy vulnerables Son visualmente atractivos. a los movimientos.
MUROS FLEXIBLES- Se incluyen los muros en gaviones, los muros criba, los pedraplenes y los muros de tierra con llantas usadas, entre otros.
Son estructuras masivas, flexibles. Se adaptan.a los movimientos. Su efectividad depende de su peso y de la capacidad de soportar deformaciones importantes sin que se rompa su estructura.
Las estructuras de contención flexibles son aquellas en las que los movimientos de sólido rígido y los movimientos
46
debidos a la flexión de la propia estructura, se producen en porcentajes similares. Esta deformación hace que el ( \
movimiento de la estructura influya tanto en el valor, como en la forma de la ley de empujes sobre la estructura. La principal diferencia entre pantallas y entibaciones, es que las entibaciones son mucho más flexibles que las pantallas.
Los muros pantalla son elementos estructurales de contención de tierras, empleados tanto para sistemas de retención
y
contención
temporal
como
paredes
permanentes, solución muy utilizada en sótanos y aparcamientos subterráneos.
Un muro pantalla o pantalla de hormigón in situ es una estructura de contención flexible muy empleado en ingeniería civil y que se realiza en la propia obra, lo que les diferencia de las pantallas de paneles prefabricados de hormigón.
47 /
Amarres desoga en polipropileno
Llantas
Figura N° 2.16 Esquemas de algunos tipos de muros flexibles
48 /
MUROS CRIBA. El muro criba es básicamente una estructura parecida a una caja formada por prefabricados de concreto entrelazados. El espacio interior de las cajas se rellena con suelo granular permeable o roca para darle
49 /
resistencia y peso conformando un muro de gravedad. Generalmente existen dos tipos de prefabricados que se colocan en forma paralela a la superficie del talud o normal a éste.
Los travesaños son prefabricados normales al eje del muro en forma de I horizontal. En ocasiones, los travesaños son de una longitud tal que obliga a la construcción de un elemento intermedio similar a sus puntas. Los largueros son prefabricados largos que se apoyan sobre los travesaños y que tienen como objeto contener el material colocado dentro de las cajas o cribas. Las fuerzas son transferidas entre los prefabricados en los puntos de unión.
Figura N° 2.17 muros flexibles Criba
50
GAVIONES Los gaviones son cajones de malla de alambre galvanizado que se rellenan de cantos de roca. Los muros en gaviones son estructuras de gravedad y su diseño sigue la práctica estándar de la ingeniería civil. Debe tenerse en cuenta, de manera muy especial, el amarre entre unidades de gaviones para evitar el movimiento de unidades aisladas y poder garantizar un muro monolítico. Por su flexibilidad el muro de gaviones puede deformarse fácilmente al ser sometido a presiones, diferenciándose un poco su comportamiento de los muros convencionales. El muro puede flectarse sin necesidad de que ocurra su volcamiento o deslizamiento, y es común encontrar deflexiones hasta el 20% de la altura. Algunas de las ventajas de un muro en gaviones son las siguientes: ❖
Simple de construir, mantener y utiliza los cantos y rocas disponibles en el sitio.
❖
Se puede construir sobre fundaciones débiles.
❖
Su estructura es flexible, puede tolerar asentamientos diferenciales mayores que otro tipo de muros y es fácil de demoler o reparar.
Se pueden emplear tres tipos de mallas diferentes, hexagonales o de triple torsión, electrosoldada y eslabonada simple. Existe una gran cantidad de tamaños de malla disponible para formar las cajas. Generalmente, se utilizan cajas de 2m x 1m x 1m. La forma básica es
51 trapezoidal. El principal problema consiste en que las mallas pueden presentar corrosión en suelos ácidos (pH < 6). Para estos casos la triple capa de zinc o “galvanización pesada”
(ASTM A641), así como el Bezinal® (ASTM A856), aseguran una buena protección de PVC, el cual es recomendado en casos de corrosión severa.
Figura N° 2.18 muros de Gaviones CLASES DE GAVION Gavión Caja.- Los gaviones tipo caja son estructuras en forma de prisma rectangular fabricadas con malla hexagonal de doble torsión producidas con alambres de bajo contenido de carbono revestidos.
