tierra armada

INSTITUTO TECNOLGICO DE LA CONSTRUCCIN

CONSTRUCCIN DE UN MURO MECNICAMENTE ESTABILIZADO CON EL PROCESO DE TIERRA ARMADA

T E S I S Que para obtener el titulo de: Licenciatura en Ingeniera de Construccin P R E S E N T A Rubn Ostos Ramos

Asesor Ing. Celso Barrera Chvez

Estudios con reconocimiento de validez oficial de la Secretara de Educacin Pblica con forme al acuerdo 952359 de fecha 15 de Noviembre de 1995.

3 de Noviembre de 2004

INATITUTO TECNOLGICO DE LA CONSTRUCCIN

AGRADECIMIENTOS

d mi 9apaz aunque tejo eta6a, todo tu apoyo-, tu eoiuejo utucoxaan etaan con migo. Se quieto mucho

CLmiManuuSe* tu,hijae el neglo moa gxande que3)o me pudo ahet dado, y. que din ti no seria lo que toa aona. Se amo mucho.

(I Enrique: Su ene aquel que lego a mi oda pata auudaxme, apouanme u fndanme todo de ti in pedUnadaaeamio. Se. quieto mucho.

INAT1TUT0 TECNOLGICO DE LA CONSTRUCCIN

d mi UO y aa: (Staca. Cecilia. Moiss, Sennando. Hcta*yCbuuxa): Soy paste de cada. una de. ustedes, SUA sueas, epetanzas y feticidadea. Su apoya y dedicacin a mi oda lo nace nico en el mundo, QJUvta que con u wpectuta paxeja 00 quiete mucho u exmanito.

(L mi tt y aa: ( aa. Clima. upe. Statexta. Ol&exto. Conlo): loa empujones na son pata malela*, ai na pasa acat a obla adelante y eao ustedes la daten nace* muy. Sien, continen empujando a la gente taxde o tempsana etto e la agnadecesn coma ya la naga a nana. S)ede la moa alta *e que me mandad un a&uua y un teoa ta (Maxtha, +) 00 quiexa mucho.


CL mi Mevmana apiana: mi ngel de ta gualda que iota na me dejata t un tala matante de mi aida. Exea genial hevnanita. Se, quieta mucha.

CL Juancha: el dan de la ni&a es gxandiasa y el dan de la ayuda es nica, y. tu me ayudadle y me hiciste xevi pava que este comma fuese leee.

CL mi netmanita Jaseline: pequea etes tu, pena y a mi tuda (laoste can mucha felicidad. Cudate mucha Mexmanita ffe quieta mucha.


Q. toda ageite que iciexon que la datatla te aanaxa y. que tin u conocimiento y cavteccione no oStendxtd la aictaxia. d utede Jnaeniexa (jxacia.

OL mi ates* el 3na. Cefoar que puso- u conocimiento y todo, ML conpanza en mi pana tealiza*. ate Uaaja. Su tUmpa y dedicacin fuexon muy. ien apnoeecnado. Qtada.

(I mi amiaa: peca on utede (guias Humana que dmffcfiait altania u fifffff/fi a> quien ia necesita. Mom&te del pensamiento aiida y plasmada pe* una pluma.


CU amo* de mi vida; tu ptetencia, cuidada, caxiaa., comp*enti6n y todo- tu ama*, tot putitte en mi datante todo. ette tiempo, et cual homSxo. a fiomixo y co*aen a calazn combatate a mi lado,

Bendao- el da en que tlegatte a mi todo y bendito- Dios quien te puto en mi camino.

Si talo ee&te una oda en ette mundo la quieto- OUW solamente con tigo JVadia.

Caminado pe* la playa i6a platicando con el teo* y me dijo que tiempte caminada a mi lado y nunca me dejaua tolo y. en un momento difcil que patata nada mu te. mixaan un pan, de huella y despus le dije al teo* po*que me dejaste 00I0 en ese momento- tan difcil u el me teapand que no me dejo alo en ningn momento y, i tolo Haba un pax de utas exan la de el quien me estaba caxaando en tu bxazos.

3>J0S

TEMA: CONSTRUCCIN DE UN MURO MECNICAMENTE ESTABILIZADO CON EL PROCESO DE TIERRA ARMADA.

OBJETIVO: DEMOSTRAR Y COMPARAR LA EFICIENCIA Y RAPIDEZ QUE EXISTEN EN EL PROCESO CONSTRUCTIVO DE UN MURO MECNICAMENTE ESTABILIZADO CONTRA UN MURO CONVENCIONAL DE CONCRETO REFORZADO ASI, COMO SU COSTO.

NDICE: (10)

FUENTES: (12)

INTRODUCCIN (13)

JUSTIFICACIN: (14)

C A P I T U L O I HISTORIA DE LA TIERRA ARMADA EN FRANCIA Y ALGUNOS CONCEPTOS BSICOS (15)

1.1 Investigaciones sobre tierra armada y conceptos bsicos. 1.2 Comportamiento de la tierra armada y sus mtodos de diseo. 1.3 Anlisis y diseo de la tierra armada. 1.4 Muros de retencin.

C A P I T U L O I I USOS Y APLICACIONES DE LA TIERRA ARMADA EN EL MUNDO (42)

2.1 Uso de tierra armada en obras viales y ferroviarias. 2.2 Uso de tierra armada en obras martimas, fluviales e industriales.

