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ENCARTE TCNICO Septiembre / 2005

ESTRUCTURAS EN SUELO REFORZADO CON EL SISTEMA TERRAMESH

Este informe tiene por finalidad presentar informaciones sobre las estructuras en suelo reforzado con nfasis en el Sistema Terramesh. Sern abordados varios temas, desde conceptos bsicos sobre la estabilidad de taludes hasta la metodologa utilizada para la verificacin de la estabilidad de las estructuras de suelo reforzado, pasando por el dimensionamiento de los refuerzos necesarios para la constitucin de estas estructuras.

Sern presentados los siguientes temas:

1. NOCIONES BSICAS SOBRE ESTABILIDAD DE TALUDES; 2. MTODOS PARA LA ESTABILIZACIN DE TALUDES;

3. SUELO REFORZADO CON EL SISTEMA TERRAMESH

A - Concepto de Suelo Reforzado;

B - El Sistema Terramesh;

C - Ensayos realizados;

D - Proceso constructivo; E - Metodologa propuesta para el dimensionamiento;

F - El programa Macstars 2000;

G - Case de una obra (clculo manual y con el programa Macstars 2000) - EJEMPLO DE APLICACION;

H - Fotos de la Obra;

4. BIBLIOGRAFIA. 1. NOCIONES BSICAS SOBRE ESTABILIDAD DE TALUDES Se conoce con el nombre genrico de talud a cualquier superficie inclinada con relacin a la horizontal adoptada por las estructuras en tierra, tanto de forma natural como por la intervencin humana en una obra de ingeniera [8]. Partiendo de este principio, los taludes se dividen en naturales (vertiente, barrancas) o artificiales (cortes, terraplenes).

Aunque los taludes naturales puedan presentar problemas de vital importancia, en este informe sern tratados predominantemente los taludes artificiales aunque sern mencionados algunos problemas que pueden ser fuente de preocupacin en los taludes naturales.

En el campo de estudio del comportamiento de los taludes, existen pioneros tales como Coulomb (1776) que preconiz la falla plana de los taludes, Collin (1845) que habl por primera vez de superficies de deslizamiento curvas, Petterson (1916) y Fellenius (1927) de la escuela sueca entre otros.

Actualmente, las investigaciones todava estn muy lejos de solucionar todos los aspectos de la anlisis de taludes, y otras teoras y mtodos de clculo estn siendo estudiados. Entre estos podemos citar a la teora de la Elasticidad y Plasticidad que ofrecen perspectivas bastante interesantes [8].

La verificacin de la estabilidad de los taludes se hace necesaria debido a la posibilidad de ocurrencia de deslizamientos o movimientos de masa, inducidos por el aumento de las solicitaciones (tensiones de corte) o por la reduccin de su resistencia. En el primer caso, el aumento de las solicitaciones es, en general, debido a: sobrecargas en el coronamiento (terraplenes, construcciones, etc.), descarga en la base (cortes, excavaciones, erosiones, etc.), vibraciones (terremotos, mquinas, etc.). En el segundo caso, los factores ms comunes para la reduccin de la resistencia son: intemperismo de los minerales, modificaciones estructurales (fisuracin, amasamiento, etc.), aumento de las presiones de poros.

A - Tipos y causas de las fallas ms comunes

Cualquier talud est sujeto a fuerzas naturales que tienden a hacer que las partculas y porciones de suelo prximas a sus limites deslicen y caigan; este fenmeno es mas intenso en las proximidades de la superficie inclinada del talud, debido a la falta de una presin normal confinante en esta regin. Podemos clasificar los procesos de falla segn la forma o el tipo de movimiento de la siguiente manera:

A.1 - Cada o desprendimiento (falls): Generalmente ocurre en taludes extremadamente verticales y son generados por la accin de la gravedad, ocurriendo a velocidades elevadas.

A.2 - Volcamientos: tipo de falla que asocia rotacin con basculamiento de placas de material rocoso, causado por la accin de la gravedad y/o por el efecto de la presin de poros generada por el agua que se infiltra en las fisuras o grietas de los bloques de piedra.

A.3 - Deslizamientos (slides): Superficies de corte bien definidas, se pueden formar dentro de macizos de piedra o suelo. Esas superficies frecuentemente se asemejan a arcos, pero tambin pueden ser parcialmente planas. Los tipos de deslizamientos resultantes sern:

a - rotacionales: En general ocurren con materiales homo-gneos, siendo la masa inestable considerada rgida;

b - translacionales: Superficies de rotura planas, relaciona-das con regiones de baja resistencia (interfase suelo / roca, fallas, estratificaciones, etc.) y con movimiento continuo;

Figura 01 - Cada o desprendimiento de bloques

Figura 02 - Deslizamientos rotacionales. Circular y no circular.

Figura 03 - Deslizamientos translacionales. El dibujo muestra una superficie plana y paralela al talud.

ROTACIONAL NO CIRCULAR

ROTACIONAL CIRCULAR

c combinados o compuestos: ocurren en taludes naturales de suelos no homogneos, con superficies de rotura no lineales.

A.4 - Escurrimiento (flujos): Es un movimiento continuo de una masa de suelo, roca y/o detritos que envuelve una deformacin interna mucho mayor que la de un deslizamiento, con una zona de rotura bien definida.

En suelos cohesivos la humedad debe estar por encima del lmite de liquidez caracterizando un comportamiento viscoso, en caso contrario el movimiento se caracterizar como escurrimiento. Eso no ocurre en suelos no cohesivos, donde el escurrimiento puede ocurrir mismo cuando el suelo estuviera seco. Pueden ser subdivididos en:

a - lentos (creep): Tambin conocidos como fluencia, ocurren en materiales de comportamiento plstico y se caracterizan por movimientos continuos sin superficie de rotura definida y con tensiones totales constantes. Son todava clasificados como: Superficiales, Profundos, Progresivos, Ps Rotura.

b - rpidos: Son producidos por la elevacin de la presin neutra y la reduccin de la resistencia al corte, conocido tambin como flujos, generalmente ocurren durante o despus de los perodos de lluvia. Se presentan en forma de lengua extendido en la base, siendo caractersticos de taludes suaves formados por materiales con comportamiento de fluido poco viscoso y en condiciones no drenadas. Pueden ser clasificados como: flujo de tierra (flow slides), flujo de lama (mudflow) o flujo de detritos (debrisflow).

2. MTODOS PARA LA ESTABILIZACIN DE TALUDES

La correcta realizacin de un proyecto de estabilizacin debe prever tres etapas distintas y complementarias, ellas son: diagnstico, solucin y monitoreo [9].

En la etapa de diagnstico debern ser identificadas todas las caractersticas del problema, como todos los datos necesarios para escoger la mejor solucin, incluyendo estudios geolgicos y geotcnicos.

En la etapa de solucin las informaciones obtenidas durante el diagnstico sern transformadas en una propuesta tcnica pues, en la mayora de los casos, existen varias soluciones para un mismo problema y la eleccin entre estas deber estar basada en criterios tcnicos y en una optimizacin de costos.

Finalmente, despus de la definicin de la solucin adoptada, se debe verificar la necesidad de un sistema de monitoreo y, para eso, siempre en base a la solucin adoptada, deben ser definidos los instrumentos necesarios(1) (pluvimetros, piezmetros, inclinmetros, clulas de carga, entre otros).

Como ya fue mencionado, son varias las posibles soluciones para los problemas de estabilidad de taludes. La prctica nos muestra

que, para cualquier tipo de problema, un correcto drenaje y una necesaria proteccin superficial siempre deben estar presentes, siendo en muchos casos la propia solucin [9].

Como ya hemos mencionado, los proyectos de obras de estabilizacin de taludes deben ser elaborados con base en ensayos geotcnicos realizados y datos hidrolgicos y debern constar de todos los elementos necesarios para su ejecucin.

Los siguientes factores condicionantes deben ser considerados en la eleccin de la solucin a ser adoptada: ?? Acceso; ?? Altura del talud; ?? Materiales disponibles; ?? Caractersticas de los suelos; ?? Presencia de interferencias; ?? Situaciones del perfil proyectado en relacin a lo existente; ?? Medio ambiente; ?? Desapropiaciones necesarias. Debe ser prevista la ejecucin de medidas correctivas en las reas de riesgo y en locales que, durante el desarrollo del proyecto geomtrico y de movimiento de tierras, hayan sido consideradas necesarias para la obtencin de la estabilidad de los macizos [11].

Las soluciones adoptadas pueden ser clasificadas en una o ms de las siguientes categoras [11]:

A - Obras de estabilizacin sin elementos de contencin:

A1 - Modificacin de la geometra del talud (retaludamiento total o parcial del suelo o roca, desmonte de partes inestables, relleno estabilizante del pie del talud, entre otros);

A2 - Modificacin del rgimen hidro-geolgico (drenes sub-horizontales profundos, pozos o drenes verticales de rebajamiento del nivel fretico, galeras de drenaje, trincheras drenantes, entre otros);

A3 - Mejora de la resistencia al corte del suelo y de las zonas de baja resistencia en terrenos rocosos (inyeccin de lechada de cemento con productos qumicos, relleno de grietas en taludes rocosos con morteros de cemento, entre otros);

B - Obras de estabilizacin con elementos de contencin: B.1 - Estructuras de mampostera u hormign (muros de contencin a gravedad, muros esbeltos de paramento inclinado en la direccin del talud, muros a flexin de hormign armado o pretensado, entre otros);

B.2 - Estructuras ancladas (estructuras ancladas en la fundacin, estructuras con anclajes pasivos en bloques o placas verticales, cortinas con anclajes inyectados y pretensado, entre otros); B.3 - Estructuras diversas y dispositivos de refuerzo y proteccin del terreno:

?? Redes de acero galvanizadas fijadas con anclajes; ?? Gunitado con o sin refuerzo de malla fijada; ?? Anclajes y tirantes pretensados en taludes rocosos; ?? Tablestacas-traccionadas; ?? Gaviones; ?? Estructuras en suelo reforzado.

Figura 04 - Deslizamientos combinados.

(1) Literatura especfica: Hanna (1985) y Dunnicliff (1988) [9].

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MACCAFERRI - Septiembre / 2005

C - Obras de proteccin contra procesos inductores de inestabilidad: ?? contra la erosin; ?? de prevencin de deslizamientos;

D - Obras y otras medidas de proteccin contra los efectos de inestabilidad:

?? adopcin de reas de seguridad junto a locales inestables;

?? estructura de impacto para circunscripcin de reas de riesgo;

?? antiparas en taludes rocosos; ?? cortinas de impacto sucesivas en taludes rocosos.

