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Muros, Taludes y Terraplenesde Suelo Reforzado
Asociacin Mexicana deIngeniera de Vas Terrestres,
A.C.
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Muros, Taludes y Terraplenesde Suelo Reforzado
Dr. en Ing. Rafael Morales y Monroy,Miembro de AMIVTAC*, SMMS*, PMI*, GMA*, IGS*, NAGS*.
Perito Profesional en Geotecnia y en Vas Terrestres por parte del Colegio deIngenieros Civiles de Mxico, A. C.
* AMIVTAC, Asociacin Mexicana de Ingeniera de Vas Terrestres, A.C.
* SMMS, Sociedad Mexicana de Mecnica de Suelos,
* PMI, Promotora Mexicana de Industrias, S. A., de C.V.,
* GMA: Geosynthetics Materials Association,
* IGS: International Geosynthetic Society,* NAGS: Noth American Geosynthetics Society.
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Clases de GeosintticosGeotextiles De acuerdo a la Norma ASTM D 4439, un geotextil se define como:
Geotextil, Adj. un geosinttico permeable compuesto
solamente de textiles Pueden ser Tejidos o No Tejidos.
Los Geotextiles estn fabricados de los siguientes materiales polmeros:
Polipropileno (85%) Polister (12%)
Polietileno (2%)
Nylon (1%) La principal caracterstica es que son porosos, de manera que permiten
el paso de agua a travs de ellos, pero a un nivel muy variable.
Las funciones principales que cumplen son: separacin, filtracin,refuerzo, drenaje y contencin de lquidos (cuando estn imprimados)
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Clases de Geotextiles
Geotextiles No Tejidos
Geotextiles Tejidos
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Clases de GeosintticosGeorredes (Geogrids) De acuerdo a la Norma ASTM D 4439, una georred se define como:
Georred, Adj. un material geosinttico conformado por juegosparalelos de costillas tensionantes, con aperturas tales quepermitan en contacto entre las partculas de suelo o cualquierotro material geotcnico
Las georredes pueden ser, bien sea, estiradas en una o dos direcciones o
tambin pueden ser tejidas mecnicamente Los materiales polmeros utilizados en la fabricacin de georredes, sonPolipropileno o Polietileno de Alta Densidad. Las georredes tejidasutilizan Polister como elemento de resistencia y estn revestidas con una
serie de materiales tales como PVC, ltex, etc. La funcin clave de los georredes, es que las aperturas entre las costillaslongitudinal y transversal, permiten que el suelo sobresalga desde un ladode la georred al otro.
Su funcin principal es la de reforzar
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Clases de georredes
Georredes de Polister
Polister, polipropileno, polietileno.
Uniaxiales y Biaxiales
Georredes de Polipropileno
Georredes de Polietileno
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Diseo de Taludes Reforzados
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Fallas
CLASIFICACIONDE TALUDES
Naturales(Laderas)
Artificiales
Cortes Terraplenes
Por creepPor geologa desfavorableFlujo de materiales en seco
por lodos
cuasechados
Derrumbes y cadosErosin
Tubificacin
rotacionalestraslacionalsuperficie compuestafallas mltiplesagretamientos
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Nomenclatura de un Talud
Talud: Una masa de suelo que no es plana sino
que posee pendientes o cambio de alturasignificativos
Altura
Pie de Talud
Altura de Nivel Fretico
Cunetas y contracunetas
Pendiente (Grados, Porcentaje, m:1, H:V)
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Principales componentes de un talud de suelo reforzado
sobre un suelo con adecuada capacidad de carga. ZONA DE SUELO REFORZADO
REFUERZO PRIMARIO
REFUERZO SECUNDARIO
PROTECCIONSUPERFICIAL
H
SUELO FIRME INCOMPRESIBLE O ROCA
TUBERIA DE DRENAJE ARROPADACON GEOTEXTIL
DREN DE CHIMENEA
SUELO RETENIDO
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Principales componentes de un terrapln
sobre suelos blandos.