C A P I T U L O III OPERACIONES PREVIAS AL MONTAJE DE LAS ESTRUCTURAS Y PROCESO CONSTRUCTIVO. (51)

3.1 Tipo de organizacin de la obra, as! como la estimacin del equipo necesario para el montaje.

3.2 Caractersticas y seleccin del material de relleno. 3.3 Descarga y acopio de armaduras as como de las escamas. 3.4 Preparacin del terreno y colocacin de la regla de cimentacin. 3.5 Colocacin y nivelacin de la primera y segunda fila de escamas,

asi como el terraplenado y l tendido las armaduras.

-10-


CAPITULO IV COMPARACIN DE UN MURO DE TIERRA ARMADA Y UN MURO DE CONCRETOARMADO (68)

4.1 Materiales que se ocupan en la construccin de un MURO DE TIERRA ARMADA y un MURO DE CONCRETO ARMADO.

4.2 Equipo y personal necesario para la construccin de un MURO DE TIERRA ARMADA y un MURO DE CONCRETO ARMADO.

4.3 Proceso constructivo de un MURO DE TIERRA ARMADA y Un MURO DE CONCRETO ARMADO.

4.4 Costo de un MURO DE TIERRA ARMADA y un MURO DE CONCRETO ARMADO.

CAPITULO V CASO PRACTICO DE LA CONSTRUCCIN DEL PUENTE ATOYAC Y EL DISTRIBUIDOR VIAL CUATRO EN EL ESTADO DE PUEBLA (100)

CONCLUSIONES: (109)

12-


FUENTES

Sociedad Mexicana de Mecnica de Suelos. (Tr. R Esquivel) TIERRA ARMADA, SIMPOSIO INTERNACIONAL 1980. ED. G. Auvinet R. Esquivel Mxico 1983

American Association of State Highway and Transportation Officials, Inc. STANDARD SPECIFICATIONS FOR HIGHWAY BRIDGES Washington

Terre Arme Internationale. GROUPE TAI. Paris

Tierra Armada y Freyssinet de Mxico. MUROS DE CONTENCIN MECNICAMENTE ESTABILIZADOS. Mxico

Baraja M. Das (Tr. De la Cera Alonso Jos) PRINCIPIOS DE INGENIERA DE CIMENTACIONES ED. International Thomson Editores Mxico, 1999

Ing. Celso Barrera Chvez TIERRA ARMADA Apuntes Mxico, 2004

-12 -

INATTTUTO TECNOLGICO DE LA CONSTRUCCIN

INTRODUCCIN

A lo largo de la historia de la construccin se ha tenido la necesidad de construir muros de contencin, que en tiempos remotos, fueron hechos por primera vez de manipostera, es decir, hechos con piedra que se encontraba en la regin y unida con algn tipo de cementante que era bsicamente tierra con agua, es decir lodo; As, el hombre en su afn de mejorar las cosas fue encontrando materiales ptreos como la caliza que es la materia prima para la fabricacin del cemento que al ser combinado con otros materiales como la arena, que es el mortero y esta es una mezcla muy rgida, as posteriormente los muros fueron hechos de concreto armado, es decir, una nueva mezcla mas resistente hecha de arena, grava, cemento, agua y reforzada con acero. Sin embargo, la construccin de este tipo de muros nos lleva a tener ciertos problemas como la dificultad de construir muros con alturas superiores a los 3 mts. , un rea de trabajo demasiado grande, el tiempo de construccin, el desperdicio de materiales, as como el costo tan elevado que implica su construccin.

En la actualidad la necesidad de construir muros de contencin que presenten mayor altura, rapidez de ejecucin, costos menores y que ocupen menos rea de trabajo, nos lleva a buscar nuevas tcnicas y tecnologas de construccin; y esta necesidad lleva a la idea de construir un "muro armado". El origen de la idea de los muros de tierra armada nace hace treinta aos en Francia, con un hombre llamado Henri Vidal quien al estar en la playa descansando, comenz a jugar con ramas que encontr sobre la arena y construyo un montculo intercalando capas de arena con capas de ramas y as continuo, despus de terminar su montculo se recargo en el y se dio cuenta de que este no se desbarataba y llego a la conclusin de que la fuerza del montculo es gracias a la friccin que ejerce la arena contra las ramas.

Su idea evoluciono hasta la actualidad, donde gracias a la experimentacin y siguiendo con ese principio se llego a la utilizacin de materiales tales como el acero galvanizado en forma de tira con pequeos bordes o corrugado y un paramento que sirve como anclaje a esas tiras.

A travs del paso del tiempo se han encontrado diferentes aplicaciones de este sistema pero, principalmente fue en el rea de construccin donde tuvo su mayor xito al aplicarla en la construccin de muros de contencin, muros para desplantar construcciones en laderas, muros de presas, carreteras, construcciones industriales, vas ferroviarias y estribos de puentes, entre otras aplicaciones.

Lo presentado en este trabajo se enfocara en los procesos constructivos de los muros mecnicamente estabilizados con el proceso de tierra armada, as como su aplicacin en diferentes reas de la construccin y la comparacin que existe con la construccin de un muro de concreto armado.

El objetivo de este trabajo es demostrar y comparar la eficiencia y rapidez de los procesos constructivos de un muro mecnicamente estabilizado de tierra armada y un muro convencional de concreto armado, as como los costos que implica su construccin.