Los gaviones son subdivididos en células por diafragmas cuya función es reforzar la estructura. Toda la red, con excepción la de los diafragmas, es reforzada en sus extremidades por alambres de diámetro mayor que el de la malla, para fortalecer los gaviones y facilitar su montaje e
52 instalación.
Figura N° 2.19 muros de Gaviones tipo caja Gavión Saco.Estos gaviones están formados a partir de un único panel de malla hexagonal a doble torsión producida con alambres de bajo tenor de carbono revestidos y adicionalmente protegidos por una camada continua de material plástico (aplicada por extrusión).
Para el cierre de las extremidades del gavión tipo saco, cada unidad es provista con alambres de acero insertados alternadamente entre las penúltimas mallas de los bordes libres. Tales alambres refuerzan cada elemento y le confieren mayor rapidez durante su instalación. Debido al contacto constante con aguas de calidad en general desconocida, los gaviones tipo saco son producidos en malla hexagonal a doble torsión fabricada con alambres protejidos con aleación Zinc/Aluminio y revestidos con material plástico, tornándolos eficientes para uso en marinas, ambientes polidos y/o químicamente agresivos. El relleno de los gaviones tipo saco puede ser realizado por
53 sus extremidades o por el lateral, luego de esta operación, ellos son aplicados utilizando equipamientos mecánicos (lingas, grúas, etc.).
Los gaviones tipo saco son usados principalmente en obras emergenciales, en obras hidráulicas donde las condiciones locales requieren una rápida intervención o cuando el agua no permite un fácil acceso al lugar (instalaciones subacuáticas) o cuando el suelo de apoyo presenta baja capacidad soporte.
MUROS EN PIEDRA (MURO DE CONTENCION EN ESCOLLERA)
El elemento principal que interviene en la ejecución de la tipología de muro es el bloque de escollera, unidad básica a partir de la cual, por agregación se construye el muro.
1 000 kg - 1 tonelada
Figura N° 2.20 Muros en Piedra
Es por ello que las propiedades de los bloques tienen una especial incidencia en el comportamiento de la obra. Los bloques de escollera deben provenir de macizos rocosos
54 sanos, de canteras, o de las excavaciones de la propia obra y se obtendrán mediante voladura.
Cimiento La cota de cimentación será de acuerdo con los criterios establecidos en el análisis del estudio de suelos, siendo recomendable en todo caso, una profundidad mínima de un metro. El fondo de la excavación de la cimentación se ejecutara normalmente con una contra inclinación respecto a la horizontal de valor aproximado de 3H: 1V. En general la escollera del cimiento se debe hormigonar pudiendo en ocasiones utilizar recebo pétreo con material de las mismas características de la escollera. El hormigonado del cimiento del muro de escollera es necesario para poder considerar que trabaja como elemento rígido.
Figura N° 2.21 Muros en Piedra Cimiento
55 La cota a alcanzar con el hormigón y las pendientes a dar con su superficie para evitar a comulaciones de agua enrazando normalmente con los bordes de la excavación o los elementos de drenaje.
Figura N° 2.22 Muros en Piedra Cuerpo del muro La superficie de apoyo de la primera hilada de la escollera sobre la cara superior del cimiento de escollera hormigonada, debe tener una inclinación media hacia el trasdós entorno al 3H: 1V y presentar una superficie final dentada e irregular que garantiza la Trabazón entre el cuerpo del muro y la cimentación.
56
Figura N° 2.22 Definición geométrica de la sección tipo de un muro escollera
Trasdós En general se deberá disponer un relleno de material granular en el trasdós del muro con un espesor mínimo de un metro. Con este relleno de material granular se pretende las siguientes funciones. ❖
Materializar una transición granulo métrica entre el terreno natural relleno del cuerpo del muro.
❖
Repartir del modo relativamente uniforme, los empujes sobre el cuerpo del muro de escollera.
