Muros y Rellenos en Tierra Reforzada-Consideraciones de Diseno y Experiencias de Construccion en Colombia, 1998
El sistema de tierra reforzada tiene que ver con el término en inglés “reinforced earth”, el cual puede ser aplicado para la construcción de terraplenes, muros de contención que trabajan por gar vedad y aproximaciones (“aproches”) para puentes, entre otros empleos. Las situaciones en las cuales estas estructuras pueden ser utilizadas son en general en las mismas en que se emplean muros convencionales de contención como de gravedad (concreto ciclópeo o gaviones), muros en cantiliver, rellenos, etc., siempre y cuando se disponga principalmente, del espacio requerido para su conformación, un ancho de base del orden de 0.8H. Estos muros en casos especiales y necesarios, se pueden construir de manera escalonada con el fin de contirbuir con la estabilización de deslizamientos; también se pueden construir terraplenes con taludes parados y escalonados para vías (Cano, 1992) o para colocación de estructuras varias como canales, conformación de presas, diques y jarillones para crear embalses, estanques o lagunas, en espacios limitados.
En este artículo se presentarán las consideraciones básicas de diseño desde el punto de vista geotécnico, generalidades de construcción y experiencias en Colombia desde la década de los 90’s, de manera que el ingeniero geotecnista o de vías involucrado en diseños pueda dar conceptos técnicos y de juicio de ingeniería sobre estos, teniendo en cuenta hoy en día (1998) el acceso rápido a
diseños preestablecidos, por al existencia de varios métodos de análisis
resumidos y ábacos, los cuales resultan ser algunas veces conservadores, especialmente cuando los taludes son inclinados. Para estudios más sofisticados que lo requieran e involucren situaciones complejas y/o críticas, se recomiendan revisar los documentos desarrollados por B.R. Christopher et al FHWA (1990); Mitchell (1987) y Holtz et al (1997), en donde se presentan casos históricos.
El sistema de tierra reforzada tiene que ver con el término en inglés “reinforced earth”, el cual puede ser aplicado para la construcción de terraplenes, muros de contención que trabajan por gar vedad y aproximaciones (“aproches”) para puentes, entre otros empleos. Las situaciones en las cuales estas estructuras pueden ser utilizadas son en general en las mismas en que se emplean muros convencionales de contención como de gravedad (concreto ciclópeo o gaviones), muros en cantiliver, rellenos, etc., siempre y cuando se disponga principalmente, del espacio requerido para su conformación, un ancho de base del orden de 0.8H. Estos muros en casos especiales y necesarios, se pueden construir de manera escalonada con el fin de contirbuir con la estabilización de deslizamientos; también se pueden construir terraplenes con taludes parados y escalonados para vías (Cano, 1992) o para colocación de estructuras varias como canales, conformación de presas, diques y jarillones para crear embalses, estanques o lagunas, en espacios limitados.
En este artículo se presentarán las consideraciones básicas de diseño desde el punto de vista geotécnico, generalidades de construcción y experiencias en Colombia desde la década de los 90’s, de manera que el ingeniero geotecnista o de vías involucrado en diseños pueda dar conceptos técnicos y de juicio de ingeniería sobre estos, teniendo en cuenta hoy en día (1998) el acceso rápido a
diseños preestablecidos, por al existencia de varios métodos de análisis
resumidos y ábacos, los cuales resultan ser algunas veces conservadores, especialmente cuando los taludes son inclinados. Para estudios más sofisticados que lo requieran e involucren situaciones complejas y/o críticas, se recomiendan revisar los documentos desarrollados por B.R. Christopher et al FHWA (1990); Mitchell (1987) y Holtz et al (1997), en donde se presentan casos históricos.