EH


JUSTIFICACIN

En Mxico, dentro del rea de la construccin, se ha venido implementando en la casi totalidad de sus obras el uso de concreto armado para muros de retensin.

Sin embargo, este tipo de muros resulta ser de una gran problemtica ya que requiere de la inversin de mucho tiempo, cantidad de espacio, importante volumen de materiales y un elevado costo.

Es por esto que en el marco del estudio de la Ingeniera de la Construccin, surge la preocupacin de encontrar otro tipo de soluciones y tecnologas innovadoras probadas ya en otras partes del mundo, para as, hacer ms costeable una obra y de mayor facilidad y rapidez de ejecucin. De esta manera quiero dar a conocer de forma ms ampla el proceso de construccin de tierra armada as como su implementacin en rea de la ingeniera.

- 1 4 -


C! I T C B L i u i' ti C A

CAPlfuLO|

HISTORIA DE LA TIERRA ARMADA EN FRANCIA Y ALGUNOS CONCEPTOS BSICOS

- 1 5 -


1.1 Investigaciones sobre tierra armada y conceptos bsicos

ANTECEDENTES

El 14 de marzo de 1965 Henri Vidal, quien fue el inventor de la tecnologa de Tierra Armada", imparti por primera vez una conferencia sobre esta tecnologa, y es para esa fecha que solo exista una estructura hecha con esta tecnologa y que era el muro de Pragnra y que fue construido en el ao de 1964.

Es en el ao de 1966 en el Laboratoire Central des Ponte et Chausses quien se empez a interesar por la tecnologa de Tierra Armada y fue hasta principios de 1967 cuando llevo a cabo sus primeras investigaciones para verificar los mtodos empleados en el diseo de los muros de Tierra Armada, usando modelos bidimensionales con cilindros de acero que hacan del suelo.

Los Ingenieros del laboratorio citado anteriormente, tomaron parte en el rea geotcnica para la construccin de una carretera al sur de Francia en el poblado de Niza, en donde pasara por una zona montaosa y donde tenan inseguridad en la construccin de terraplenes demasiado altos e inestables y fue que pensaron en la idea de usar la tecnologa de Tierra Armada debido a su flexibilidad.

Entre los aos de 1968 y 1969 se construyeron los primeros muros que tenan un rea de paramentos de 5630 m2, y fue que a partir de 1968 se realizaron diferentes modelos a escala natural como el del muro Incarville.

La tierra armada puede resultar un proceso muy econmico, as como adecuado para muchos trabajos en el rea de la construccin como los muros de retencin, los accesos para puentes, los terraplenes, los diques de contencin, algunas fosas de almacenamiento de carbn y minerales, y grandes desarrollos habitacionales que se construyen en laderas. Las experiencias recientes han demostrado que la tierra armada puede ocuparse en diferentes aplicaciones donde se requiere una diferencia de alturas entre 20 m y 30 m y que se disponga de un suelo adecuado para su construccin.

na


CONCEPTOS BSICOS Y CARACTERSTICAS ESENCIALES DE LA TIERRA ARMADA.

La tierra armada esta formada por la combinacin de elementos lineales y un suelo granular que no presenta cohesin alguna. El sistema de tierra armada cuenta con tres elementos principales que son:

1. las escamas o paramentos. 2. las tiras de refuerzo o armaduras. 3. el material granular ocupado para relleno.

En muros tpicos de tierra armada, las tiras de refuerzo presentan una longitud de entre 0.7 y 0.8 veces la altura del muro. As el espaciamiento de las tiras ser en forma horizontal de 1m y en forma vertical de 0.75 m. Como se mostrara en el siguiente esquema.

Fig. No. 1 Seccin tpica de un muro de tierra armada.

El punto clave para la estabilidad de un muro de tierra armada es la friccin que se genera entre el material granular que se ocupa en el relleno y las tiras de refuerzo. Una estructura como esta bien diseada y construida es capaz de soportarse as misma como un cuerpo slido, el cual evita el escape de material hacia los lados y en direccin de los refuerzos.

La tierra armada presenta la combinacin de diferentes materiales que cada uno de ellos emplea su resistencia para compensar las carencias de los dems materiales.

ESSS


Un suelo granular al estar bien compactado puede soportar excelente resistencia a la compresin y al cortante, sin embargo, no soporta fuerzas de tensin y no es estable si no se tiene un confinamiento. Los refuerzos, generalmente de acero galvanizado, no presentan fuerzas de compresin ni de cortante, debido a su flexibilidad; estos elementos lineales presentan una gran resistencia a la tensin y hacen que la masa de suelo sea confinada gracias a su friccin con el suelo y su rigidez tensional.

Como consecuencia de los esfuerzos, las escamas necesitan soportar todos los esfuerzos locales generados en el suelos, en ciertas zonas y distancias de los refuerzos y debido a las debilidades asimtricas de la estructura. No solo los refuerzos y las escamas deben de soportar en sus uniones los esfuerzos propios del suelo, sino tambin los esfuerzos generados por los equipos de construccin al realizarse la compactacin cerca de las escamas.

Otro de los aspectos ms importantes de los muros de tierra armada esta en su gran flexibilidad. Esta estructura es capaz de soportar deformaciones sin presentar algn problema estructural. La naturaleza flexible de los muros de tierra armada hace que esta estructura sea adecuada para los casos en que por propia naturaleza del terreno se esperen asentamientos en la cimentacin.