3. SUELO REFORZADO CON EL SISTEMA TERRAMESH A - Concepto de Suelo Reforzado

Una estructura de suelo reforzado consiste en la introduccin de elementos resistentes a traccin convenientemente orientados, que aumentan la resistencia del suelo y disminuyen las deformaciones del macizo. En este mtodo, conocido como refuerzo de suelos, el comportamiento global del macizo es mejorado a cuesta de la transferencia de los esfuerzos para los elementos resistentes (refuerzos).

Los suelos poseen en general elevada resistencia a esfuerzos de compresin, pero baja resistencia a esfuerzos de traccin. Cuando una masa de suelo es cargada verticalmente, la misma sufre deformaciones verticales de compresin y deformaciones laterales de elongacin (traccin). Con todo lo mencionado, si la masa de suelo estuviera reforzada, los movimientos laterales seran limitados por la rigidez del refuerzo. Esta restriccin de deformaciones es obtenida gracias a la resistencia a traccin de los elementos de refuerzo. La figura 05 muestra el principio bsico del comportamiento de un suelo reforzado [9].

B - Sistema Terramesh

En la bsqueda de disminuir el costo de las obras de estabilizacin y contencin de taludes, MACCAFERRI direccion sus esfuerzos en la bsqueda de nuevas tcnicas constructivas

que permitan la utilizacin de soluciones disponibles y as obtener economa con mxima seguridad. As naci el Sistema Terramesh, basndose en el principio de suelo reforzado anteriormente explicado y la tecnologa desarrollada a inicios de los aos 60 por el Profesor Henri Vidal conocida mundialmente como terre arme" (tierra armada). Est idea puede ser encontrada en la misma naturaleza, tan solo observando como el suelo gana resistencia por la presencia de races (fibras) en su estructura que trabajan como tensores. Maccaferri presenta la solucin Terramesh en dos formas distintas (figura 06):

Terramesh System : Compuesto por refuerzos en malla hexagonal a doble torsin asociados a un paramento frontal formado por la misma malla y piedras, formando cajas (puede presentar un paramento vertical o escalonado). Terramesh Verde: Compuesto por refuerzos en malla hexagonal a doble torsin asociado a un paramento frontal formado por la unin de la misma malla a una geomanta o biomanta tridimensional y reforzado por una malla electro soldada acoplada a tringulos de acero, que definirn la inclinacin del paramento (figura 07). Este sistema es ideal para la construccin de taludes reforzados.

Figura 05 - Deformaciones en elementos de suelo con y sin refuerzo (Abramento, 1998).

Deformacin

(a) Elemento de suelo sin refuerzo.

? ?

Situacin inicial

suelo sin refuerzo Suelo

deformado

? ?

? ?

Situacin inicial Deformacin

suelo con refuerzo Suelo deformado

Refuerzo

(b) Elemento de suelo con refuerzo

Situacin final

Situacin final

? ?

Figura 06 - Terramesh System y Terramesh Verde.

Figura 07 - Componentes de los elementos Terramesh Verde.

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SISTEMA TERRAMESH TERRAMESH SYSTEM TERRAMESH VERDE

ELEMENTO TERRAMESH SYSTEM ELEMENTO TERRAMESH VERDE

La utilizacin de la malla hexagonal de doble torsin garantiza un refuerzo continuo sobre el plano horizontal. De esta manera se obtienen armaduras longitudinales continuas, que logran que la interaccin entre el relleno y la malla no solo sea por friccin, sino por corte y trabazn entre las partculas del suelo y la malla. Esto se debe a las grandes dimensiones de la abertura de la malla hexagonal comparada con el dimetro del alambre, que se traducen en un aumento general de resistencia del refuerzo, que no ocurre con materiales que trabajan nicamente a friccin.

Adems de estas caractersticas, la estructura Terramesh, presenta una serie de ventajas que son nicas:

?? La flexibilidad, que brinda a la estructura la posibilidad de acompaar los asentamientos del terreno de fundacin, manteniendo la integridad estructural;

?? La permeabilidad del paramento externo garantiza el drenaje del terreno;

?? La simplicidad constructiva permite que una estructura Terramesh sea ejecutada manualmente, con instalaciones y equipamientos mnimos (aquellos necesarios para la construccin de un relleno compactado), inclusive en las regiones ms inhspitas. El elemento Terramesh permite la realizacin del paramento externo y armadura de refuerzo de forma continua;

?? La versatilidad , que permite la construccin de estructuras con paramento externo vertical, inclinado y/o en escalones, segn las necesidades.

?? Buscando minimizar el impacto ambiental es posible insertar, durante la construccin de la estructura Terramesh, gajos de distintas especies vegetales nativas y en el caso de Terramesh Verde, se puede proceder con la aplicacin de hidrosiembra sobre el paramento de la estructura recin construida;

?? Seguridad estructural en caso de incendio en las proximidades de la estructura (debido a la presencia de malla de acero);

?? Absorcin acstica del paramento externo (18 a 28 decibeles). Es importante destacar que una detallada serie de pruebas de traccin fueron realizadas con el objetivo de obtener datos reales sobre la capacidad de anclaje con diferentes tipos de suelos, camadas de relleno superpuestas y largos de anclaje.

Las pruebas mostraron que la capacidad de anclaje obtenida por la malla hexagonal se da debido a la accin combinada entre la friccin, corte y trabazn mecnica de las partculas.

La friccin se manifiesta en la superficie de los alambres y est relacionada con el ngulo de friccin interno del material de relleno, grado de compactacin y presin efectiva.

El corte surge debido al formato tridimensional de la malla, la cual confina en su interior una porcin de relleno (figura 08). Este fenmeno puede ser observado en caso de movimientos relativos suelo malla, donde la malla al deslizarse tiende a mover el suelo, movilizando de esta manera su resistencia al corte.

La trabazn entre las partculas y la malla tiene un papel importante cuando una gran parte del relleno est graduado en un rango entre 10 y 15 veces el dimetro del alambre. Una vez realizadas las pruebas de traccin con varios tipos de rellenos con dichas caractersticas se observ un notable aumento de la capacidad de anclaje.

Es importante mencionar que la resistencia a traccin en la direccin de las torsiones es mayor que en la direccin transversal, por lo tanto los paneles de malla siempre se deben colocar de forma que la direccin de las torsiones forme un ngulo recto con la parte frontal de la estructura.

La malla hexagonal a doble torsin es bien conocida por su flexibilidad pero cuando est confinada en un relleno compactado, su comportamiento es diferente de aquel al aire libre. En la direccin perpendicular al plano de aplicacin, se mantienen sus caractersticas de flexibilidad pero el suelo limita la elongacin de la malla en el plano de aplicacin. Esto permite la colocacin de la misma sobre superficies irregulares y tambin evita, en situaciones de asentamientos diferenciales del relleno, la generacin de solicitaciones sobre la malla, como se observa en los tensores rgidos.

El suelo contiene lateralmente a la malla y no es necesaria una excesiva deformacin de la misma para que esta logre la carga de trabajo.

Las pruebas realizadas demuestran que, cuando la capacidad de anclaje supera la resistencia a traccin de la malla, la falla por ruptura tiene lugar sin deformaciones significativas del panel de refuerzo.

Es imprescindible que los paneles de malla hexagonal, usados como refuerzo, sean producidos con alambres que presenten revestimiento metlico (Galfan) y la proteccin adicional de un segundo revestimiento plstico (PVC o equivalente). Esta recomendacin esta basada en el hecho que no existe diferencia significativa entre la capacidad de anclaje de una malla galvanizada y una plastificada, y en esta ltima la durabilidad y la seguridad del Sistema Terramesh es mucho mayor ya que asegura una completa proteccin de la malla contra eventuales procesos de corrosin que pudieran ocurrir. C - Ensayos Realizados

Un proyecto involucrando dichos materiales debe considerar tres tipos de propiedades: propiedad requerida, propiedad ndice y propiedad funcional (Vidal et al, 1999). [14]

La propiedad requerida esta asociada a un valor de una funcin especificada en el proyecto para el dimensionamiento. Los productos capaces de atender a las propiedades requeridas pueden ser posteriormente sometidos a ensayos, para posibilitar el dimensionamiento final.

Las propiedades ndices son obtenidas a partir de ensayos de caracterizacin y generalmente son provedas por el fabricante. Estas propiedades son inherentes al producto y no consideran las condiciones de trabajo del geosinttico. Los ensayos de caracterizacin tienen como objetivo determinar las caractersticas bsicas del producto y poseen procedimientos establecidos bajo normas, tratndose, en general, de ensayos rpidos y simples.

La propiedad funcional debe tener en cuenta el tipo de solicitacin impuesta en la obra y las condiciones de utilizacin del geosinttico. Esta propiedad representa el comportamiento del geosinttico en condiciones de trabajo y permite considerar la interaccin con el medio adyacente.

La propiedad funcional (TD) de un determinado geosinttico puede ser determinada por la relacin entre la propiedad ndice (TB) y el factor de reduccin total (fT). El factor de reduccin total (fT) est dado por el producto de dos factores de reduccin parciales, definidos por funcin y tipo de aplicacin. [12] Figura 08 - Esquema de la intertrabazn de la malla con el suelo.

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Sobre la base de las consideraciones antes mencionadas la resistencia de proyecto de los refuerzos est dada por:

TD = TB/fT donde: TB = propiedad ndice del material a ser usado en el proyecto; TD = propiedad funcional del material a ser usado en el

proyecto; fT = factor de reduccin total para el material. Para poder definir las caractersticas de resistencia y de anclaje de la malla hexagonal a doble torsin y el comportamiento estructural del sistema Terramesh, fueron efectuadas repetidas series de ensayos, ya sea en muestras de malla (Universidad New South Wales en Canberra - Australia - 1990, STS Consultant Lab. en Chicago - USA - 1989, Bathrust - Clarabut Geotechnical Testing Inc. - Canad - 2001), o sobre estructuras de dimensiones reales (F.H.W.A - Federal Higway Administration - Chicago - EUA - 1989, Ismes Geo - Italia - 2002).

Los anlisis consideran dos aspectos diferentes:

?? Capacidad de anclaje; ?? Resistencia de la armadura confinada.