C.I.C. Consultores de Ingeniería y Cimentaciones Ltda. VII Congreso Colombiano de Geotecnia Santa Fe de Bogotá D.C., Octubre de 1998 J.N. Gómez S., L.E. Escobar y S. Sanabria (1995). “Relleno en Tierra Reforzada - Edificio Avenida Chile. Consideraciones de Diseño, Construcción y Comportamiento”. VIII Jornadas Geotécnicas, II Foro sobre Geotecnia de La Sabana de Bogotá; SCG y SCI; Santa Fe de Bogotá D.C., p. 6.29 - 6.45, Octubre. R.D. Holtz, B.R. Christopher and R.R. Berg (1997). “Reinforced Soil Retaining Walls and Abutments”. IX Jornadas Geotécnicas, SCG y SCI; Santa Fe de Bogotá D.C., p. 3.1 - 3.85, Octubre. R.A. Jewel, and J.H. Greenwod (1988). “Long Term Strength and Safety in Steep Soil Slopes Reinforced by Polymer Materials”. Reprint of paper for Geotextiles and Geomembranes, February. C. Jones (1988). “Earth Reinforcement and Soil Structures”. Butter and Worths, London, p. 14, 15, 63. J.K. Mitchell (1987). “Reinforcement for Earthwork Construction and Ground Stabilization”. VIII Panamerican Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering; Cartagena, Vol. 1, p. 349 - 380, August. C. Ortiz (1991). “Análisis de Estabilidad de Muros de Contención Mediante Suelo Reforzado con Geotextiles”. IV Congreso Colombiano de Geotecnia; Vol. 2, Santa Fe de Bogotá D.C.. S. Sarun, K.G. Garg and R.K. Bhandari (1992). “Retaining Wall with Reinforced Cohesionless Backfill”. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 118 (12), p.1869 - 1888. G.F. Sowers (1979). “Introductory Soil Mechanics and Foundation Engineering: Geotechnical Engineering”. Macmillan Publishing Co., Inc., Fourth Edition, N.Y., p. 405 - 406. K. Terzaghi (1943). “Theoretical Soil Mechanics”. John Wiley and Sons, Inc., N.Y., p. 48. H.H. Thomas (1976). “The Engineering of Large Dams”. John Wiley and Sons, Inc., N.Y., p. 544. J.G. Zornberg, N. Sitar and J.K. Mitchell (1998a). “Performance of Geosynthetic Reinforced Slopes at Failure”. ASCE, Journal of Geotechnical and Geoenviromantal Engineering, Vol. 124, No. 8; p. 670 - 683, August. Página 26 de 28
C.I.C. Consultores de Ingeniería y Cimentaciones Ltda. VII Congreso Colombiano de Geotecnia Santa Fe de Bogotá D.C., Octubre de 1998 J.G. Zornberg, N.Sitar and J.K.Mitchell (1998b). “Limit Equilibrium as Basis for Design of Geosynthetic Reinforced Slopes”. ASCE, Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, Vol. 124, No. 8; 684-698, August. 10. APENDICE DE VARIABLES Muros Verticales (MV) Ps Empuje contra cara del muro, usando sábanas. K Coeficiente de presión lateral de tierras (general) Ka Coeficiente de presiones laterales de tierra activo Ko Coeficiente de presiones laterales de tierra al reposo Peso unitario del relleno (compactado) z Profundidad de análisis H Espesor de una capa S Separación horizontal de bandas Pb Empuje contra cara del muro, usando bandas Fs Fuerza de fricción desarrollada por una sábana de geotextil Lm Longitud total del elemento que proporciona tensión Angulo de fricción entre el relleno y el elemento de tensión (0.75 - 1.0) W Ancho de una banda P Empuje de tierras (general) F Fuerza de fricción (general) F.S. Factor de seguridad para evaluar F, Lms y Lmb Lms Longitud mínima de anclaje considerando sábanas Lmb Longitud mínima de anclaje usando bandas Ft Fuerza de fricción de trabajo (MV e inclinado) S Factor de seguridad contra sismo (MV e inclinado) E Factor de seguridad contra ensayo de extracción (“pullout”) - MV e inclinado RC Reducción por deformación a largo plazo (“creep”) - MV e inclinado RD Factor de reducción por durabilidad (MV e inclinado) RM Factor de reducción por manejo (MV e inclinado) H Altura del muro o terraplén. Angulo de inclinación del plano de falla o deslizamiento Muro Inclinado (MI) Resistencia al corte de relleno s Resistencia o esfuerzo de tensión para alcanzar F.S. de 1.5 Ts Tensión tangencial requerida Página 27 de 28