B
REFUERZO
CUERPO DEL TERRAPLEN
SUELO BLANDO
SUELO FIRME O ROCA
D
H
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El papel del Suelo
Recuerde que el 90% de un sistema de Suelo
Reforzado, est constituido por Suelo. No existe ningn sistema estructural en el cual
falle el 90% del mismo y an funcione. As pues, obtener parmetros correctos del
suelo son esenciales para un diseo preciso.
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Qu se necesita conocer del suelo
en estas zonas?
Angulo de Friccin Interna ()
Peso Unitario (), [M]/[L3]
Cohesin (C), [M]/[L2]
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Cmo se consigue esta
informacin?
Angulo de Friccin Interna () - EnsayeTriaxial o de Corte Directo
Peso Unitario () - Ensaye Prctor, o de lamisma triaxial
Cohesin (C) - Ensaye Triaxial o de Corte
Directo
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Ensaye de Corte Directo
(Suelos Granulares nicamente!!)
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Ensaye Triaxial
(Suelos Cohesivos nicamente!!)
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Prueba Prctor Modificada o
Estndar (Realizado en el laboratorio)
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Determinacin de compacidades
(Suelos in situ)
Densmetro Nuclear
Cono
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Qu suelo es ideal para un muro,
terrapln o talud reforzado?
Granulares vs. Cohesivos
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Ventajas de los suelos granulares
Ms fciles de colocar y compactar,
Permeabilidad ms alta, lo cual ayuda en el
drenaje,
Angulo de friccin ms alto,
Menos susceptibles al Creep.
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Si va a usar suelos cohesivos...
Asegrese de instalar un sistema de drenaje
adecuado,
Atencin especial al potencial de Creep de
estos suelos.
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Determinacin de la resistencia de
diseo del refuerzo Empiece con la resistencia ltima del refuerzo
... Este valor se ajusta por un factor de reduccin por
daos durante la instalacin
... As como un factor de reduccin por Creep
... Y el factor de reduccin por degradacin Qumica
... Por ltimo, aplique un factor de reduccin por
degradacin Biolgica
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Mtodo GRI-GT7
Clculo de la Resistencia deDiseo de un Geosinttico
= BDCDCRIDult
SFSFSFSF
TLTDS ....
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Factores de Reduccin Recomendados
Tipo de Daos en Creep Degradacin DegradacinAplicacin Instalacin Qumica Biolgica
Separacin 1.1 a 2.5 1.5 a 2.5 1.0 a 1.5 1.0 a 1.2
Vas no Pavimentadas 1.1 a 2.0 1.5 a 2.5 1.0 a 1.5 1.0 a 1.2
Muros de Contencin 1.1 a 2.0 2.0 a 4.0 1.0 a 1.5 1.0 a 1.3
Terraplenes 1.1 a 2.0 2.0 a 3.5 1.0 a 1.5 1.0 a 1.3
Capacidad de Soporte 1.1 a 2.0 2.0 a 4.0 1.0 a 1.5 1.0 a 1.3
Estabilizacin de Taludes 1.1 a 1.5 2.0 a 3.0 1.0 a 1.5 1.0 a 1.3
Rango de Valores de Reduccin
Nota:
Los factores de Reduccin deben tomarse al inicio del Diseo y no deben
ser modificados
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Metodologa de Diseo
Anlisis de Equilibrio Mtodo de Bishop
Superficie de Falla Circular
Programa de Diseo
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Falla Rotacional
Deslizamiento en el cual la superficie de falla
es formada por una curva cuyo centro de giroest por encima del centro de gravedad delcuerpo en movimiento
La localizacin de la falla puede estarinfluenciada por las discontinuidades, juntas yestratigrafa
Los deslizamientos rotacionales se dan ensuelos homogneos
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Superficies de Falla
- FALLA SUPERFICIAL - FALLA PROFUNDA
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Anlisis de deslizamiento circular para terraplenes
sobre suelos suaves, con propiedades de
resistencia constante.
refuerzo
dovela
T
R
Dla
B
refuerzo
Red de iteracin paralocalizar el crculocrtico de rotacin
Suelo (s) decimentacin
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Anlisis de estabilidad para taludes reforzados
desplantados sobre suelos de cimentacin suaves
(segn Bonaparte y Christopher, 1987).