En los anlisis para verificacin, cada refuerzo es simulado a travs de una fuerza cuya intensidad es igual al menor valor entre la carga de ruptura y la de arrancamiento del refuerzo. En la inminencia del colapso, se observa:

?? Si los refuerzos estn poco anclados, el mecanismo cinemtico causa el arrancamiento y, en esta condicin, los refuerzos son simulados por su fuerza de anclaje;

?? Si los refuerzos estn bien anclados, los mecanismos cinemticos rompen los refuerzos que, en esta situacin, son simulados a travs de su resistencia a traccin ltima confinada reducida por el factor de reduccin total (fT).

C.1 - Ensayo de arrancamiento (pull out test):

La capacidad de anclaje es obtenida experimentalmente a travs de ensayos normalizados, lo que permite que los resultados sean utilizados de manera estandarizada en el anlisis, verificacin y dimensionamiento de estructuras en suelo reforzado.

La fuerza mxima necesaria para arrancar el refuerzo Fpo est dada por:

Fpo = 2.?v.L.W.? ?tg? ?

donde: ? = ngulo de friccin del relleno estructural; ? ? = Factor de interaccin entre el relleno estructural y el

refuerzo ; L = Largo enterrado del refuerzo; W = Ancho del refuerzo; ?V = Presin vertical.

De los ensayos de arrancamiento fueron obtenidos los siguientes factores de ? para la malla del Sistema Terramesh, cuando est

insertada en el suelo:

C.2- Ensayo de Carga - Resistencia de la malla:

En muros, taludes y ciertos tipos de fundaciones reforzadas, la carga de proyecto es considerada como constante a lo largo de la vida til de la estructura. Consecuentemente la resistencia de proyecto para el refuerzo (de cualquier naturaleza) debe estar basada en la resistencia necesaria al final de la vida til de la estructura.

La resistencia de proyecto del refuerzo puede ser determinada por el estado lmite ltimo de colapso o por el estado lmite de serviciabilidad.

Una distincin clara debe ser hecha entre refuerzo de fundacin de rellenos sobre suelos blandos y los refuerzos de muros, taludes y fundaciones de rellenos especiales ( ej. refuerzo de base de rellenos sobre pilotes). Para rellenos sobre suelos blandos la mxima carga de proyecto (TB) ocurre al final de la construccin en la hiptesis crtica de que no hay consolidacin del suelo de fundacin durante esta etapa, a partir de ah el incremento de resistencia (consolidacin) del suelo de apoyo hace que la carga de proyecto se reduzca con el tiempo. Para los muros y taludes, la carga de proyecto (TB) debe ser considerada constante a lo largo de la vida til de la estructura, siendo igual a la resistencia de proyecto, que prevalece hasta el final de la vida til de la estructura. C.2.1 - Resistencia nominal y Resistencia de proyecto del refuerzo

El valor de TB para el refuerzo metlico deber ser calculado en base a la resistencia del refuerzo en su seccin transversal o por un reconocido mtodo de ensayo de rotura a traccin. Para el Terramesh la referencia son los ensayos hechos de acuerdo con ASTM A-975 Gaviones y colchonetas Reno en malla hexagonal de doble torsin, que tiene en cuenta las caractersticas geomtricas de la malla tipo doble torsin.

En base a los ensayos mencionados de resistencia a traccin ejecutados en CTC, Denver-USA de acuerdo con la ASTM A-975, para la malla tipo 8x10 fabricada a partir de alambres BCC revestidos con material plsticos y dimetro 2.70mm, fue encontrado el siguiente valor medio para la resistencia nominal a traccin:

TB = 50,11 kN/m

Como fue mencionado anteriormente, para la determinacin de la resistencia de proyecto del refuerzo (TD) debe ser impuesto un factor de reduccin total (fT) a la resistencia nominal del material. Tal factor de reduccin total (fT) est dado por el producto de factores de reduccin parciales (fm), los cuales, para el Terramesh, sern definidos a continuacin. C.2.2 - Factores parciales y de Fluencia Los factores parciales (fm) son atribuidos al material de refuerzo, reduciendo su resistencia; ms all de esto, debe ser considerado un fenmeno de fluencia de los materiales (creep). Por lo tanto, un factor de fluencia debe ser tambin aplicado a la resistencia nominal del refuerzo (TB), obteniendo entonces:

TD = TB / (fcreep . fm)

donde: TB = resistencia nominal del material de refuerzo; TD = resistencia de proyecto; fcreep = factor de fluencia (creep);

ARCILLA LIMO ARENA ARENA GRUESA

0.30 0.50 0.65 0.90

Figura 09 - Simulacin de los refuerzos del Sistema Terramesh.

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1 - Factor de fluencia (creep), fcreep

La fluencia puede ser definida como la capacidad de un material a deformarse, cuando es sometido a una carga esttica de larga duracin [12]. La magnitud de las deformaciones por fluencia depende de la composicin del material que forma el refuerzo y de su estructura molecular.

El refuerzo, sometido a una carga de traccin constante, lleva un determinado intervalo de tiempo para atingir su rotura por fluencia.

La resistencia del refuerzo a ser utilizada en el dimensionamiento de un relleno reforzado debe ser basada en la expectativa de resistencia del material al final de la vida til de la obra.

En general, el factor de reduccin por fluencia es definido por el cociente entre la carga de rotura convencional (obtenida en ensayos de traccin simple) y la carga que lleva a la rotura del refuerzo por fluencia.

El nivel de fluencia de un material est directamente relacionado al porcentaje de carga mxima al que est sometido y la temperatura ambiente (Bush, 1990). Para muchos polmeros, la temperatura ambiente (10 a 30) coincide con su fase visco-elstica, por lo tanto el creep se torna una consideracin significativa en la determinacin de la capacidad de carga de los geosintticos polimricos a largo plazo.

Para el acero, cuya temperatura de transicin (en que su comportamiento visco-elstico comienza) es mayor que 500C, el creep es despreciable y se puede entonces asumir:

fcreep = 1,0 2 - Factor parcial para el material, fm El factor parcial para el material de refuerzo fm, es compuesto por varios subfactores, a saber:

fm = fm11 x fm12 x fm21 x fm22

onde: fm11 = factor relacionado con el proceso de fabricacin; fm12 = factor relacionado a la extrapolacin de datos; fm21 = factor relacionado a los daos causados durante el proceso

de instalacin; fm22 = factor relativo a los efectos ambientales en el producto.

Las consideraciones que siguen a continuacin estn basadas en la norma britnica BS 8006, se describen los subfactores y sus valores para el sistema Terramesh. 2.1 - fm11 - Factor relacionado con la fabricacin del producto Este factor es una combinacin de situaciones:

?? Si existe o no una norma para: especificacin, fabricacin y ensayo controlado de la materia prima usada en la fabricacin del refuerzo (fm111).

?? Si existe o no una norma para fijar las dimensiones y tolerancias del producto fabricado (fm112).

2.1.1 - fm111

Siguiendo el proceso requerido para refuerzos polimricos (para tener en cuenta la real distribucin de los resultados), la referencia esta hecha para resistencia nominal (correspondiendo al 95% del valor porcentual).

La resistencia nominal media, fm111 es determinada de la siguiente forma:

fm111 = 1 + 1,64.?

? - 1,64.? ??

donde: ? = resistencia base mediana del refuerzo = 50,11 kN/m; ? = desvo padrn de la resistencia base del refuerzo = 2,301.

Se determina entonces:

fm111 = 1,081

Adicionalmente, son empleados controles y procedimientos apropiados que garantizan la calidad. Maccaferri est certificada por el sistema de gestin de la calidad segn la ISO 9001:2000.

2.1.2 - fm112

Como la resistencia nominal del refuerzo depende de las tolerancias de la seccin transversal nominal, y tambin de la tolerancia del dimetro del alambre, un factor mayor que la unidad debe ser usado.

Como las tolerancias del alambre de dimetro 2,7mm son + 0,06mm ( como se muestra en la ABNT 8964 y EN 10223-3 Tabla01), entonces la tasa correspondiente entre el rea nominal (5,72mm2 para un dimetro de 2,7mm) y un rea mnima (5,47mm2 para un dimetro 2,64mm) es 1,04 y finalmente se obtiene:

fm112 = 1,04

De este modo, se tiene:

fm11 = fm111 x fm112 = 1,081 x 1,04 = 1,124 2.2 - fm12 - Factor relacionado a la extrapolacin de datos

Este factor es considerado debido a la necesidad de extrapolacin de datos ensayados y cubre la combinacin referente a:

?? Validacin de datos disponibles a fin de obtener un valor estadstico (fm121);

?? Extrapolacin de este valor estadstico ms all del tiempo de vida de servicio requerido (fm122).

2.2.1 - fm121

Representa una medida de la confiabilidad de los ensayos disponibles que debern ser sucesivamente extrapolados. Para cantidades grandes de datos disponibles a lo largo de un gran intervalo de tiempo, un anlisis estadstico permitira el uso de un valor unitario 1,0 para fm121.

Para los refuerzos Terramesh, debido a los extensos y completos ensayos llevados a cabo durante muchos aos y debido al proceso de calidad industrial, se puede asumir:

fm121 = 1,0

2.2.2 - fm122

Envuelve a las extrapolaciones de los datos disponibles (ensayados) a lo largo de un gran intervalo de tiempo (ms all del perodo de ensayo), alcanzando la vida de servicio exigida para la estructura.

Para los refuerzos Terramesh, puede ser adoptado un valor de 1,05, debido a los ms de 100 aos de experiencia en la aplicacin de la malla metlica hexagonal de doble torsin..

fm122 = 1,05

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2.3 - fm21 Factor relacionado con los daos de instalacin

Este factor parcial, relacionado con los daos de instalacin, prev las siguientes situaciones:

?? Efectos de corto plazo generados por daos ocurridos antes e inmediatamente despus de la instalacin, fm211

?? Efectos de largo plazo generados por los efectos de los daos de corto plazo, fm212

2.3.1 - fm211

El revestimiento Galfan de los alambres de acero normalmente no son daados durante el proceso de construccin, no generando efectos de corto plazo, siempre que el material utilizado para relleno estructural est de acuerdo a las normas para este tipo de estructura.

La proteccin ofrecida por el revestimiento Galfan es un proceso qumico que afecta al metal a proteger y no una proteccin como el epoxi, tampoco una pintura; este tipo de revestimiento crea un proceso electroqumico para auto regenerarse.

Ms all de esto, los refuerzos del Terramesh son provistos con un revestimiento en material plstico que es extrudido en la superficie de los alambres de acero.