❖
Interponer
una
capa
granular
con
buenas
características drenantes entre el terreno natural o relleno y el muro
57 ❖
Dificultar la salida de material del terreno natural o relleno, a través de los huecos entre bloques de escollera.
b
Figura N° 2.23 Definición geométrica Muro de Piedra Elementos de drenaje Drenaje superficial: se debe proyectar medidas oportunas para evitar que el agua de escorrentía desagüe al relleno granular del trasdós del propio muro de escollera. Drenaje subterráneo: debe evitarse la comulación de aguas en el trasdós y el cimiento del muro.
MURO DE LLANTAS USADAS
Los muros en llantas usadas conocidos como Pneusol o Tiresoil, consisten en rellenos de suelo con llantas de caucho usadas embebidas. Las llantas son unidas entre sí por soga de refuerzo. Generalmente, se utilizan sogas de polipropileno
58 y se conoce de la utilización de elementos metálicos (Abramson, 1996)
Los muros de llantas usadas son muy flexibles y se acomodan fácilmente a los asentamientos referenciales. Cada llanta se conecta a su vecina con soga de polipropileno o nylon. Generalmente, se utilizan tendones de 8 a 10 mm de diámetro. Sumanarathna (1997), reporta muros hasta de 20 metros de altura utilizando llantas usadas. La resistencia a la extracción (pull-out) es relativamente alta para los grupos de llantas y el peso unitario del relleno es relativamente bajo. La deformabilidad del terraplén es alta, pero su resistencia al cortante también aumenta. El muro de llantas puede ser integral en tal forma, que todo el volumen de terraplén esté entrelazado con llantas, las cuales ocupan buena parte de su volumen total.
Alternativamente se puede utilizar el sistema de muro de 'I
llantas en el cual se colocan llantas en la parte posterior del terraplén y como anclaje, sogas de polipropileno, las cuales amarran las llantas internas con las llantas en la pared exterior del muro. Generalmente el análisis interno de los muros con llantas es el de un muro MSE o de tierra reforzada.
Tanto los elementos de anclaje como los de retención superficial del suelo son construidos con llantas. Varias de las
59 llantas en la superficie del talud son conectadas por medio de sogas de acuerdo a una determinada distribución. Como las llantas en la superficie están conectadas a las llantas de anclaje, se genera una fuerza de acción en la soga que las conecta. Si este refuerzo es lo suficientemente fuerte para no fallar, la tensión y la resistencia de la extracción de la llanta es mayor que la fuerza de fricción, entonces la estructura permanecerá estable. Los muros de llantas deben contener sistemas de drenaje en forma similar a los muros de tierra reforzada. /— MENTE O.SftlV o «,3H¡W
Figura N° 2.24 Muro de Llantas
60
Figura N° 2.25 Muro de Llantas
61
Muro Gaviones
Criba
Llantas (Neusol) Enrocado pedraplén Bolsacreto
Cuadro N° 2.8: Estructuras de Contención Flexibles Ventajas Desventajas Fácil alivio de presiones de agua. Soportan Las mallas de acero galvanizado se movimientos sin pérdida corroen fácilmente en ambientes de eficiencia. Es de ácidos, por ejemplo, en suelos construcción sencilla y residuales de granitos se requiere económica. cantos o bloques de roca, los cuales no necesariamente están disponibles en todos los sitios. Al amarre de la malla y las unidades generalmente no se le hace un buen control de calidad. Simple de construir y Se requiere material granular, automantener. Utiliza el drenante. Puede ser costoso suelo en la mayor parte cuando se construye un r solo muro de su volumen. Utiliza por la necesidad de prefabricar los elementos elementos de concreto reforzado. prefabricados, los cuales Generalmente no funciona en permiten un mejor alturas superiores a siete metros. control de calidad. No existen procedimientos Son fáciles de construir y confiables de diseño y su vida útil no ayudan en el reciclaje de es conocida. los elementos utilizados. o Requieren de la utilización de Son fáciles de construir y bloques o cantos de tamaño económicos cuando hay relativamente grande. roca disponible. Fáciles de construir en Son relativamente costosos. contacto con cuerpos de agua.