H
b
refuerzoPa=
KaH2
2
c = 0
suelo de cimentacinR
Cu
R = resistencia al deslizamiento debidas a (i) deslizamiento sobre elgeosinttico, o (ii) adherencia de la cimentacin y la carga de tensin al
refuerzo.
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Resistencia al corte:
Ecuacin de Coulomb
Donde:
: Resistencia al corte,c: Cohesin,
: Esfuerzo Normal Total,u: Presin de poro,
: Angulo de friccin interna del material.
tan)( uC +=
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Parmetros de diseo
Nmero de capas de suelo n,
Parmetros geotcnicos del suelo de cada
capa , c, .
Superficies piezomtricas.
Coeficiente de aceleracin ssmica.
Capas de geosinttico como refuerzo.
Factor de Seguridad contra el Pullout (1.3).
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Clculo de la capacidad de refuerzo por
pull out o extraccinq
refuerzo
refuerzo
refuerzo
1V
la
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Sismicidad
Puede conducir a la desestabilizacin de un
talud, especialmente en sismos cuya magnitudes mayor a 5.5
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Cobertura vegetal
Parmetro importante para la estabilidad del talud.
Tiende a determinar el contenido de agua en la superficie
Da consistencia por el entramado mecnico de las races
Control de infiltraciones
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Aguas Subterrneas
El agua es el factor ms asociado a las fallas entaludes.
Disminuye la resistencia al corte de los suelos.
Provoca migracin de finos.
Disminuye la cohesin.
Produce socavacin. Al aflorar, produce erosin.
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Presiones Intersticiales
La presin del agua, puede caracterizarse por el Coeficiente de
Presin Intersticial, as:
z
URU
=
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Caractersticas de Subdrenaje
Se refieren a la facilidad con que un talud puede
drenarse en el caso que llegase a saturarse.
Nula, mala, media y buena
Estas caractersticas dependen de las propiedades
hidrulicas de los materiales, as como de la
topografa y geologa del lugar.
Erosin
Es el desprendimiento y arrastre de suelo causado por elagua
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Anlisis de equilibrio limite
y factor de seguridad Factores que afectan el anlisis de estabilidad de un
talud:
Geometra del talud
Parmetros geolgicos
Presencia de grietas de tensin Cargas dinmicas (Sismos)
Flujo de Agua
Superficies de falla Circulares, planas, logartmicas, combinacin
Equilibrio Lmite
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ActuantesMomentos
sResistenteMomentos
,circularesssuperficieEn
ActuanteEsfuerzo
CortealaResistenci
=
=
FS
FS
Factor de Seguridad
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Mtodos de Anlisis
Mtodo de Bishop (1955)
Falla Circular
Divisin de la masa de suelo en Dovelas
Clculo del Factor de Seguridad:
Momentos Resistentes vs. Momentos
Actuantes, respecto a un centro de giro.
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Mtodo de Bishop
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Anlisis de Fuerzas en una Dovela
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=
= =
=
++
=
+
=
=
n
i
ii
n
i
m
i
iiii
A
m
i
iiR
Rsenw
yTRlcN
FS
M
yTM
FS
FS
1
1 1
1
)(
)tan(
ActuantesMomentos
sResistenteMomentos
Mtodo de diseo Equilibrio Lmite
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Factor de Seguridad
Seleccin del Factor de Seguridad
Si puede ocurrir la prdida de vidas humanasal fallar el talud, F.S.>1.70
Si la falla puede producir la prdida de ms
de 30% de la inversin de la obra, F.S.>1.50
Si se producen prdidas econmicas no muy
importantes, F.S.>1.3 Si la falla del talud no causa daos, F.S.>1.2
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Sistemas de Drenaje
Reducen la presin de poro, por lo tanto se
aumenta la resistencia al corte Cunetas y contracunetas
Drenes interceptores
Subdrenes de penetracin
Galeras de drenaje
Drenes Verticales
Trincheras estabilizadoras
Muros de Contencin
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Muros de Contencin
Tipos de muros:1. Concreto2. Gravedad
2.1 Mampostera,2.2 Piedra amontonada,
2.3 Concreto ciclpeo,2.4 Gaviones,
2.5 Suelo cemento,
2.6 Tierra Armada,
2.7 Suelo reforzado.
2.8 Otros.Asociacin Mexicana de Ingeniera de Vas Terrestres, A.C.
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Muros de Suelo Reforzado con Geosintticos
Muro de 8.60 m en la carretera Xalapa Coatepec:
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Metodologas de Diseo
NCMA - National Concrete Masonry
Association. AASHTO - American Association of State
Highway and Transportation Officials. FHWA Federal Highway Administration.