Debido a este revestimiento, de doble accin protectiva, en los alambres de acero, se puede asumir un valor igual a la unidad (1,0) como factor parcial.

fm211 = 1,0

2.3.2 - fm212

Efectos de largo plazo pueden ser evidentes a lo largo del tiempo, donde los daos de corto plazo hayan causado concentracin de tensiones en los refuerzos. Tales efectos pueden ser aumentados en ambientes qumicamente agresivos.

Ensayos para evaluar los daos durante la instalacin(2) han sido realizados en forma extensiva con diferentes tipos de suelo.

Un valor mximo de 1,165 puede ser adoptado para los refuerzos Terramesh, asociando a este valor la peor graduacin de suelo para un relleno estructural (0-60mm) normalmente considerado en estos ensayos. Valores mayores a esos (hasta 0-200mm) son aceptables siempre que las camadas de proteccin sean colocadas antes y despus de la colocacin del refuerzo revestido en PVC, para evitar daos a este revestimiento. Un resumen de los resultados de los ensayos son mostrados en la tabla que sigue.

Para suelos graduados dentro del rango citado, pueden ser adoptados valores intermedios entre 1,05 y 1,165:

fm212 = 1,05 hasta 1,165 De esta forma, se tiene:

fm21 = fm211 x fm212 = 1,0 x (1,05 o 1,165) = 1,05 o 1,165

2.4 - fm22 - Factor relacionado a los efectos ambientales sobre el producto

Factor parcial que considera cualquier efecto perjudicial que pueda ser generado por el suelo en el cual el refuerzo fue

colocado, con especial atencin para acciones qumicas.

El revestimiento plstico, presente en los refuerzos Terramesh, usado para proteger los alambres de acero no est sujeto a esfuerzos de traccin particulares, porque es mucho ms deformable que el alma de acero del alambre. El plstico fue desarrollado para ser qumicamente inerte, no siendo atacado inclusive cuando es usado en ambientes caracterizados por pH mayor que 2,5. Sobre esas condiciones, se puede entonces asumir un valor de 1,05 para los refuerzos del Terramesh en relacin a los problemas de agresividad del medio en que esta colocado.

fm22 = 1,05 3 - CONCLUSIN: La siguiente tabla resume los factores parciales adoptados por Maccaferri en los clculos de verificacin y dimensionamiento de las estructuras en suelo reforzado con el sistema Terramesh y que tambin est implementado en el programa Macstars 2000:

Por lo tanto la resistencia de proyecto a largo plazo ser (de acuerdo con la norma BS 8006 Anexo A) igual a: Para arcillas, limos, arenas: TD = TB / fcreep.fm = 50,11/1,30 = 38,5 kN/m Para arenas gruesas: TD = TB / fcreep.fm = 50,11/1,44 = 34,8 kN/m

TERRAMESH 8x10/2.7 mm

Factor Relativo a Valor OBS.

fcreep Creep (fluencia) 1,0 Comportamiento

del acero no considera Creep

fm111 Control de

calidad 1,081 Resistencia base

media

fm112 Tolerancia en la industrializacin 1,04

Tolerancia de la seccin transversal

fm121 Confianza en los

datos disponibles

1,00 Certificado ISO 9001:2000

fm122

Confianza en la extrapolacin

para el periodo de vida del proyecto

1,05 Datos evaluados para 100 aos

fm211

Efecto a corto plazo para daos de

instalacin

1,00

No considera efecto a corto

plazo para daos de instalacin

fm212

Efecto a largo plazo para daos de

instalacin

1,05 - 1,165

Revestimiento en PVC

fm22 Degradacin

qumica, biolgica y UV

1,05

Alta estabilidad del revestimiento de

PVC

fT 1,30 - 1,44

Relleno Tamao de partcula (mm) # daos (por m2) fm212

limos y arcillas < 0,06 0 1,050 Arenas 0,06 2 0 1,050

Arenas gruesas 2-60 4 1,165

(2) Se recomienda consultar la BS 8006:1995, Anexo D.

7


D - Proceso Constructivo

El montaje y llenado de los elementos Terramesh se realiza de acuerdo a las instrucciones indicadas en los siguientes anexos:

01 - Cmo colocar el Terramesh System (pg. 25 y 26);

02 - Cmo colocar el Terramesh Verde (pg. 27).

Cuando una camada de elementos Terramesh es llenada y cerrada (siguiendo los mismos procedimientos de llenado utilizados para los gaviones), los nuevos elementos Terramesh vacos (camada siguiente) son posicionados sobre los primeros, interponiendo el pao de malla de refuerzo entre las capas de suelo compactado, con su largo extendindose desde la cara externa de la estructura hasta que est suficientemente anclado en la zona resistente del macizo estructural.

Los elementos Terramesh (superior e inferior) se unen entre s siguiendo un procedimiento regular de costura. Tal costura deber ser realizada a lo largo de todas las aristas en contacto, de manera continua (solamente en el paramento frontal).

Es importante recordar que la malla debe ir colocada con las torsiones en la direccin normal a la cara de la estructura.

Para evitar prdida de material fino del relleno a travs de los vacos de los elementos Terramesh, se utiliza un filtro de suelo graduado en la parte posterior de stos, que debe ser ejecutado durante la colocacin del relleno. Como alternativa, se puede utilizar un geotextil no tejido en esta interfase.

El relleno estructural deber ser constituido por suelo de buena calidad (material seleccionado), con alto ngulo de friccin y poder drenante y, principalmente, deben ser previstas obras complementarias que garanticen que sus caractersticas se mantengan inalteradas a lo largo del tiempo.

La colocacin y compactacin del relleno son efectuadas utilizando las tcnicas, equipos y mano de obra tradicionales y de acuerdo con las especificaciones locales para construcciones de este tipo.

Con base en los resultados obtenidos en las pruebas ejecutadas junto al Transport & Research Laboratory (D.O.T. UK) y al F.H.W.A. (Federal Highway Administration, 1989) ,en Chicago (EEUU), se identific un campo de valores granulomtricos mnimos y mximos aconsejable para el uso del relleno estructural. Los valores granulomtricos examinados van desde los materiales ms finos, con granulometra inferior o igual a 0.02mm (porcentual no mayor a 10%), a piedras de mayores dimensiones (hasta 200mm).

Los resultados obtenidos en las pruebas muestran que una granulometra variable entre 0.02mm y 6mm (porcentual que pasa = 100%) representa, en general, valores ptimos para el material de relleno.

El uso de materiales granulares seleccionados con las especificaciones mencionadas, garantizan las caractersticas de anclaje, aun en los casos de cambios de humedad del suelo. De cualquier manera, son admisibles materiales que no corresponden a la clasificacin presentada anteriormente, pero con capacidad de garantizar las caractersticas de anclaje y durabilidad para los refuerzos.

A pesar de esto, es importante evaluar la posibilidad de utilizar, para el relleno, materiales propios del lugar, eventualmente combinndolos con otros de mejores caractersticas (arenas, lastres, estabilizantes qumicos, etc.), siempre que stos sean parcialmente idneos.

El elemento determinante para la evaluacin de la resistencia y del poder de anclaje de la malla es el ngulo de friccin interno

del suelo a ser utilizado en el relleno, el cual se aconseja que no sea inferior a los valores de 28 a 30.

La adopcin de prcticas adecuadas en la ejecucin de rellenos garantizar que las caractersticas y el comportamiento esperados para el macizo reforzado sean aquellos estimados en la fase de diseo; de forma general la constitucin del relleno debe contemplar las siguientes etapas [16]:

?? correcta seleccin del tajo o cantera, que debe ser funcin del tipo de suelo, volumen a ser extrado y localizacin;

?? tratamiento previo de los suelos en el tajo o cantera, o sea, los suelos deben presentar humedades prximas a la especificada y deben ser homogenizados y sin presencia de suelo vegetal;

?? limpieza del terreno en la preparacin de la fundacin removiendo la vegetacin y sus races, grumos, suelos orgnicos, escombros y/ cualquier tipo de basura;

?? acumulacin del suelo superficial y del suelo orgnico para utilizacin posterior, en la fase final de la construccin del relleno, de tal forma que se utilice para el cierre, el relleno ms frtil y menos susceptible a erosiones superficiales;

?? preparacin de la superficie de contacto entre el terreno natural y el relleno, cuando sea inclinada (inclinacin superior a 1V:3H) en forma de gradas, de forma que se garantice una perfecta adherencia, impidiendo la formacin de superficies preferenciales de deslizamiento;

?? implantacin de un sistema de drenaje (superficial, sub-superficial y profundo cuando sea necesario) evitando que nacientes de agua, nivel fretico elevado o infiltraciones produzcan la saturacin del macizo;

?? ejecucin del relleno, compactndose el suelo en capas de espesor compatible con el equipo utilizado (sapos, planchas, rodillos compactadores, etc.) generalmente no superiores a 25cm y esparcidas a lo largo de toda la superficie. La compactacin de la capa de suelo en contacto con los elementos Terremesh (faja de 1.0m medida a partir de la cara posterior de los elementos Terramesh) debe ser realizada usando compactadores manuales (tipo sapo, planchas, etc.). Para la compactacin restante, deben ser usados compactadores mayores y procesos convencionales.

?? especficamente para la solucin en Terramesh Verde la capa de suelo en contacto con el paramento frontal debe llevar suelo con caractersticas que permitan el crecimiento de la vegetacin;

?? controlar la calidad de las capas compactadas, considerando bsicamente tres tems que son: control visual, control geomtrico de acabado y un control que permita medir desvo de humedad y el grado de compactacin;

?? implantar el sistema de drenaje y proteccin superficial.

El relleno debe ser realizado a medida que la estructura de contencin se construye, mediante capas.

El relleno, como ya se mencion, es colocado en capas hasta alcanzar la altura de los elementos ya instalados y llenados, luego de esto se retoma el montaje y la instalacin de los elementos Terramesh segn los criterios descritos en los anexos 01 y 02. Tal secuencia se repite hasta completar la altura total de la estructura prevista en el proyecto.

8


E - Metodologa propuesta para el dimensionamiento.

A seguir, ser demostrada la metodologa de clculo para la verificacin de una estructura en suelo reforzado con el Terramesh System, teniendo como principal fuente de datos las caractersticas intrnsecas de esta solucin.

En el dimensionamiento de las estructuras de contencin, los empujes laterales del suelo son los elementos ms significativos para un anlisis de estabilidad, siendo stos generados por el peso propio del suelo y/o por las sobrecargas aplicadas sobre l.