- 1 8 -


EL PRINCIPIO DE LA TIERRA ARMADA

La tierra armada es una asociacin de tierra y elementos lineales capaces de soportar fuerzas de tensin importantes; estos ltimos elementos suelen ser tiras de acero galvanizado o de plstico, la fuerza de tensin desarrollada dentro de la masa de suelo se transmite a los refuerzos de acero por medio de la friccin que este ejerce. Los refuerzos son puestos a trabajar por las fuerzas de tensin ejercidas por el suelo, este conjunto se comporta como si tuviera a lo largo de su direccin de los refuerzos una cohesin proporcional.

En todos los modelos a escala que se han creado, se demostr que para un cierto refuerzo la fuerza de tensin es diferente en toda su longitud (Fig. 1). En el extremo libre del refuerzo, la tensin ejercida es cero, por otra parte en el punto de fijacin ejercidas en el refuerzo a la escama, dicha tuerza depender de la cantidad de refuerzos que contenga cada escama, dicho de otro modo que si los refuerzos estuviesen ms cercanos entre s la tensin que estos ejerceran a las escamas seria cero y las escamas no seran necesarias, sin embargo, si tos refuerzos estuviesen mas alejados unos de otros, las fuerzas de tensin en el punto de fijacin si seran de consideracin. Esto demuestra que los refuerzos de acero como el propio suelo son los principales elementos en un muro de tierra armada por su mutua relacin y que las escamas pasan a ser un elemento de segundo orden. El equilibrio local del refuerzo indica que la variacin de la fuerza de tensin inducida en ambos lados nos provoca esfuerzos cortantes.

di

3 dF=F2-F1 F1 m^^^qyqp*9? F2

ttttttttt a

Fuerzas de tensin en la tira

t = L / 2b * dt / dL (suponiendo que el esfuerzo cortante es igual en ambos lados del refuerzo)

l Tira de refuerzo

Fig. No. 1 Variacin de las fuerzas de tensin en el refuerzo y de los refuerzos cortantes

aplicados al refuerzo.

- 1 9 -


donde: T = fuerza de tensin en el punto considerado del refuerzo. I = abcisa del punto en cuestin. f* V "V" #" > * b = anchura del refuerzo. -* *

f -> L I r n C La movilizacin del refuerzo t tiene un desplazamiento relativo con respecto al suelo; esto quiere decir que la deformacin de la tira de refuerzo es muy importante en la distribucin de las fuerzas de tensin a todo lo largo de la tira, esta relacin de esfuerzo-deformacin a sido objeto de muchos estudios. Uno de estos estudios fue sin lugar a duda una prueba de corte simple del suelo y el refuerzo.

Por otra parte el esfuerzo cortante t esta relacionado con el esfuerzo normal a aplicado al valor del coeficiente de friccin interna entre el suelo y et refuerzo, la cual depende de muchos factores como se observa en la siguiente desigualdad.

t / a < f (o , Dr, p ) donde: Dr = compacidad relativa del suelo.

P = coeficiente de grado de rugosidad de la superficie del refuerzo.

Se observa que los esfuerzos en ambos lados del refuerzo no pueden ser iguales a menos que la geometra del suelo y las cargas sean iguales, gracias a las pruebas realizadas en modelos foto elsticos de los muros se, demostr esta supuesta desigualdad.

man

t t t t t t t a) SIMTRICO. Prueba de compresin realizada en un muro de tierra armada.

El principio de operacin bsicamente de la tierra armada es que un material granular que no puede soportar las fuerzas de tensin por si solo, llegue a ser flexible gracias a las tiras de refuerzo colocadas en su interior en forma estratgica, ya que estas son muy flexibles y en conjunto forman un cuerpo slido pero a la vez flexible

- 2 0 -


PRUEBAS DE MUROS EN MODELOS A ESCALA REDUCIDA

En los aos de 1961 y 1963 en Ing. Henri Vida! realizo por primera vez modelos a escala reducida ocupando como material para las tiras de refuerzo y las escamas papel comn y corriente, pero los resultados de estas pruebas solo arrojaban resultados cualitativos y no muy representativos. Posteriormente, los siguientes modelos con los que se trabajaron fueron hechos basndose en cilindros de acero simulando las tiras de refuerzo, a estos modelos se les aplicaron cargas considerables hasta alcanzar su falla y el resultado obtenido de este modelo fue que la tensin generada por el suelo sobre la tira de refuerzo era la misma en toda su longitud.

La prueba en modelos a escala reducida tenia dos ventajas que los modelos a escala natural no tenan que eran:

1.) que los materiales y su construccin resultaban ms baratos que los hechos de dimensiones naturales.

2.) Los resultados que los modelos a escala arrojaban cuando llegaban a la falla, eran ms fciles de observar y verificar el sitio de la falla que los naturales.

Estos primeros modelos fueron ensayados por los Ing. Adams, Lee y Vagneron en el ao de 1972 en la Universidad de California en Los Angeles. En los modelos bidimensionales que ensayaron los Ing. mencionados anteriormente; el material de relleno que estaba echo por cilindros de acero de 30 mm colocados uno sobre otro paralelamente.(Fig. No.2) .Las caractersticas mecnicas son distintas a las que correspondera a una arena real, ya que su peso volumtrico ( Y) = 62 kN / m3 y 0 = 27. Las escamas estn hechas de plstico de 25 mm de altura. La construccin del modelo se reprodujo lo mejor y ms parecido a uno de tamao natural. En este modelo resultaron significativos dos planos de falla que son:

1.) La rotura de las tiras de refuerzo. 2.) La falta de adherencia debido a la longitud.