TIERRA REFORZADA El sistema más popular de muros de tierra reforzada es el refuerzo de terraplenes con geotextiles, en el cual el mecanismo
de
transmisión
de
esfuerzos
es
predominantemente de fricción. Existe una gran cantidad de geotextiles de diferentes propiedades mecánicas, tejidos y no tejidos. Los rellenos utilizados son
62
generalmente materiales granulares que van desde arenas limosas hasta gravas. Un problema importante de los geotextiles es su deterioro con la luz ultravioleta del sol y por esto se requiere que este material permanezca cubierto, con concreto emulsión asfáltica o suelo con vegetación. Recientemente se han introducido en el mercado las geomallas que son mallas poliméricas o metálicas con una forma determinada, en dos direcciones, en el cual se incluye el efecto de fricción y además, el efecto de agarre dentro del suelo. En ocasiones la geomallas lleva varillas para ayudar a la resistencia de arrancamiento de la malla. Generalmente, las geomallas tienen mayor resistencia al arrancamiento que los geotextiles.
RELLENO El material de relleno debe ser un material capaz de desarrollar fricción y no debe contener materiales orgánicos o perecederos como vegetación o residuos indeseados. Comúnmente se utiliza relleno granular pero cuando no se dispone de materiales de grava o arena se utiliza arcilla o suelos residuales, en estos casos se debe tener especial cuidado, teniendo en cuenta, la importante reducción de capacidad al arrancamiento en los suelos arcillosos, cuando son saturados (Elias y Swanson, 1983).
63
En ocasiones se utiliza piedra triturada. En este caso debe tenerse cuidado de que el refuerzo sea de un grosor suficiente que impida su rotura, causada por los bordes angulosos del triturado
Figura N° 2.26 Muro de Relleno
CONECTORES El material utilizado para conectar las paredes del muro con los anclajes y las paredes entre sí debe ser de material electrolíticamente compatible, en tal forma que no promueva la corrosión por el uso de metales disímiles. Las tuercas que se utilicen deben ser de acero grado 8. Los conectores deben diseñarse en tal forma que la resistencia total del conectar no sea inferior a la resistencia total del refuerzo.
64
Figura N° 2.27 Muro de Relleno
ESTRUCTURAS ANCLADAS El concepto básico de los muros anclados es el de resistir y reforzar las presiones de tierra mediante la instalación de anclajes de acero a espaciamientos muy entre si, usualmente entre 1 a 2 metros. Estos anclajes son conocidos como clavos de anclaje y se colocan en el talud o excavación a los espaciamientos y según las longitudes dictados por el diseño.
El procedimiento constructivo típico consiste en la construcción desde la cima al pie del corte, realizando la excavación a medida se va profundizando el corte.
Pernos Individuales no tensionados Los pernos son elementos estructurales generalmente constituidos por varillas de acero, las cuales se colocan dentro de una , perforación, la cual se inyecta posteriormente con cemento para unir la varilla al macizo de roca.
65
Realmente, lo que ocurre es un refuerzo del macizo de roca por intermedio de la varilla. En esta forma, se pueden evitar los caídos de roca y en ocasiones los deslizamientos de macizos de roca fracturada con discontinuidades muy espaciadas. El diseño de los pernos, generalmente, es empírico basado en un análisis de las discontinuidades en el macizo y de la estabilidad de los bloques. La parte más importante del diseño es determinar la localización, ángulo de inclinación y longitud de cada perno. Es importante que el diámetro del hueco y el tamaño de la varilla estén dentro de una tolerancia especificadas, en tal forma que la resina se mezcle y funcione correctamente. La barra se mete en el hueco y se mezcla la resina, haciéndola rotar. La principal ventaja de los anclajes con resina es la simplicidad y velocidad de instalación y la desventaja es que la capacidad de los pernos se limita generalmente, a 400 kN y el hecho de que solamente se pueden utilizar barras rígidas. Además, la résina no es tan efectiva para controlar la corrosión como el cemento.