Los empujes pueden ser de tres tipos bien diferentes: activo, pasivo y en reposo; sin embargo, en el caso del anlisis de estructuras de contencin, los empujes relevantes desde el punto de vista de diseo son: el activo y el pasivo. Con el fin de conocer claramente el efecto de cada uno de estos esfuerzos, se puede definir:

Empuje Activo : es la presin lmite entre el suelo y el muro, producida cuando existe una tendencia de movimiento en el sentido de expandir el suelo horizontalmente.

Empuje Pasivo : es la presin lmite entre el suelo y el muro, producida cuando existe una tendencia de movimiento en el sentido de encoger el suelo horizontalmente.

Tomando en cuenta que la estructura de contencin funciona como un paramento que confina el suelo, la situacin ms crtica ocurrir cuando exista el mnimo desplazamiento del paramento y mxima movilizacin de la resistencia del suelo, o sea, la situacin en que ocurre la aplicacin del empuje activo sobre el muro (figura 10). Existen varios mtodos para la determinacin del empuje entre ellos: ?? Mtodo de Rankine; ?? Mtodo de Coulomb; ?? Anlisis de equilibrio lmite; ?? Mtodos Numricos. Entre los mtodos citados, el anlisis del equilibrio lmite se destaca por el hecho de utilizar parmetros conocidos y de fcil determinacin, adems de abarcar las limitaciones de los mtodos de Rankine y Coulomb.

El mtodo del equilibrio lmite consiste en tomar en consideracin varias posiciones para la posible superficie de ruptura y para cada una de ellas determina el valor del empuje, por equilibrio de fuerzas (figura 11). Con esto, es posible determinar la posicin crtica de la superficie de ruptura y del empuje mximo correspondiente (figura 12).

Se determina el ngulo crtico (? crit), segn el mximo empuje activo que acta sobre la estructura, respetando el equilibrio de fuerzas de acuerdo con el diagrama mostrado en la figura 13.

A partir del equilibrio de fuerzas, es posible obtener la siguiente ecuacin:

(1)

Figura 10 - Grfico Tensin x Desplazamiento.

????

?

Figura 11 - Variacin de la superficie de ruptura en funcin del ngulo crtico.

Figura 12 - Variacin del Empuje Activo en funcin del ngulo crtico.

Figura 13 - Diagrama que muestra el equilibrio de fuerzas del sistema.

? ? ? ?? ???????

????

??cos

sin.QPEa

9

?????

????

??

??????????

? ?

?


Donde el valor de ? vara en funcin del segmento BC del tringulo ABC. Lo mismo ocurre con el valor de P (peso de la masa de suelo) que vara de acuerdo con el rea de ese tringulo. A partir de ah, es posible obtener las siguientes ecuaciones:

(2)

(3)

En el anlisis propuesto, se estima la presencia de una sobrecarga uniformemente distribuida sobre el terrapln y por el mtodo del equilibrio lmite, debe ser adicionada, al peso de la cua de suelo formada por la superficie de ruptura, la porcin de carga distribuida que se encuentra sobre ella (figuras 14 y 15).

En cuanto al punto de aplicacin del empuje, se puede obtener a partir de la separacin de los efectos del suelo y de la sobrecarga. A travs de lneas paralelas a la superficie de ruptura, una pasando por el centro de gravedad de la masa de suelo y otra por el punto de aplicacin de la fuerza resultante de la carga distribuida, se obtiene el punto de aplicacin del empuje debido al suelo y debido a la carga, respectivamente (figura 15).

A partir del punto de aplicacin del empuje debido a la carga y al suelo es posible, a travs de un promedio ponderado, determinar el punto de aplicacin del empuje activo resultante.

Con relacin al empuje pasivo, su contribucin ocurrir en los casos en que la estructura se presente cimentada, sin embargo, deber ser utilizado con criterio, pues su valor contribuye en la estabilizacin de la estructura de contencin, se deber asegurar su presencia a lo largo del tiempo. Esto porque, en los casos en que esa profundidad de cimentacin sea removida, la estabilidad de la estructura de contencin ser comprometida.

Como el empuje pasivo, en general, corresponde a acciones de carga inferiores con respecto a los empujes activos, se admite la utilizacin de mtodos ms simples (Rankine) para su determinacin, sin comprometer la exactitud de los resultados:

(4)

donde: Kp es el coeficiente de empuje pasivo:

(5)

Encontrando el valor y la posicin del empuje activo que acta sobre la estructura, es posible realizar las verificaciones externas: ?? Verificacin contra el deslizamiento; ?? Verificacin contra el vuelco; ?? Presiones en la fundacin. Verificacin contra el deslizamiento

La estructura tiende a deslizarse en relacin a la fundacin sobre la cual est apoyada, en el sentido de la carga, debido a la aplicacin del empuje activo (figura 16). En este caso habr una fuerza resistente disponible que acta en la base de la estructura contraria a tal movimiento, ms la componente del empuje pasivo, si la estructura estuviese cimentada, con el fin de contrarrestar el deslizamiento. La fuerza resistente disponible es definida como: T = N.tan?* (6) donde: N = componente normal al sistema de fuerzas; ?* = ngulo de friccin entre el suelo de fundacin y la base de la

estructura. La componente normal es la sumatoria de las fuerzas verticales existentes en el sistema. Siendo as, se tiene:

(7)

donde: L = largo del refuerzo de la estructura de contencin; W = peso propio del bloque de refuerzo (paramento frontal +

masa de suelo reforzado); q = carga distribuida sobre el terrapln.

2.

____

BCHP

?? ?

??

?

?

??

?

?

???

??

tanarctan ____

HBC

H

Figura 14 - Diagrama que muestra la inclusin de la carga en el equilibrio de fuerzas del sistema.

Figura 15 - Diagrama que muestra las rectas paralelas que determinan el punto de aplicacin del empuje debido al suelo y a la carga, respectivamente.

pp KHE ...21 2??

????

sin1sin1

24tan 2

??

????

??? ??pK

? ??? ????? sin.aELqWN

Figura 16 - Deslizamiento del bloque reforzado sobre la fundacin.

??????????

??????

?????

?

?

?

10


Para una estructura en suelo reforzado es posible adoptar ? * = ? (ngulo de friccin del suelo de fundacin) y obtener el valor de la fuerza resistente disponible T.

Con todas las fuerzas, se puede definir el factor de seguridad contra el deslizamiento, como la relacin entre la sumatoria de las fuerzas estabilizantes y aquellas inestabilizantes del sistema.

Sumatoria de las fuerzas estabilizantes: ? ? Fest = T + Ep (8)

Sumatoria de las fuerzas de inestabilizantes: ? ? Fdes = Ea.cos(??? ) (9)

Factor de seguridad contra el deslizamiento: FS = ? Fest / ? Fdes (10) Verificacin contra el vuelco

El vuelco de la estructura de contencin podr ocurrir cuando el bloque reforzado tienda a rotar en relacin al punto de giro (A), posicionado en la parte frontal inferior de la estructura (figura 17). O sea, el momento del empuje activo en relacin al punto A situado en el pie del muro supera el valor del momento del peso propio de la estructura sumado al momento del empuje pasivo. Este tipo de anlisis considera el bloque de suelo reforzado como un macizo rgido y como si la fundacin no se deformara en el momento del giro. En realidad esto no ocurre porque, para que haya una rotacin del bloque reforzado, es necesario que la fundacin entre en colapso debido a las cagas.

Se define el factor de seguridad contra el vuelco como la relacin entre la sumatoria de los momentos estabilizantes y aquellos inestabilizantes determinados en relacin al punto A llamado punto de vuelco. [17]

Para determinar los brazos de palanca de las fuerzas actuantes sobre la estructura, es necesario conocer el punto de aplicacin de cada una de ellas, o sea, el centro de gravedad.

Sumatoria de los momentos estabilizantes:

? Mest =PG.XG + PB.XB + Ea.sen(??? ).XEa + q.L.XQ + Ep.yEp (11)

donde: PG = peso del paramento frontal (elementos Terramesh); XG = coord. X del centro de gravedad del paramento frontal; PB = peso del macizo de suelo reforzado; XB = coord. X del centro de grav. del macizo del suelo reforzado; XEa = coord. X del punto de aplicacin del empuje activo; q = carga distribuida; L = largo del refuerzo;

XQ = coord. X de la resultante de la carga distribuida en los refuerzos;

Ep = empuje pasivo; yEp = coord. Y del punto de aplicacin del empuje pasivo.

Sumatoria de los momentos inestabilizantes: ?? ? Minst = Ea.cos(??? ).yEa (12) donde:

yEa = coord. Y del punto de aplicacin del empuje activo Factor de seguridad contra el vuelco:

FS = ? Mest / ? Minst (13) Presiones aplicadas en la Fundacin Esta verificacin es necesaria para analizar las presiones que son aplicadas en la fundacin por la estructura de apoyo. Las presiones no deben sobrepasar el valor de la capacidad de carga del suelo de fundacin, evitando su colapso (figura 18).

A travs del equilibrio de momentos actuantes sobre la estructura de contencin, se puede determinar el punto de aplicacin de la fuerza normal N.

e = B / 2 - [ ( Mest ) - ( Mdesest ) ] / N (14)

Esta fuerza normal es la resultante de las presiones normales que actan en la base de la estructura de apoyo. Para que estas presiones sean determinadas, la forma de su distribucin debe ser conocida. En el caso de la estructura de suelo reforzado, se puede admitir una distribucin de presin constante, debido al hecho de poseer una fundacin flexible y capaz de soportar pequeas deformaciones. Por lo tanto, se determina la base sobre la cual actuar esa presin segn las siguientes condiciones:

Br = B e < 0

Br = B 2 e e > 0

Es posible calcular entonces, la presin promedio equivalente (pmed) que acta en la fundacin, por la ecuacin:

pmeq = N / T.Br (15)

Con la presin ltima que soporta el suelo de fundacin, se determina el factor de seguridad, que ser la relacin entre la presin ltima y la presin promedio equivalente generada por la estructura: FS = pu / pmeq (16) Figura 17 - Giro del bloque reforzado con relacin a un punto fijo.

Figura 18 - Presin del bloque reforzado aplicado sobre la fundacin.