Fig. No. 2 Modelo bidimensional

- 2 1 -


Los resultados que se obtienen en este tipo de modelos son nicamente y exclusivamente para estos modelos bidimensionales y no se aplican a los dems modelos naturales. Sin duda una de las principales fallas que se presentan es Hf < L donde:

Hf = altura de falla. L = longitud del refuerzo.

Esta falla mencionada es por la adherencia que presenta el material en el refuerzo.

Con este tipo de modelos podemos apreciar cuantitativamente los factores que intervienen en un muro de tierra armada que son (la influencia de la longitud de los refuerzos, la influencia de la resistencia a la tensin de los refuerzos, la influencia del espaciamiento de los refuerzos y la influencia del peso volumtrico del material de relleno.), con la siguiente expresin sencilla podemos deducir los resultados anteriores.

= H0 + K*y*AH

Donde:

Hmax = altura critica del muro en la falla.

H0 = altura del muro sin ningn refuerzo, debido a la rigidez de los elementos de soporte Exterior.

Y = peso volumtrico del suelo reforzado.

AH = separacin vertical entre dos tiras de refuerzo.

RT = resistencia a la tensin del refuerzo por metro lineal.

K = coeficiente que depende sobre todo del ngulo de friccin interna () del material de relleno.

Con estos resultados se puede entender mejor el comportamiento de un muro de tierra armada. De aqu se puede demostrar que el mecanismo de la tierra armada induce un "empuje activo del suelo", el cual se encuentra en un estado de esfuerzos de Rankine sobre las escamas y sobre el anclaje de los refuerzos a las escamas.

- 2 2 -


Sin embargo los resultados que se efectuaron por el Institut National des Siences Apliques en Lyon en 1970 con los modelos tridimensionales mostraron una diferencia entre los mecanismos anteriores y los comportamientos reales de un muro.

Los valores calculados de la altura de falla fueron el doble que los calculados por la teora de Rankine.

La superficie de falla que se estaba observando, resulta mas cerca de las escamas que el plano de falla en la teora de Coulomb.

De las observaciones realizadas se tiene que el valor del coeficiente K debe ser menor al valor de Ka. Este resultado es indicativo del efecto tan importante que tienen los esfuerzos cortantes generados entre el material de relleno y los refuerzos en el interior de la masa de suelo.

Con modelos tridimensionales que se realizaron en la Universidad de California en 1973 se corroboro la teora de Rankine sobre el comportamiento de los muros de tierra armada; As se realizaron mediciones con unos censores llamados "strain gages" esto para poder determinar las fuerzas de tensin en los refuerzos, suponiendo que dichas fuerzas son mayores en donde se fijan con las escamas. S encontr que la teora de Rankine se adapta muy bien a los diseos de muros de tierra armada y que la superficie de deslizamiento es perfecta al plano de falla de Coulomb.

en Inglaterra, Bolton ensayo con modelos que fueron sometidos a una maquina de centrifugado; Tal parece que la teora de Rankine no puede describir del todo el complejo mecanismo que tiene un muro de tierra armada y que la superficie de falla que se observo es diferente al plano de falla de Coulomb.

- 2 3 -


PRUEBAS A ESCALA NATURAL

Entre los aos 1968 y 1976 se realizaron varias pruebas en muros a escala natural como se muestran algunos ejemplos en la siguiente tabla:

AO

1968

1970

1976

NOBRE

INCARVILLE

DUNKERQUE

ANGERS

TIPO

muro de contencin

2 muros de

contencin para

apoyo de carretera Terrapln

para puente

REFUERZO

Aluminio

Acero galvanizado

Acero galvanizado

PARAMENTO

Metlico

Metlico

Concreto

LONGITUD

50m

177 m y 230 m

17 m

ALTURA

10m

8.75 m y 7m

6 m

LONGITUD DEL

REFUERZO

10 m

10 m y 15m

7.5 m y 11 m

Estos experimentos realizados ayudaron de mucho a conocer mejor el mecanismo de la tierra armada.

Uno de los ms claros ejemplos fue sin duda el realizado en el muro de DUNKERQUE, donde el material que se ocupo de relleno fue una arena uniforme y que puso en evidencia la existencia de la zona activa y resistente separadas por el lugar geomtrico de las fuerzas mximas de tensin. En la zona activa los esfuerzos cortantes aplicados a los refuerzos estn orientados hacia el exterior del muro, mientras que en la zona resistente estn orientados hacia el interior del muro.