ANCLAJES INDIVIDUALES TENSIONADOS (ANCLAS ACTIVAS) Este método consiste en la colocación dentro del macizo de
66
roca y muy por debajo de la superficie de falla real o potencial de una serie de tirantes de acero anclados en su punta y tensados por medio de gatos en superficie. Los anclajes generan fuerzas de compresión que aumentan la fricción y / o contrarrestan la acción de las fuerzas desestabilizadoras. Los anclajes pretensionados se colocan atravesando posibles superficies de falla, anclando los bloques a roca sana, detrás de esta superficie. El tensionamiento del perno, transmite una fuerza a la roca, produciendo una compresión y modificando los esfuerzos normales sobre la superficie de falla. Si las fuerzas de anclaje se instalan a un ángulo menor que a la normal a la superficie potencial de falla, se crea adicionalmente, una fuerza resistente que se opone al movimiento. La fuerza requerida para el anclaje, se minimiza cuando la suma del ángulo de buzamiento del ancla y el de la fractura es igual al ángulo de fricción. Se ahorra gran cantidad de pernos, instalándolos al ángulo óptimo, en lugar de colocarlos normales a la falla.
67 /
" V
Anclajes permanentes de 501 de Capacidad
Figura N° 2.29 Anclajes Permanentes
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MUROS ANCLADOS El diseño de muros anclados puede realizarse utilizando varios procedimientos. Los más comunes son el método de la cuña anclada y la utilización de análisis de estabilidad de
69
taludes por los procedimientos de Bishop o de Janbu. Algunos diseñadores utilizan la teoría de presión de tierra de Rankine o Coulomb para calcular las presiones sobre los muros anclados, sin embargo, estas teorías dan resultados totalmente aislados de la realidad porque no tienen en cuenta los elementos geotécnicos en los suelos residuales.
MICROPILOTES (SOIL NAILING) El Soil Nailing es un método de refuerzo in situ utilizando micropilotes vacíos capaces de movilizar resistencia a tensión en el caso de ocurrencia de un movimiento. Se diferencian de los pilotes en cuanto los micropilotes no resisten cargas laterales a flexión. Los micropilotes pueden ser varillas de acero, tubos o cables que se introducen dentro del suelo natural o la roca blanda y son inyectados dentro de huecos preperforados. Generalmente son espaciados a distancias relativamente pequeñas. Los micropilotes pueden ser hincados o inyectados en perforaciones previamente realizadas. Junto con el suelo estos alfileres o nail forman una estructura de suelo reforzado. Los nail o alfileres se diferencian de los anclajes en el sentido de que son pasivos, o sea, que no son postensionados. Adicionalmente los Nails están muchos más cercanamente espaciados que los anclajes. Comúnmente se utiliza un alfiler por cada uno o seis metros cuadrados desuelo de superficie. La estabilidad de la superficie
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del terreno es controlada por una capa delgada de concreto lanzado, de espesor de 12 a 18 centímetros con una malla de refuerzo. Estas estructuradas se les utilizan tanto en suelos granulares como cohesivos.
ESTRUCTURAS ENTERRADAS Las estructuras enterradas son elementos capaces de resistir esfuerzos a flexión que se colocan dentro del suelo atravezando la posible superficie de falla. Estas estructuras trabajan enpotradas en el suelo por debajo de la falla. Se conocen varios tipos de estructura enterrada así: ❖
Tablestacas
❖
Pilotes
❖
Pilas o Caissons
TABLESTACAS Las tablestacas son estructuras de contención hincadas, delgadas y esbeltas las cuales trabajan generalmente a flexión enpotradas o ancladas. Pueden ser de acero, de concreto o de madera siendo las de acero las más utilizadas. El muro de tablestaca está conformado por una serie de pilotes unidos entre sí para formar una-pared continua. La integridad del muro depende de las uniones entre pilotes
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individuales. Las tablestacas son utilizadas con relativa frecuencia como estructura de contención para la conformación de muelles en ríos o mares. Para su hincado se requiere que el suelo permita la penetración del pilote y no existan bloques o cantos grandes de roca. La sección de la tablestaca depende de la altura de la tierra a retenerse y de las condiciones del suelo y agua, así como del sistema de anclaje de los pilotes. La altura de los muros de tablestacas varía generalmente entre 4.5 y 12 metros.