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Diferencias Bsicas
NCMA
Relacin L/H = 60% de la altura del muro
Longitudes Variables de refuerzo.
Re-utilizacin de los Suelos del Lugar (Si es
posible).
Profundidades reducidas de anclaje de bloques.
Se utiliza bsicamente en proyectos comerciales
o privados.
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Diferencias Bsicas
AASHTO
Relacin L/H = 70% de la altura del muro, con unalongitud mnima de 2.50m, el que sea mayor.
Longitudes Uniformes de Refuerzo.
Suelo de prstamo en la zona reforzada.
Profundidad Mnima de Anclaje de Bloques de 0.61m.
Es ms utilizado en proyectos pblicos.
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Nota
Los dos Mtodos Funcionan. En este momento,
los mtodos de Diseo de la NCMA y AASHTO
son los nicos estndares de la industria. El
trabajo de un Ingeniero es disear con prcticasestndares. La NCMA y AASHTO son los
nicos dos mtodos aprobados de diseo en los
USA.
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Partes de un Muro de Contencin
Reforzado (SRW)
Fachada
Refuerzo Geosinttico (Geotextil - Georredes)
Agregado de Drenaje.
Plataforma de Nivelacin.
Suelo
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Partes de un Muro Reforzado
Talud Variable
Subdren
Variable
Geosinttico de refuerzo
Base del muro
Relleno drenante
Base granular compactada:
mnimo 15 cm
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Informacin Requerida para el Diseo
de un Muro Reforzado
Informacin de Suelos Informacin de la Fachada
Informacin Tcnica del Geosinttico deRefuerzo
Informacin Especfica del Lugar deconstruccin
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Zonas de Suelo
Suelo reforzado
Lnea Terica de Falla
Interna
Suelo Reforzado Suelo Retenido
Suelo de cimentacin
Lnea Terica de Falla
Externa
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Geometra del muro de contencin
Establezca un perfil del muro (Niveles
Inferiores y Superiores del Muro) Determine los taludes en la cresta y pata del
muro
Identificar Sobrecargas
Consideraciones de Drenaje
C id i d Di
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Consideraciones de Diseo
Estabilidad Interna
Tipo de Refuerzo y Resistencia de Diseo
Separacin vertical de Capas de Refuerzo Longitud de Desarrollo
Estabilidad Externa
Para Volteo, F.S.1.50
Para Deslizamiento, F.S.2.0
Para Capacidad Portante, F.S. 2.0 Estabilidad Global
Superficie de Falla Circular
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Anlisis de Estabilidad
Interna
Whitcomb and Bell
Analysis Techniques for Reinforced Retaining Walls. Proc 17th
Engineering Geology and Soils Engineering Symposium , Moscow1979
S i T i d M
-
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Seccin Tpica de un Muro
Reforzado
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Distribucin de Cargas
Altura del
muro
Presin
del suelo
Sobre
carga
Carga
VivaSismo
+ ++
-
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4 Coeficiente de presin
activa del suelo
4 Sobre Carga
h = Altura vertical
=
2
452
tanKa
hq =
-
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dhqhshl
ahq
ahs
qK
zK
++=
=
= Empuje Lateral del
Suelo
Empuje debido a laSobre Carga
Empuje por Sismo
Empuje Total
-
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Estabilidad Interna - Clculos
)(4
)(2
245)(
.