A la fecha los mtodos adoptados para el diseo interno y para la determinacin de las fuerzas mximas de tensin (Tmax) se basa en los resultados experimentales de pruebas a escala natural. En ellos se considera esencialmente el equilibrio de un elemento de suelo alrededor del refuerzo limitado en un extremo por el paramento exterior y en el otro por el lugar geomtrico de las fuerzas mximas de tensin. La hiptesis para la formulacin de estos mtodos, suponen que los esfuerzos cortantes ( r) actuando en el plano horizontal ubicado a la mitad de la distancia entre dos tiras de refuerzo son nulos. De esta hiptesis se desprende la ecuacin para obtener las fuerzas mximas de tensin en las tiras de refuerzo (Tmax):

usa


Tmax - K *


1.2 Comportamiento de la tierra armada y sus mtodos de diseo.

PROPIEDADES DE LA TIERRA ARMADA

Considerando que la tierra armada es un sistema que posee caractersticas propias, y no es nada mas un sistema de anclaje, en el LCPC llevo en el ao de 1969 una serie de pruebas triaxiales con especmenes de arena reforzada con placas delgadas de aluminio. En estas pruebas se demostraron los diferentes efectos ocasionados por diferentes factores como son: (la separacin de las placas, la resistencia a la tensin de las placas, entre otras.) Los modelos se reforzaron siguiendo un modelo bidimensional el cual difiere de la tecnologa empleada en las estructuras de tierra armada donde sus refuerzos son tiras metlicas angostas. Esta diferencia que se presenta en la rotura de los refuerzos cuando se realiza la prueba no es significativa tanto como los resultados arrojados por deslizamiento de los refuerzos.

Siguiendo este principio y los resultados, varios investigadores hicieron varios experimentos similares como: (Bacot y Lareal, en 1971; y mas adelante lo haran Yang y Singh en 1974.) Los resultados arrojados en los experimentos fueron sin duda que la presencia de los refuerzos aumenta considerablemente tas propiedades mecnicas de la arena al momento de la falla por ruptura de refuerzos el modelo se comporta como si la arena tuviese cierta cohesin que esta es proporcional a la cantidad de refuerzos existentes y a la resistencia a la tensin que presentan en los mismos refuerzos.

Por lo anterior en 1972 los investigadores Schlosser y Long dieron a conocer la siguiente expresin:

C= &*M. 2 Mi

Donde:

RT = resistencia a la tensin del refuerzo, por metro lineal.

AH = separacin vertical entre dos refuerzos. Tambin en esta investigacin se pudo comprobar que al romperse los refuerzos la resistencia al esfuerzo cortante de la arena se movilizaba totalmente, aunque mucho antes de que se presentara la falla, la resistencia a la tensin se movilizaba mucho mas que la resistencia al corte de la arena, y es as que el estado de esfuerzos dentro de la arena se acerca mucho mas al estado de reposo.

-26- nSHBI


LA FRICCIN EJERCIDA EN LA TIERRA ARMADA

El principio de la tierra armada tiene su origen en la friccin que se genera en las interfaces del suelo-refuerzo donde el refuerzo son elementos lineales.

En el laboratorio se han realizado diferentes pruebas para conocer el coeficiente de friccin que se genera entre el suelo de relleno y el refuerzo como:

1.- Pruebas de corte directo donde intervienen el propio suelo y el refuerzo.

2.- Pruebas para conocer la resistencia que existe a la extraccin por parte de los refuerzos en terraplenes y en muros de tierra armada.

En los primeros aos que se empezaron a construir por primera vez los muros de tierra armada se recomendaba que el material de relleno que se ocupase nicamente material granular como son las arenas y las gravas, con un porcentaje del 15 % mximo en peso del material menor de 80//. En el ao de 1978 s encontr que los dimetros de partculas que separan a los suelos puramente friccionantes estn entre 10// y 20//. Por lo tanto las nuevas especificaciones dadas arrojan que el porcentaje de partculas debe de ser menor al 15 % en peso del material de relleno y no debe de tener mas del 15 % en su peso.

De los resultados obtenidos en las pruebas de extraccin s encontr un coeficiente de friccin aparente:

yh

El coeficiente no toma en cuenta el valor real del esfuerzo normal actuando sobre el refuerzo, si no, mas bien toma el valor medio de la presin por sobrecarga yh.

Para un suelo friccionante el coeficiente f * puede ser ms importante que el propio valor del coeficiente real de friccin f medio.

El investigador Schlosser y Elias en 1978 demostraron los principales factores que afectan el valor de f * en los suelos puramente friccionantes que son:

1.- la compacidad del terrapln. 2.- la rugosidad que presentan las tiras de refuerzo. 3.- la presin normal del suelo que se transmite a los refuerzos.

Los resultados que se obtuvieron en las pruebas fueron evidentes ante el fenmeno de dilatancia dentro del medio granular. Los esfuerzos cortantes que se generaron a lo largo de los refuerzos dan lugar a un incremento del esfuerzo normal av. por lo tanto el valor f * es mucho ms importante que el valor de f.

m


ALGUNOS MTODOS DE DISEO DE TIERRA ARMADA

Durante todo el tiempo que se llevo en la investigacin de las estructuras de tierra armada en modelos a escala reducida y en los modelos a escala natural, se llego a la demostracin de dos mtodos de diseo que son:

El mtodo de esfuerzos de trabajo, que se basa en los experimentos realizados a escala natural en estructuras reales bajo condiciones alejadas de la falla.

El mtodo de los planos de falla que se enfoca especialmente en las superficies potenciales de falla, as como la falla que se presenta en los refuerzos por ruptura y Por el deslizamiento de los mismos.

MTODO DE ESFUERZOS DE TRABAJO

Con este mtodo se pueden determinar por separado las fuerzas de tensin que se generan en las tiras de refuerzo y la longitud que necesita para su adecuada adherencia contra el suelo. Este mtodo es general, por lo que este es un mtodo recomendable para el diseo de estructuras de contencin tradicionales y con cargas concentradas como son los estribos de puentes. Este diseo involucra una masa de geometra rectangular con un ancho B = 0.7 H, siendo H la altura total del muro.