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C.I.C. Consultores <strong>de</strong> Ing<strong>en</strong>iería y Cim<strong>en</strong>taciones Ltda.<br />
VII Congreso <strong>Colombia</strong>no <strong>de</strong> Geotecnia<br />
Santa Fe <strong>de</strong> Bogotá D.C., Octubre <strong>de</strong> <strong>1998</strong><br />
J.G. Zornberg, N.Sitar and J.K.Mitchell (<strong>1998</strong>b). “Limit Equilibrium as Basis for<br />
Design of Geosynthetic Reinforced Slopes”. ASCE, Journal of Geotechnical<br />
and Geo<strong>en</strong>virom<strong>en</strong>tal Engineering, Vol. 124, No. 8; 684-698, August.<br />
10. APENDICE DE VARIABLES<br />
<strong>Muros</strong> Verticales (MV)<br />
Ps Empuje contra cara <strong>de</strong>l muro, usando sábanas.<br />
K Coefici<strong>en</strong>te <strong>de</strong> presión lateral <strong>de</strong> tierras (g<strong>en</strong>eral)<br />
Ka Coefici<strong>en</strong>te <strong>de</strong> presiones laterales <strong>de</strong> tierra activo<br />
Ko Coefici<strong>en</strong>te <strong>de</strong> presiones laterales <strong>de</strong> tierra al reposo<br />
Peso unitario <strong>de</strong>l rell<strong>en</strong>o (compactado)<br />
z Profundidad <strong>de</strong> análisis<br />
H Espesor <strong>de</strong> una capa<br />
S Separación horizontal <strong>de</strong> bandas<br />
Pb Empuje contra cara <strong>de</strong>l muro, usando bandas<br />
Fs Fuerza <strong>de</strong> fricción <strong>de</strong>sarrollada por una sábana <strong>de</strong> geotextil<br />
Lm Longitud total <strong>de</strong>l elem<strong>en</strong>to que proporciona t<strong>en</strong>sión<br />
Angulo <strong>de</strong> fricción <strong>en</strong>tre el rell<strong>en</strong>o y el elem<strong>en</strong>to <strong>de</strong> t<strong>en</strong>sión (0.75 -<br />
1.0)<br />
W Ancho <strong>de</strong> una banda<br />
P Empuje <strong>de</strong> tierras (g<strong>en</strong>eral)<br />
F Fuerza <strong>de</strong> fricción (g<strong>en</strong>eral)<br />
F.S. Factor <strong>de</strong> seguridad para evaluar F, Lms y Lmb<br />
Lms Longitud mínima <strong>de</strong> anclaje consi<strong>de</strong>rando sábanas<br />
Lmb Longitud mínima <strong>de</strong> anclaje usando bandas<br />
Ft Fuerza <strong>de</strong> fricción <strong>de</strong> trabajo (MV e inclinado)<br />
S Factor <strong>de</strong> seguridad contra sismo (MV e inclinado)<br />
E Factor <strong>de</strong> seguridad contra <strong>en</strong>sayo <strong>de</strong> extracción (“pullout”) - MV e<br />
inclinado<br />
RC Reducción por <strong>de</strong>formación a largo plazo (“creep”) - MV e<br />
inclinado<br />
RD Factor <strong>de</strong> reducción por durabilidad (MV e inclinado)<br />
RM Factor <strong>de</strong> reducción por manejo (MV e inclinado)<br />
H Altura <strong>de</strong>l muro o terraplén.<br />
Angulo <strong>de</strong> inclinación <strong>de</strong>l plano <strong>de</strong> falla o <strong>de</strong>slizami<strong>en</strong>to<br />
Muro Inclinado (MI)<br />
Resist<strong>en</strong>cia al corte <strong>de</strong> rell<strong>en</strong>o<br />
s Resist<strong>en</strong>cia o esfuerzo <strong>de</strong> t<strong>en</strong>sión para alcanzar F.S. <strong>de</strong> 1.5<br />
Ts T<strong>en</strong>sión tang<strong>en</strong>cial requerida<br />
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