A

11


Verificacin de la estabilidad interna

En los anlisis de estructuras en suelo reforzado, pueden ocurrir acciones de cargas internas, impuestas sobre los refuerzos, superiores a las que estos pueden soportar, llevndolos a la ruptura o al arrancamiento de la masa de suelo resistente, por insuficiencia de anclaje.

Para que esto no ocurra, el valor de la tensin mxima actuante Tmx no debe ser superior al menor valor esperado para la resistencia de diseo del geosinttico Td (tomando en cuenta los debidos factores de reduccin). De la misma manera, debe existir un mnimo de anclaje del refuerzo, en la llamada zona resistente, para que el mismo nivel de tensin sea contrarrestado por la friccin y adherencia entre el suelo y el refuerzo, de manera que no haya arrancamiento.

Tales mecanismos pueden ser controlados mediante una correcta especificacin de los espaciamientos entre los refuerzos y los largos de anclaje apropiados.

Entre los mecanismos existentes, ser abordado el mtodo de Janbu simplificado, que en realidad es un mtodo utilizado en estabilidad de taludes que, sin embargo, puede ser usado en el anlisis interno de un macizo reforzado. Conceptualmente se pueden considerar superficies de ruptura divididas en varias franjas, que cruzan el bloque de refuerzo (figura 19). Las franjas que tengan la contribucin del refuerzo tendrn una componente horizontal que ser el menor valor entre la fuerza de anclaje del refuerzo y su resistencia de diseo. Ese mtodo determinar iterativamente cul es la superficie crtica de ruptura y con eso su factor de seguridad mnimo.

La opcin por el mtodo de Janbu se debe al hecho que tal mtodo es uno de los ms indicados para el anlisis de suelos reforzados, pues emplea en su metodologa el equilibrio de fuerzas y no el de momentos. Esto es bastante aceptable, desde el punto de vista matemtico, teniendo en cuenta que los refuerzos no entran en el proceso iterativo de anlisis y que su aplicacin se da en el medio de la base de la franja (momento cero en relacin al centro), siendo el ms indicado para el clculo del equilibrio esttico.

Janbu recomienda que el factor de seguridad obtenido del equilibrio de fuerzas, sea multiplicado por un factor de correccin f0 que est relacionado con la profundidad y el largo de la superficie de ruptura, como se muestra en la figura 20:

El factor de seguridad para la ruptura puede ser obtenido de la siguiente relacin:

(17)

(18)

Como el FS aparece en ambos miembros de la ecuacin 17, el clculo del factor de seguridad se hace de la siguiente manera:

?? se recalcula el segundo miembro de la ecuacin hipotizando el valor de FS;

?? si el valor obtenido para FS, en el primer trmino de la ecuacin, difiere mucho del valor aproximado, se repite el clculo hasta que el valor obtenido para FS sea aproximadamente igual al asumido.

Verificacin de la estabilidad global

El anlisis de la estabilidad global se refiere a la estabilidad del bloque reforzado como un todo, o sea, la superficie crtica envuelve todo el macizo reforzado y parte de su fundacin a travs de una superficie circular. Tambin se puede utilizar, en este caso, la metodologa de Janbu; sin embargo, buscando simplificar aun ms el caso, ser utilizado el mtodo de Bishop simplificado en el cual, como en el caso del mtodo de Janbu, FS se presenta como variable de anlisis iterativo, necesitando un valor inicial aproximado como punto de partida para el anlisis, difiriendo apenas por la consideracin de las superficies circulares.

El factor de seguridad para la ruptura, puede ser obtenido de las siguientes relaciones:

(19)

(20)

Figura 19 - Fuerzas actuantes en una franja.

Figura 20 - Factor de correccin para superficie no circular.

? ?

?

????

?

???

???

??

??

tan

1tan).(.

0 W

NbuWcb

fFS

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?? ??

FSN ????

tantan1cos 2

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?

???

???

??

??

Wsen

MbuWbc

FS

1tan).(

? ? ???

??? ??

FSM

????

tantan1cos

12

Superficie de deslizamiento Relacin d/L


F - El programa Macstars 2000.

El programa Macstars, versin 2000, fue desarrollado para analizar la estabilidad de los suelos reforzados, esto es, estructuras que promueven la estabilidad de taludes usando unidades de refuerzos capaces de absorber los esfuerzos de traccin. Adems, permite al usuario conducir el anlisis de estabilidad usando el Mtodo del Equilibrio Lmite considerando tambin situaciones de taludes sin refuerzos.

El Macstars 2000 permite al usuario realizar los siguientes tipos de anlisis:

?? Taludes no reforzados (perfiles de suelo existente); ?? Taludes (o muros) reforzados con el sistema Terramesh; ?? Taludes reforzados con geogrillas; ?? Taludes (o muros) reforzados con el sistema Terramesh +

Geogrillas;

?? Estructuras de contencin en suelo reforzado con paramento en bloques de concreto (Segmental Retaining Wall);

?? Rellenos sobre suelo blando. Permite tambin incluir en los anlisis las siguientes condiciones: ?? Presin de poros; ?? Condiciones ssmicas; ?? Sobrecargas uniformemente distribuidas y puntuales; ?? Varios tipos de refuerzos; ?? Geometra compleja de refuerzos. Presentando finalmente valores para el clculo de:

?? Anlisis de la estabilidad interna; ?? Tensiones en los refuerzos; ?? Anlisis de la estabilidad global; ?? Verificaciones externas (como muro de contencin); ?? Anlisis de estabilidad contra el deslizamiento; ?? Clculo de los asentamientos. F.1 Verificacin de la estabilidad global

La verificacin de la estabilidad global es un anlisis a un talud reforzado o no, hecho por el mtodo del equilibrio lmite (figura 21).

F.2 Verificacin de la estabilidad interna

La verificacin de la estabilidad interna permite que el usuario defina el diseo de las estructuras de contencin, esto es, las unidades de refuerzo requeridas (figura 22).

F.3 Verificacin de la estabilidad como muro

Al realizar este tipo de anlisis de estabilidad, la estructura de contencin completa, o parte de ella, es considerada como un muro monoltico compuesto por bloques, que forman la estructura de contencin propiamente dicha (figura 23).

La verificacin de la estabilidad de la estructura como muro de contencin consiste en los tres anlisis clsicos de estabilidad realizados en muros de contencin: ?? verificacin contra el Deslizamiento (A); ?? verificacin contra el Volcamiento (B); ?? Verificacin de la capacidad de soporte de la fundacin (C). F.4 Verificacin de los asentamientos

El Macstars 2000 permite al usuario calcular los asentamientos inducidos por la instalacin de una estructura de suelo reforzado.

Estabilidad InternaEstabilidad Interna

Estabilidad GlobalEstabilidad Global

Figura 21 - Detalle de la pantalla de verificacin de la estabilidad global en el Macstars.

Figura 22 - Detalle de la pantalla de verificacin de la estabilidad interna en el Macstars.

S

A- Deslizamiento B- Volcamiento C- Presiones en la Fundacin

Figura 23 - Ilustracin de la pantalla de verificacin de la estructura como muro.

A B C

13


Los suelos de construccin (relleno estructural, relleno de cobertura) son considerados como cargas que inducen una mudanza en la distribucin de tensin.

Algunas de las caractersticas de clculos adoptadas por el Macstars 2000 son descritas a continuacin. F.5 Mtodos adoptados por el Macstars 2000

La metodologa de clculo del Macstars emplea los mtodos simplificados de Bishop y Janbu.

Ambos mtodos se refieren al criterio de ruptura de Mohr-Coulomb:

? = c + ( ? u ).tan( ? )

donde: ? = tensin mxima tangencial; c = cohesin; ? = presin normal total; u = presin de poro; ? = ngulo de friccin.

A - Caractersticas del mtodo de Bishop simplificado

?? Puede ser aplicado solamente para superficies circulares o casi circulares, esto es, aquellas superficies que son consideradas como superficies de ruptura circulares adoptando un centro ficticio de rotacin;

?? Las fuerzas que interactan entre las franjas tienen apenas una direccin horizontal;

?? El coeficiente de seguridad es calculado por el equilibrio contra rotacin de acuerdo al centro de la circunferencia;

?? No satisface el equilibrio global en la direccin horizontal. B - Caractersticas del Mtodo de Janbu simplificado

?? Puede ser aplicado a cualquier tipo de superficie; ?? Las fuerzas que interactan entre las franjas tienen apenas

una direccin horizontal; ?? El coeficiente de seguridad es calculado por el equilibrio

contra la traslacin vertical y eventualmente horizontal;

?? Permite tomar en consideracin las fuerzas cortantes verticales de interaccin entre las franjas, aplicando al coeficiente de seguridad anterior un factor de correccin que depende de la geometra del problema y del tipo de suelo;

?? No satisface el equilibrio global de la cua del suelo contra la rotacin.

Dependiendo del comportamiento de las unidades de refuerzo, una verificacin de estabilidad puede ser conducida por el mtodo rgido o por el mtodo de los desplazamientos.

1. Mtodo Rgido

Est basado en la suposicin que las unidades de refuerzo se comportan como estructuras rgidas.

2. Mtodo de los Desplazamientos (Displacement Method)

Est basado en la suposicin que las unidades de refuerzo se comportan como estructuras sujetas a deformaciones que dependen de su rigidez lineal.

Este mtodo puede ser aplicado en el caso de una forma rotacional de la superficie de deslizamiento. Por lo tanto, puede ser usado en ambos mtodos, Janbu y Bishop (por lo menos para una superficie de deslizamiento dada casi circular).

El mtodo de los desplazamientos, ya implementado en el programa, ser disponibilizado solamente despus de los anlisis de varias estructuras construidas con refuerzos no uniformes (mallas metlicas y geogrillas plsticas), que permitirn convalidar el mtodo.

F.6 Generacin de las superficies de falla

El usuario puede ejecutar el Macstars 2000 para verificar una posible superficie de falla de deslizamiento, introduciendo las coordinadas de esa superficie (este procedimiento puede ser adoptado cuando la informacin sobre la posicin de la superficie de deslizamiento est disponible) o solicitar que el programa busque en forma aleatoria la superficie potencial de deslizamiento, esto es, una superficie que tenga el menor factor de seguridad y sea la superficie ms probable que pueda inducir a la falla del talud.

Las superficies generadas pueden ser:

- Superficies circulares;

- Superficies poligonales randmicas.

F.7 Cmo obtener el programa Macstars 2000

Maccaferri hizo el lanzamiento del software MAC.ST.A.R.S 2000, en el transcurso de 2005.