Fig. 3 Anlisis preliminar de una estructura de tierra armada El valor de la tensin mxima (Tmax) se calcula considerando el equilibrio de un prisma de altura AH, que corresponda a la separacin vertical de dos lechos de refuerzos, formado

- 2 8 -


por la capa reforzada y teniendo un limite en el extremo que ser de la escama y el otro lado por el lugar geomtrico M de las fuerzas de tensin mximas.

Tm itruut "" ^

w'

T=0

w//////Ay//////////A TT ' ah T=0 Tma=oh

Zona activa Zona resistente

Fig. 4 Equilibrio de un prisma elemental y calculo de Tmx

En el punto M no existen esfuerzos cortantes aplicados sobre el refuerzo por el suelo T = dT / di = 0 y los esfuerzos verticales en este mismo punto resultan ser verticales (av) y horizontales (a h ) . Adems por la propia simetra del prisma, solo existen esfuerzos cortantes actuando sobre las caras horizontales del prisma. El equilibrio del prisma de 1 m de ancho muestra que los esfuerzos aplicados oh en la superficie est balanceados por las fuerzas mximas de tensin actuando en las n tiras de refuerzo por metro lineal de ah que:

Tmx = OH* oh n

La determinacin del valor del esfuerzo horizontal Oh es semiempirica. El esfuerzo Oh es proporcional al esfuerzo vertical o segn:

0h = K o"v

Donde K es un coeficiente experimental deducido a partir de ensayes a escala natural.

Paraz Zo K = Ka

Donde:

Ko = 1-sen6yKa = tan 2 (TT/4-e/2) Z = profundidad bajo el borde superior de la escama. Zo = profundidad critica. o = esfuerzo vertical total.

- 2 9 -


El esfuerzo vertical av se calcula con la distribucin de Meyerhof, la cual suponiendo en equilibrio los momentos de las fuerzas aplicadas en la porcin de la masa de tierra reforzada arriba de las tiras de refuerzo. Por tanto resulta mayor que la presin por sobrecarga yz + q. Para el caso en que un muro de contencin con superficie libre horizontal, el valor de av esta dado por:

av = yz{\ + Ka{-)2) i G T r-

c - J JL. i

Donde L es la longitud de las tiras de refuerzo. Este mtodo de diseo a partir de esfuerzos de trabajo toma en cuenta el hecho de que en la parte superior del muro el estado de esfuerzos dentro del suelo se acerca mas a la condicin de reposo y no a la de falla. Calculo de la longitud de adherencia Para la determinar ia longitud del refuerzo, es necesario conocer el lugar geomtrico de las fuerzas mximas de tensin que divide la zona activa, de la zona de resistente, ya que la ecuacin para encontrar la longitud esta dada por la ecuacin:

L = Lo + La

Donde:

Lo = longitud de la porcin del refuerzo localizada dentro de la zona activa.

La = longitud de adherencia que corresponde al tramo de refuerzo que cae dentro de la zona resistente.

El lugar geomtrica terico de las fuerzas de tensin mximas de tensin para muros y estribos para puentes, s muestra en la Fig. 5

H

L= 0.70 H Fig. 5 Diagrama simplificado del lugar geomtrico de las fuerzas mximas de tensin en

un muro.

- 3 0 -


Para todas las tiras de refuerzo la longitud de adherencia debe satisfacer la desigualdad:

Tmax< t 2bjtjav.(x\f*Jx

donde:

f * = coeficiente de friccin aparente considerando la presin por sobrecarga yz del suelo localizado arriba de las tiras de refuerzo consideradas.

ov = es la suma de la presin por sobrecarga y la carga aplicada eventualmente por la vertical que pasa a travs del punto considerado. Las cargas locales se transmiten verticalmente a la masa de suelo sin ningn componente lateral.

El valor del f * vara en funcin de la rugosidad de la superficie de las tiras de refuerzo.

Para tiras corrugadas se toma en cuenta la influencia de la presin por sobrecarga, donde se supone que f * varia con forme la profundidad de z de la tira considerada.

Para z < Z o : f * ( 1 - z / Z o ) + z/Zotane Para z > z : f * = tane

Siendo Zo la profundidad critica.

MTODO DE LOS PLANOS DE FALLA

Este mtodo considera el equilibrio que existe en una cua de tierra limitada por la escama exterior y por una cierta superficie potencial de falla.

Cualquier cua de tierra se analiza a la accin de las siguientes fuerzas:

PesoW Componentes verticales y horizontales de las cargas Qv y Qh. Empujes pasivos y activos con sus componentes Pv y Ph. Reaccin del suelo R actuando sobre el plano potencial de falla, que forma un ngulo 6

con respecto a la normal a este plano. La suma de las fuerzas de tensin (ZT )movilizadas en los refuerzos que pasan a

travs de la plano potencial de falla.

H2I


Fig. 6 Equilibrio de una cua de falla potencial

Del equilibrio de fuerzas se obtiene:

IT = ( Ph + Qh) + (W + Qv + Pv) tan (6-8J ) Para cada capa de refuerzo, la fuerza Ti se considera igual al valor mnimo ya sea de la resistencia a la tensin del refuerzo o de su resistencia a la extraccin, que este es dividido por un cierto factor de seguridad:

Ti = min-lni.RT \2b.nixfv*.f*Jx

donde:

ni = numero de tiras por metro lineal en la capa de refuerzo. RT = resistencia a la tensin de los refuerzos. b = ancho del refuerzo. av* = presin por sobrecarga cules fueran, mas las cargas actuantes en el refuerzo. f * = coeficiente de friccin aparente.