ztancFSSL
ztanc
FSSL
tanzHL
LLL
SF
TS
hvo
hve
R
Re
h
allowv
+=
+=
=
+=
=
i
-
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Sismo
H
WC Sdin
=
2
Donde:
din: Empuje total por accin de Sismo
Cs: Coeficiente de Aceleracin Ssmica W: Peso de la masa de Suelo de Influencia
H: Altura del Muro
-
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Anlisis de Estabilidad Externa
Por deslizamiento, F.S.1.50 Por volteo, F.S.2.0
Por capacidad de carga, F.S. 2.0
-
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Movimiento Horizontal
Presin de Suelo
Deslizamiento
Grieta
-
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Movimiento Horizontal
Presin de Suelo
DeslizamientoGrieta
Factor de seguridad contra el
-
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Factor de seguridad contra el
deslizamiento
5.1.. = MotoresFuerzassResistenteFuerzas
SF d
-
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Presin de Suelo
Volteo
-
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Presin de
Suelo
Volteo
Momento
Rotacin
Grieta
-
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Presin de
Suelo
Volteo
Momento
Rotacin
Grieta
-
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Factor de seguridad contra el volteo
0.2
MotoresMomentos
sResistenteMomentos.. = VSF
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Capacidad de carga
Suelos de cimentacin dbiles
-
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Capacidad de carga
Suelo se mueve
hacia arriba
Fachada se mueve
hacia abajo
Asentamiento
Suelos de cimentacin dbiles
Factor de seguridad
-
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Factor de seguridad
por capacidad de carga
0.2..
21
. =+=
++=
act
ultpc
act
qfcult
q
qSF
Sobregargahq
BNNDCNq
-
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Estabilidad Global
-
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Estabilidad Global
Factor de seguridad
-
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Factor de seguridad
por estabilidad global
=
= =++
=
=
n
i
ii
n
i
m
i
iiii
Rsenw
yTRlcNFS
FS
1
1 1
)(
)tan(
ActuantesMomentos
sResistenteMomentos
-
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y ahora???!
Asociacin Mexicana de Ingeniera de Vas Terrestres, A.C.
El siguiente paso es preparar los planos
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El siguiente paso es preparar los planos
y especificaciones del proyecto:
Ttulo Alturas del Muro
Secciones y Detalles Especificaciones
Asociacin Mexicana de Ingeniera de Vas Terrestres, A.C.
Vista Longitudinal
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Vista Longitudinal
Secciones y Detalles
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y
M d C t i
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Muros de ContencinBalcones del Mar, Ensenada, B.C. Mx.
Geotextil: HS 400
M ros de Contencin
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Muros de ContencinBalcones del Mar, Ensenada, B.C. Mx.
Geotextil: HS 400
Muros de Contencin
-
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Muros de Contencin
Balcones del Mar,Ensenada, B.C. Mx.
Muros de Contencin
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Muros de Contencin
Balcones del Mar,Ensenada, B.C. Mx.
Muros de Contencin
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Muros de Contencin
Balcones del Mar,Ensenada, B.C. Mx.
Muros de Contencin
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Muros de Contencin
Balcones del Mar,Ensenada, B.C. Mx.
Muros de Contencin
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Muros de Contencin
Balcones del Mar,Ensenada, B.C. Mx.
Muros de Contencin
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Muros de Contencin
Balcones del Mar,Ensenada, B.C. Mx.
Muros de Contencin
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Muros de Contencin
Balcones del Mar,Ensenada, B.C. Mx.
Gracias!
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Estabilizacin de un talud:h variable entre 2.20 m y 13.90 m,
longitud 132 m.Refuerzo: Geogrid
Control de Erosin: Geomatriz tridimensional
Asociacin Mexicana de Ingeniera de Vas Terrestres, A.C.
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Paso superior
Muros de Contencin
Geogrid
Asociacin Mexicana de Ingeniera de Vas Terrestres, A.C.
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Construccin de macro-celda
Geotextil tejido
Asociacin Mexicana de Ingeniera de Vas Terrestres, A.C.
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Constr ccin de n
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Construccin de un
muro de contencin.
Ampliacin un estacionamiento.
Geotextil tejido
Asociacin Mexicana de Ingeniera de Vas Terrestres, A.C.
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Estabilizacin de una carretera
Talud reforzado
Asociacin Mexicana de Ingeniera de Vas Terrestres, A.C.
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Taludes Reforzados
Falla de San Andrs, California
Asociacin Mexicana de Ingeniera de Vas Terrestres, A.C.
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Gracias!.