Para la obtencin del referido programa, el profesional debe registrarse en el site http://www.maccaferri.com.br y esperar recibir un CD que contenga: a. El programa Macstars; b. Manual del usuario (en formato PDF); c. Manual de referencia (en formato PDF); d. Notas Tcnicas (en formato PDF); e. Relacin de preguntas frecuentes e sus repuestas.

Sobre el programa es necesario aclarar que:

?? Tal versin tratar solamente el mtodo rgido habilitado (depender de una llave para activar el mtodo de las deformaciones);

?? La personalizacin ser hecha por el propio profesional mediante una clave que vendr con el programa;

?? EL PROGRAMA TIENE VALIDEZ DE UN AO!!!! (luego de este periodo el profesional deber contactar nuevamente a Maccaferri, con su clave vencida y revalidarla).

Figura 24 - Ilustracin de la pantalla de verificacin de los asentamientos.

14

Subdivisin del suelo de fundacin

Incremento de tensin vertical (Teora Elstica)

Asentamiento


EMPUJE POSICIN

X Y Ea = 141.42 kN/m 8.51 m 2.44 m

EMPUJE POSICIN X Y

Eaq = 36.03 kN/m 8.59 m 3.25 m Eas = 105.39 kN/m 8.48 m 2.17 m

AB [m] ? ?[grados] (eq. 3) W [kN/m] (eq. 2) Ea[kN/m] (eq. 1) 0.50 79.68 29.25 46.26 1.00 75.48 58.50 79.83 1.50 71.43 87.75 103.94 2.00 67.57 117.00 120.77 2.50 63.91 146.25 131.91 3.00 60.46 175.50 138.51 3.50 57.24 204.75 141.42 4.00 54.23 234.00 141.30

G - Caso de obra (clculo manual y con el programa Macstars 2000) - EJEMPLO DE APLICACIN

Con la finalidad de ejemplificar la metodologa de clculo usada para el dimensionamiento de estructuras de suelo reforzado e implementada en el programa Macstars, a continuacin ser realizado un calculo de verificacin paso a paso y que posteriormente ser repetido con el programa desarrollado y empleado por la Maccaferri.

El ejemplo utilizado es un caso real de una obra de contencin ubicada en el patio de una industria de embalajes, construida en la ciudad de Piracicaba en el estado de Sao Paulo - Brasil . Abajo se presentan los parmetros utilizados en el dimensionamiento de la referida estructura de contencin:

Elementos Terramesh System: Peso especfico de la piedra de relleno: ?p = 2,43 tf/m3; Porosidad: n = 30%.

Relleno: Peso especifico del suelo: ??= 18 kN/m3; ngulo de friccin interna: ? = 30; Cohesin: c = 0 kN/m.

Suelo de Fundacin: Peso especfico del suelo: ? = 18 kN/m3; ngulo de friccin interna: ? = 20; Cohesin: c = 0 kN/m; Presin ltima en la fundacin: pult = 250 kN/m2.

Material Mejorado de Base: Peso especfico del suelo: ? = 18 kN/m3; ngulo de friccin interna: ? = 40. Cohesin: c = 0 kN/m.

Carga actuante: Carga actuante sobre el terraplen: q = 20 kN/m2.

Para la determinacin de la superficie de aplicacin del empuje activo ser utilizado el mtodo de equilibrio limite.

Variando el ngulo que determinar la superficie crtica, se varia tambin el largo del trecho AB y de esa manera es posible obtener la masa de suelo para la cual la estructura de contencin ser sometida al mximo empuje activo.

Tabla 1 Valores de Empuje en funcin del ngulo de superficie de ruptura .

Grficando los valores obtenidos de la tabla 1, se determina el empuje activo mximo (figura 26).

Para la determinacin del punto de aplicacin de Ea, el efecto de la sobrecarga debe ser separado del efecto del suelo. Considerando apenas la carga: Considerando apenas el peso del solo: Las intersecciones con el plano de aplicacin del empuje (AC) de las paralelas a la superficie de ruptura (BC) pasantes por el centro de gravedad del bloque de suelo colapsado y del centro del trecho AB, definen respectivamente los puntos de aplicacin del empuje del suelo y de la sobrecarga (figura 28): A travs de una media ponderada de los valores encontrados, es posible determinar el punto de aplicacin del empuje total:

Figura 25 - Detalle ilustrativo de la seccin a ser analizada

Figura 27 - ngulo que determina la superficie crtica.

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00

Posicin [m]

Figura 26 - Grfico de los valores: empuje activo - largo del trecho AB.

? ?? ?????

?????

??

crt

crtaq QE cos

sin.

? ?? ?30624.576cos

3024.57sin.5.320

???

???aqE

? ?? ?????

?????

??

crt

crtas PE cos

sin.

? ?? ?30624.576cos

3024.57sin.75.204

????

?asE

15

Em

puje

Act

ivo

[kN

/m]

Regularizacin con piedras

????

?????????


El macizo de suelo, definido por la superficie critica, forma geomtricamente un triangulo, por la geometra analtica, la media aritmtica de las coordinadas de los vrtices de ese triangulo determinan el centro de gravedad del mismo. Definido como coordinada (0,0) el fulcro de la estructura de contencin, se obtiene de la figura 29:

Geomtricamente tambin es posible determinar todas las coordenadas de los centros de gravedad para el paramento en gaviones (Pb), bloque reforzado (Pb) y carga actuante sobre el terrapln (Q), mostrados en la figura 29.

Definido el punto de aplicacin del empuje activo, es necesario determinar su ngulo en relacin a la superficie de aplicacin. Por un criterio de seguridad, se adopta tal ngulo igual a la inclinacin del paramento frontal de la estructura (?=6),

considerando la direccin del empuje activo paralela al suelo de cobertura. G.1 - Verificaciones para la estabilidad externa

Definido el valor del punto de aplicacin del Empuje Activo, y todos los puntos de aplicacin de las cargas actuantes sobre la estructura (figura 29), se puede verificar la estabilidad externa del bloque reforzado. Verificacin contra el deslizamiento

Sumatoria de las fuerzas estabilizantes: ?? ? ? Fest = T + Ep

Calculando el peso del bloque:

para el paramento frontal en gaviones: Pg = ?g x H x 1.00 = 18 x 6.5 x 1.00 = 117 kN

para el macizo reforzado: Pb = ?g x H x L = 18 x 6.5 x 4 = 468 kN

el peso total del bloque reforzado ser:

W = Pg + Pb = 585 kN Se determina entonces la componente normal:

N = W + q x L + Ea x sen(??? )

N = 585 + 20 x 4 + 141.42 x sen (6o-6o) = 665 kN

De ah, es posible obtener la fuerza normal actuante en la base de la estructura a travs de la ecuacin 6:

T = N x tan?*

Adoptando ?* como igual al ngulo de friccin interna de la fundacin, se tiene: T = 665 x tan (40o) = 558 kN

En verdad esta fuerza corresponde a la nica parte estabilizante de la estructura contra el deslizamiento.

Sumatoria de las fuerzas inestabilizantes: ?

? ? ? Finst = Ea.cos(??? ) La nica parte inestabilizante actuante sobre la estructura ser la componente horizontal del empuje activo:

Finst = Ea x cos (??? ) = 141.42 x cos (6o-6o) = 141.42 kN

Factor de seguridad contra deslizamiento:

FS = ? Fest / ? Finst = 558 / 141.42 = 3.95 Verificacin contra el vuelco

Sumatoria de los momentos estabilizantes: ?

? ? Mest =PG.XG + PB.XB + q.L.XQ

Como en la figura 29 se encuentran todas las coordenadas del centro de gravedad de cada fuerza en relacin al fulcro, cada parte estabilizante tiene su brazo de giro definido. De ah, se calculan las partes que compondrn los momentos estabilizantes:

PG.XG = 117 x 0.84 = 98.28 kN.m PB.XB = 468 x 3.34 = 1563.12 kN.m q.L.XQ = 20 x 4 x 3.68 = 294.40 kN.m ?

Figura 28 - Punto de aplicacin del empuje y sobrecarga.

Figura 30 - ngulo de aplicacin del empuje

62.63

)18.968.500.5(?

???Xcg

33.43

)50.650.600.0(?

???Ycg

Figura 29 - Puntos de aplicacin de las cargas

16


Sumatoria de los momentos inestabilizantes: ?

? ? Minst = Ea x cos(??? ) x yEa De la figura 30, se tiene un brazo de giro para la componente horizontal del empuje activo: ? Minst = 141.42 x cos(6o-6o) x 2.44 = 345.06 kN.m Factor de seguridad contra el vuelco: FS = ? Mest / ? Minst = 1955.80 / 345.06 = 5.66 Presiones en la fundacin En esta verificacin ser analizada la capacidad de soporte de la fundacin del muro con base en la presin ltima del suelo de fundacin.

Para determinar la excentricidad de la resultante de las fuerzas aplicadas sobre la estructura, se tiene: e = B / 2 - (Mest - Minst) / N = 5 / 2 - (1955.80 - 345.06) / 665 e = 0.08 m Tomando en cuenta que el diagrama de presin tendr una distribucin constante en la base, se determina una base equivalente por la ecuacin: Br = B - 2.e = 4.84m , e, inmediatamente enseguida, la presin media en la base de la estructura: pmeq = N / Br = 665 / 4.84 = 137.39 kN/m2 Conociendo la presin ltima que soporta el suelo de fundacin, se determina el factor de seguridad con relacin a la presin actuante en la fundacin: FS = pu / pmeq = 250 / 137.39 = 1.82 Verificacin de la estabilidad interna Como citado anteriormente, ser utilizado el mtodo de Janbu para determinar la superficie crtica de deslizamiento, capaz de solicitar al mximo el macizo reforzado. Como tal anlisis es

hecho a travs de un proceso iterativo, o sea, son necesarios varios anlisis para determinar el FS mnimo, se opt por demostrar el procedimiento de clculo apenas de la superficie crtica predeterminada.

La estructura en cuestin fue dividida en dos bloques de anlisis para que haya una optimizacin de los refuerzos; por lo tanto, sern analizadas dos superficies crticas, una para el bloque inferior y otra para el bloque superior (figuras 31 y 32).

Ser obtenido un factor de seguridad aproximado por el mtodo de Fellenius y, en seguida, tal factor ser aplicado en la ecuacin de equilibrio definida por Janbu.