PILOTES Los pilotes hincados han sido utilizados en ocasiones para la estabilización de deslizamientos activos. Este método sólo es apropiado para deslizamientos poco profundos y suelos que no fluyan entre los pilotes. Los deslizamientos profundos generalmente producen fuerzas laterales muy grandes que no pueden ser resistidas fácilmente por los pilotes. Los pilotes deben enterrarse en suelo firme y competente para evitar su arrancamiento o inclinación. Es común la ' - . ~\
utilización de estructuras de concreto armado, uniendo las cabezas de los pilotes para mejorar su rigidez y comportamiento
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en general. La resistencia o capacidad de un pilote y su efecto de factor de seguridad depende de la profundidad a la cual se encuentra hincado el pilote por debajo de las superficies de falla. El diseño de los pilotes supone la ocurrencia de presiones de tierra sobre el pilote arriba de la superficie de falla y de reacción de subrasante por debajo de esta. Internamente los pilotes se diseñan a flexión y a cortante, como se indica en la figura (Román, 1996). Para determinar el espaciámiento entre pilotes y su longitud de empotramiento dentro del suelo quieto se deben cumplir las siguientes condiciones: condiciones: a. La presión lateral sobre el pilote debe ser menor que su capacidad de soporte bajo cargas horizontales. b. El suelo entre pilotes no debe ser extruido.
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MUROS DE PILAS DE GRAN DIÁMETRO En ocasiones se construyen grandes muros a profundidades importantes construyendo construyendo pilas de gran diámetro unidas entre sí, conformando una estructura o muro de gravedad. Estos muros o pilas generalmente son de
concreto
armado y se excavan
utilizando
procedimientos similares a los de las pilas para cimentación de edificios. Generalmente se construye una sola hilera de pilas o pilotes, pero en algunos casos se utilizan dos hileras. La construcción de pilas de gran diámetro para la estabilización de deslizamientos fue descrita por Pachakis y otros (1997) para la estabilización de un talud en Grecia. El sistema consiste en la construcción de filas de pilas fundidas en sitio de más de un metro de diámetro a un espaciamiento similar a su diámetro. Las pilas se excavan en el suelo o roca y se unen entre sí por medio de vigas formando una estructura reticular. Se pueden construir en el pie, en la parte media o en la parte alta de los deslizamientos. En muchas ocasiones la construcción de muros es difícil debido a la imposibilidad de realizar excavaciones previamente a la construcción del muro. En estos casos la construcción de pilas perforadas de 1 a 2 metros de diámetro unidas entre sí para conformar un muro puede resultar una solución muy efectiva. Las pilas deben enterrarse a una profundidad suficiente dentro de un estrato competente para producir fuerzas laterales que permitan la
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estabilidad de los muros. En todos los casos la profundidad de las pilas debe sobrepasar la superficie de falla crítica. Para utilizar el efecto de arco entre las pilas éstas generalmente, se colocan a una distancia de hasta 3 diámetros entre sí. Brandl, (1996) reporta la utilización de caissons de 6 m x 4 m y profundidad de 25 m para estabilizar un deslizamiento en un esquisto meteorizado con zonas miloníticas. Estos caissons fueron construidos en etapas ayudados por concreto lanzado para permitir su hincado. Los caissons de concreto armado se diseñaron como una pared utilizando la teoría de presión de tierras y la teoría de reacción de la subrasante. Dentro de los caissons se construyeron anclajes anclajes profundos. La resistencia de las pilas puede aumentarse construyéndole construyéndole anclajes en su parte posterior bien sea perforados o como cables unidos a muertos de concreto.
75 Cuadro N° 2.9: Método de Estructuras de Contención Método Ventajas Desventajas Pilotes No son efectivos en Son efectivos en deslizamientos movimientos poco profundos o cuando profundos, en los aparece roca o suelo cuales existe suelo muy duro debajo de la debajo de la superficie de falla. superficie de falla Pocos efectivos en que sea competente deslizamientos para permitir el rotacionales. hincado y soporte de los pilotes. Anclajes o pernos pernos Efectivos en rocas Se requieren equipos especialmente cuando es especiales y son estratificada. usualmente costosos. Pantallas Útiles como Existen algunas ancladas estructuras de incertidumbres sobre contención de masas su efectividad en de tamaño pequeño algunos casos, a mediano. especialmente, cuando hay aguas subterráneas y son generalmente costosas.
76 E. MEJORAMIENTO DEL SUELO
Métodos que aumenten la resistencia del suelo. Incluyen procesos físicos y químicos que aumentan la cohesión y/o la fricción de la mezcla suelo-producto estabilizante o del suelo modificado. Cuadro N° 2.10: Método para Mejorar la Resistencia del Suelo Método Ventajas Desventajas Inyecciones o uso de La disminución de químicos. Endurecen el suelo y permeabilidad puede pueden cementar la ser un efecto superficie de falla. negativo. Magnificación. Su utilización en la es Convierte el suelo en actualidad roca utilizando rayos solamente para uso experimental. especiales desarrollados por la industria espacial. Congelación. Endurece el suelo al Efectos no congelarlo. permanentes. Electro-osmosis. Efectos no Reduce el contenido permanentes. de agua. Explosivos. Fragmenta la superficie de falla. Su efecto es limitado y puede tener efectos negativos.
GEOSINTETICOS : Segun la ASTM D D 4439:" Geosintetico , es un producto plano fabricado apartir de materiales polimericos, para ser usado como suelo, roca ,tierra o cualquier otro matetial geotecnico como parte integral de un proyecto, estructura o sistema realizado por el homnre". La tecnologia de los geosinteticos se ha convertido en una alternativa para solucionar los problemas tanto tecnicos como economicos de los proyectos de ingenieria y su implementacion se ha hecho en la mayoria de los casos de forma empirica, retomando resultados de experiencias en proyectos anteriores , Bajo este concepto, en muchas ocasiones los geosinteticos han sido una solucion exitosa pero en algunos casos la falta de conocimiento y de una metodologia de diseño que permita definir los requerimientos de estos materiales para cada proyecto. Como ventajas principales se destacan(Degussa,2004).
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a)DURABILIDAD. Por emplear fibras sinteticas en su produccion, resisten la accion del tiempo y los agentes agresivos naturales. b)DUCTILIDAD. Se adaptan a innumerables usos, en sus distintas formas y funciones. c)RESISTENCIA. Por tratarse de fibras de alta tenacidad presentan altos valores de resistencia a esfuerzos (traccion, desgarramiento,punzeado, etc.) d)TRABAJABILIDAD. Constituyen materiales livianos ,flexibles, y de facil instalacion . FUNCIONEA PRINCIPALES Las funciones principales que cumplen los geo sintéticos, se agrupan en mecánicas e hidráulicas. Entre las funciones mecánicas se tienen: a)REFUERZO. Mejoran la calidad de suelo ,aumentando la capacidad portante y la estabilidad de la explanada. Permiten una mejora de terrenos reduciendo su deformidad, aumentando su resistencia a cortante y aportando resistencia a traccion. b)SEPARACION. Evitan la mezcla de materiales o particulaa de suelo con diferentes propiedades físicas (granulometría, consistencia, desnidad, etc.) o quimicas. c)PROTECCION. Gracias al entrelazado mecanico de sus fibras y a su estrutura tridimensional, los geotextiles no tejidos presentan unas excelentes prestaciones mecanicas al punzonamiento. Entre las funciones hidraulicas se tiene: a)FILTRACION. Los geotextiles y geocompuestos drenantes actuan como f iltro, reteniendo particulas de suelo que pueda transportar el agua al fluir entre el suelo y la capa de material seleccionado. b)DRENAJE. La estructura tridimensional de ciertos geosinteticos facilita la conduccion de liquidos y gases. CLASIFICACION GENERAL : Dentro del campo de los geosinteticos, existen diversos tipos de productos dependiendo de la funcion que se persiga, entre estos estan: _Geotextil, geogrilla o geomalla, geonet o geored, geomembrana, geodren, geoceldas, geomanta y geocompuestos.