Figura 31 - Superficie de deslizamiento crtica - bloque 01

Figura 32 - Superficie de deslizamiento crtica - bloque 02

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Realizando ahora el anlisis para el bloque 2:

Con el valor inicial para el FS, obtenido a travs del mtodo de Fellenius, fue posible a travs de dos iteraciones encontrar el FS mnimo para el mtodo de Janbu, en ambos bloques.

18


Verificacin de la estabilidad global Como ya mencionado, ser utilizado el mtodo de Bishop para determinar la superficie de deslizamiento critica. Como tal anlisis es hecho a travs de un proceso iterativo, o sea, son necesarios varios anlisis para determinar el FS mnimo, se opt por demostrar el procedimiento de clculo apenas para la superficie critica predeterminada. Ser obtenido un factor de seguridad aproximado por el mtodo de Fellenius y , en seguida, tal factor ser aplicado en la ecuacin de equilibrio definida por Bishop. La figura 33 muestra la divisin en franjas adoptado para el anlisis de la superficie critica.

Figura 33 - Superficie de deslizamiento crtica.

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Con el valor inicial de FS, obtenido a travs del mtodo de Fellenius, es posible, con una iteracin, encontrar el FS mnimo para el mtodo de Bishop.

SOLUCIN CON EL USO DEL PROGRAMA MACSTARS. A continuacin ser repetida la verificacin de la misma estructura usando el programa Macstars 2000. Pantalla que presenta el modelo considerado.

Figura 34 - Modelo definido en el programa Macstars 2000.

20


Pantalla que presenta las verificaciones externas, como muro de contencin.

Resultados obtenidos por el MacStars 2000: Resultados calculados manualmente: FS contra deslizamiento = 3.924 FS contra deslizamiento = 3.950 FS contra volcamiento = 5.018 FS contra volcamiento = 5.660 FS contra ruptura de fundacin = 1.765 FS contra ruptura de fundacin = 1.820 Pantalla que presenta las verificaciones de estabilidad interna para el bloque 01.

Figura 36 - Superficie de deslizamiento crtica - anlisis de estabilidad interna: BLOQUE 01.

Figura 35 - Superficie de deslizamiento crtica - Verificacin como muro de contencin.

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Pantalla que presenta la verificacin de la estabilidad interna para el bloque 02.

Resultados obtenidos por el Macstars 2000: Resultados calculados manualmente:

FS estabilidad interna - bloque 01 = 1.553 FS estabilidad interna - bloque 01 = 1.560 FS estabilidad interna - bloque 02 = 2.182 FS estabilidad interna - bloque 02 = 1.920

Pantalla que presenta la verificacin de estabilidad global de la estructura.

Resultados obtenidos por el Macstars 2000: Resultados calculados manualmente: FS estabilidad global = 1.294 FS estabilidad global = 1.310

Figura 38 - Superfcie de deslizamento crtica - Anlisis de estabilidad global

Figura 37 - Superficie de deslizamiento crtica - Anlisis de estabilidad interna: BLOQUE 02

22


23

A continuacin, se puede ver la seccin crtica de la estructura, utilizada para los clculos de verificacin, as como fue construida. En la secuencia son presentadas algunas fotos de la obra durante y despus de su construccin. Estn detallados importantes elementos constructivos:

?? Alejamiento entra las capas de elementos Terramesh, para obtencin de los seis grados (6) de inclinacin del paramento frontal;

?? Cuneta de drenaje; ?? Sustitucin de la camada superior del suelo de apoyo por gravas; ?? Correcto posicionamiento de los filtros geotextiles atrs de los elementos Terramesh.

Figura 39 - As Built de la estructura analizada.

Detalle

Relleno compactado con material de buena calidad

Sustitucin del suelo por grava


FOTOS DE LA OBRA

Figura 39 - Durante la construccin - Diciembre de 2001

Figura 40 - Obra concluida (Mayo - 2005).

24


25 ANEXO 01

Desdoble los elementos Terramesh System sobre una superficie rgida y plana,eliminando las eventuales irregularidades. posicione las laterales paralelamente

Levante el panel posterior y

al panel de la base...

en el elemento y amarre a elPosicone el diafragma

panel de la base.

Levante el panel frontal y la tapa.Costure las laterales al pao de base y alpanel de frontal, altenando vueltas simples

y dobles a cada malla.

forma que los paneles.Costure el diafragma de la misma definitivo. Amarre los elementos entre si a

Posicione cada elemento en su local

lo largo de todas las aristas en contacto.

OBS.: el terreno deber ser previamenteregularizado y nivelado.

MACCAFERRI DO BRASIL LTDA. 2004 By Central de Estudos

Como colocar el Terramesh System

1 2

3 4

5 6

TapaEsperial

Cola PanelFrontal

PosteriorPanel

Lateral

Espiral

Panel de la base

Tapa

PanelFrontal


ANEXO 01 26

MACCAFERRI DO BRASIL LTDA. 2004By Central de Estudos

En el Terramesh de 0.50m de altura haga el relleno en 2 etapas.

Doble las tapas y amarre con elmismo tipo de costura.

Para facilitar el lanzamiento del relleno, fijelas colas con algunas grapas.

Fije el filtro geotextil junto al panelposterior de la caja. se filtro debe

ser mayor que el panel para permetirque envolva suelo de relleno.

Proceda con el relleno.

El relleno debe sercompactado en capas

de 20 a 30 cm.

Los equipos pesados de compactacindeben mantener una distancia mnima

de un metro del paramento frontal.

Doble el geotextil sobre el terrenocompactado y repita todas las

operaciones para las capas siguientes.

OBS.: Amarre los elementos de la capa superiora los elementos de la capa inferior a lo largo

de todas las aristas en contacto.

La compactacin prximaal paramento frontal debeser hecha manualmenteo con equipos livianos.

Para obtenerun buen

acabamientodel paramentofrontal, utilice

un glibode madera. Cola

Grapas

geotxtil

30cm

30cm

30cm

30cm

10cm

10cm

5 cm de altura.

Coloque los tirantes y llenehasta 2/3 de la capacidad total.

IMPORTANTE

7 8

9 10

11 12

13 14

RECUERDENo llene un elemento sin

que el seguinte, estparcialmente llenado.

Llene en3 etapas.

1/3

1/3

2/3

31

2

Llene hasta 1/3de la capacidad total.

Coloque nuevamente los tirantes yacabe de llenar con hasta 3 o


27 ANEXO 02

Cola

a cada malha.alternando vueltas simples y doblesAmarre los paneles frontales entre si

Prosiga con el relleno.

70Mximo

Los equipospesados

de compactacindeben manteneruna distancia

mnima demetro delparamento

frontal.

de aproximadamente 20cm.compactado en camadas

El relleno debe ser

La compactacin prximaal paramento frontal debeser hecha manualmenteo con equipos livianos.

superior dejndolo en la posicin horizontal.Finalizada la compactacin, doble el panel

del 1 al 6.repita los pasos

superiores,de das camadaslos elementosPara instalar

Amarre los elementos de la camada superiora aquellos de la camada inferior

a lo largo de las aristas en contacto.

20cm

MACCAFERRI DO BRASIL LTDA. 2004 By Central de Estudos

1 2

3 4

5 6

7 8

en el local definitivo.regularizado, posicione cada elementoCon el terreno previamente nivelado y

FrontalPanel

Arme el elemento Terramesh Verdeposicionando los tringulos de soporteperpendicularmente al panel frontal. Fije

con alambre los tringulos en la cola

El ngulo del paramento frontal delelemento y, por lo tanto, de la estructura,

es dado por los tringulos de soporte.

Como colocar el Terramesh Verde


4. BIBLIOGRAFIA [1] GUIDICINI, G. & NIEBLE M.C. - Estabilidade de taludes naturais e de escavao, Edgard Blcher, 2o reimpresso, 2000. [2] KOERNER, R. M. , Designing with Geosynthetics (4th Edition), Prentice Hall, USA, 1998. [3] FIORI, P.A. & CARMIGNANI, L. - Fundamentos de mecnicas dos solos e das rochas - aplicaes na estabilidade de taludes , Editora

da UFPR, 2001. [4] VERTEMATTI, C.J. - Manual Brasileiro de Geossintticos , Edgard Blcher, 2004. [5] BOWLES, E. J.- Foundation Analysis and Design - Fifth edition, McGraw-Hill, 1996. [6] VARGAS, M. - Introduo Mecnica dos Solos , McGraw-Hill do Brasil ltda., 1979. [7] TERZAGHI, K. - Mecnica Teorica de los Suelos, Acme Agency, Soc. Resp. Ltda., 1949. [8] BADILLO, J. & RODRGUEZ, R. - Mecnica de Suelos Teora y aplicaciones de la mecnica de suelos, Tomo 2, Noriega Editores -

2003. [9] SAYO, A. & ORTIGO, J.A.R. (coord.) - Coleo Manual Tcnico de Encostas - Anlise e Investigao, Volume 1, Rio de Janeiro:

Georio, 1999. [10] MASSAD, F. - Obras de Terra Curso bsico de geotecnia, So Paulo: Oficina de Textos, 2003. [11] PREFEITURA MUNICIPAL DE VITRIA SEDEC DPU, Especificao para elaborao do projeto de estabilizao de encostas, Vitria:

2002. [12] SAYO, A. & SIEIRA, A. C. F. - Manual Tcnico sobre Reforo de Solos, Maccaferri do Brasil Ltda. - So Paulo, 2005. [13] BRITISH STANDARD - Code of practice for Strengthened / Reinforced soils and others fills, BS 8006:1995. [14] VIDAL, D. M. (Org.); CAMPOS, T. (Org.) - Anais do 4 Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental - REGEO'99. - S. Jos dos Cam-

pos: ABMS, 1999. v. 1. 544 p. [15] BARROS, P. L. A. - Obras De Conteno - Manual Tcnico, Maccaferri do Brasil Ltda. - So Paulo, 2005. [16] Carvalho, P. A. S. (Coord.); DER - Departamento de Estradas de Rodagem do estado de So Paulo - Taludes de Rodovias / Orienta-

o para diagnstico e solues de seus problemas, So Paulo, 1991. ___________________________________________________________________________________________________________________ Trabajo elaborado por el departamento tcnico de la Maccaferri Amrica Latina: Ingenieros Jaime da Silva Duran y Petrcio Santos Junior.

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MACCAFERRI - Noviembre / 2005

Maccaferri do Brasil Ltda. se reserva el derecho de revisar, em cualquier momento y sin previo aviso, las informaciones contenidas en esta publicacin tcnica.

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