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FUNCIONES
GEOTEXTI LES
Separacion
*
Filtracion
*
Refuerzo
*
Drenaje
*
Proteccion
*
Impermeabiliz acion
*
GEOCOMPUE STOS
GEOMEMBRA GEOMAL NAS LAS
* * * * Tabla .Funciones de los geosinteticos
Para el tema en estudio solo se expkicara dentro de los geosinteticos al geotextil y la geomenbrana. GEOTEXTIL El geotextil ss una manta flexible, de poco peso y espesor, constituidas por fibras polimericas extruidas o estiradas, filamentos o aplanadas, fabricadas por procesos de origen textil, con trama regular(tejidos) o entrecruzada sin ordenacion preferente(no tejido). CLASIFICACION DE LOS GEOTEXTILES
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FUNCIONES DE UN GEOTEXTIL Las funciones que puede cumplir un geotextil, al ser aplicado en obra, son simultanea y aisladamente: separación ,filtro ,protección ,refuerzo ,drenaje planar. GEOMEMBRANA Una geomembrana se define como un recubrimiento, membrana o barrera de muy baja permeabilidad usada con cualquier tipo de material relacionado aplicado a la ingenieria geotecnica para controlar la migracion de fluidos en cualquier proyecto, estructura o sistema realizado por el hombre. Las geomembranas tienen las siguientes caracteristicas: Alta durabilidad ,resistentes a la mayoria e iquidos peligrosos -alta resistencia quimica, resistente a la radiacion ultra violeta(U.V)y economica. Existen dos grandes grupos en este tipo de Geosinteticos tales como: ⊙ GEOMEMBRANAS ⊙ MEMBRANAS
DE POLIETILENO
DE CLORURO DE POLIVINILO (PVC)
GEOMEMBRANAS DE POLIETILENO Geomembrana de polietileno de alta densidad HDPE y Geomembranas Ultra flexibles de polietileno Liso de baja densidad lineal LLDPE, las cuales se utilizan de acuerdo a la aplicacion que se requiera. Las geomembranas Ultra flexibles de polietileno lisa de baja dnsidad linea (LLDPE) son fabricadas con resina de polietileno virgen, especificamente diseñada para la fabricacion de Geomembranas flexibles.Sus caracteristicas superiores tanto en elongacion uniaxial la hacen adecuada para aplicaciones donde se esperan asentamientos diferenciales o locales en el suelo de apoyo , tales como pilas de lixiviacion, cubiertas de vertederos, o cualquier aplicacion donde las deformaciones fuera del plano son criticas, como es el caso de Biodigestores o encarpamientos de lagunas anaerobicas. MEMBRANAS DE CLORURO DE POLIVINILO(PVC) Las membranas de PVC son fabricadas con caracteristicas tecnicas eapeciales, como por ejemplo de alta flexbilidad para el recubrimiento de tuneles, mmbranas texturizadas para desarrolar mas friccion con el suelo cuando los taludes a recubrir tienen pendientes importantes, membranas con aditivos especiales para retardar la combustion en aplicaciones donde se requiera materiales de construccion con flamabilidad controlada. COLCHON RENO
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CARACTERISTICAS El colchon reno es una estrutura mrtalica, en fotma de paralelepipedo, de gran area y pequeño grosor. Es formado por dos elementos separados , la base y la tapa, ambos producidos con malla hexagonal de doble torsion. El paño que forma la base es doblado , durantr la produccion, para formar los diafragmas, uno cada metro, los cuales dividen el colchon en celdas de aproximadamente dos cuadros de cuadrado. En obra es desdoblado y ensamblado para que asuma la forma de paralelepipedo. Su int erior es llenado de piedras de diametros adecuados en funcion de la dimension de la malla hexagonal. DIMENSIONES Las dimensiones de los colchones Reno son estandarizadas. El largo ,siempre multiplo de 1m, varia de 4m a 6m, mientras que el ancho es siempre de 2m. El espesor puede variar entre 0,17m, 0,23m y 0,30 m . A pedido pueden ser fabricados colchones Reno de medidas difrentes en aquellas estandarozadas. REVESTIMIENTO DE MARGENES SUJETOS AL EFEC4O DE OLAS Las margenes de los grandes ríos y canales, de los reservorios originados por la presa y de los grandes lagos están sujetas a solidificaciones se oleaje generados por el viento , de forma similar a lo que ocurre en las cos tas maritimas pero en menos escala, y por el pasaje de embarcaciones.