Con este mtodo es posible verificar la estabilidad de las distintas cuas limitadas por los planos potenciales de falla considerados, as como el diseo del numero de tiras por metro lineal y la longitud de las mismas.

- 3 2 -


1.3 Anlisis y diseo de la tierra armada

Las condiciones bsicas que debe de cumplir un muro de tierra armada en su estabilidad interna se encuentran en la seguridad de las tiras de refuerzo tanto a la tensin como a la ruptura. Los resultados de pruebas realizadas a modelos a escala natural y los anlisis de distintas perspectivas, entre ellos el elemento finito, el cual ha establecido la geometra relevante y los cambios a esperar en los parmetros necesarios para un diseo practico como son:

1.- las zonas de los empujes activo y pasivo, definidas como el lugar geomtrico de las fuerzas de tensin mximas.

2.- las variaciones del coeficiente de empuje horizontal K. 3.- la variacin del coeficiente de friccin aparente entre el suelo y el refuerzo.

Sobrecarga w para capacidad de carga mxima y esfuerzos en las tiras re refuerzo.

Volteo F.S. >2.0 Deslizamiento F.S. > 1.5 Capacidad de carga F.S. >2.0

Fig. 7 geometra y fuerzas consideradas en el diseo de un muro de tierra armada

El calculo de un muro simple se puede realizar a mano aplicando las relaciones anteriores y las distribuciones de cargas. La escama esta empotrada hasta una profundidad de 0.1 H al pie de los rellenos horizontales y hasta una profundidad de 0.2 H si se trata de un relleno semi-infinito. La especificacin actual nos dice que para que un relleno sea adecuado debe de tener un ndice del 6 % mnimo de plasticidad, que exista un peso menor a 15% en finos que menores a 15 um, y que el ngulo de friccin determinado por la AASHTO T-36 resulte mayor de 34 grados.

- 3 3 -


La presin vertical de soporte a cualquier altura del muro se toma igual a:

av =

B-2e

donde:

IV = la suma de fuerzas verticales a esa profundidad. B = es el ancho de la zona reforzada, e = la excentricidad de la resultante.

Dada por:

IMo B e = <

V 6

la longitud efectiva de los refuerzos ( le) es la longitud del refuerzo a la derecha de la zona en estado activo. Se necesita aplicar un factor de seguridad mnimo de 1.5 contra la extraccin de las tiras, y el esfuerzo mximo de tensin en el refuerzo debe de ser menor que el permisible del material que se esta usando.

Donde:

b = ancho de la tira. H = la profundidad de la tira en cuestin. Y = peso efectivo volumtrico del relleno. o h = K o Atabiero = rea de cada escama exterior. N = numero de refuerzos por cada tablero.

La seccin critica para los fines de calculo del esfuerzo mximo de tensin en las tiras de refuerzo se considera que esta localizada en la escama del muro. Sin embargo en este punto, la fuerza de tensin se va a tomar igual a 0.85 Tmax.

El rea de la seccin transversal del acero en la escama del muro se toma como el rea total de la seccin transversal del refuerzo menos el rea del barreno de anclaje, descontando un cierto margen de la corrosin. El barreno se usa en cada extremo para fijarla al conectar de la escama; la condicin en la que hay una reduccin de rea por el barreno, es mas critica que en aquellos tugares donde las fuerzas de tensin en las tiras son mximas.

EGB1 -34- n s m i


DISEO SSMICO DE LOS MUROS DE TIERRA ARMADA

Las estructuras de tierra armada ha tenido un gran xito en aquellas zonas donde se producen con mayor frecuencia los temblores. En los aos 70's, se realizaron pruebas de campo y ensayes de laboratorio, los cuales nos proponen algunos mtodos para disear las estructuras de tierra armada contra sismos.

H/2

H/2

0.3 H H H

W

sobrecarga w s v

B > 0.7 H

W = x0.3H + -x~x03H 2 2 2

y = 0.225?72 g

Condicin de carga para anlisis de adherencia y estabilidad.

Fig. 8 anlisis simplificado para diseo ssmico

Donde:

W = peso de la estructura. F3 = fuerza horizontal adicional. g = valor de la gravedad (9.18)

- 3 5 -


INTERACCIN DEL SUELO CON EL REFUERZO

La fuerza resistente que existe entre el suelo y la tira de refuerzo, constituye sin duda uno de los aspectos mas importantes de la tierra armada.

En la mayora de los proyectos de tierra armada se usan tiras de refuerzo corrugadas en vez de usar tiras lisas. El corrugado que presentan las tiras son el responsable de que se genere entre estas y el suelo, el llamado coeficiente de friccin aparente ( f * ) ; este coeficiente es mayor que el obtenido con las tiras lisas.

Se espera que en cada parte de la corrugacin se formen pequeas zonas de falla por empuje pasivo que se agregan a la friccin por deslizamiento desarrollada entre la parte del suelo y el rea lisa de las tiras.

A lo largo del tiempo se ha tratado de medir la friccin que existe entre el suelo-refuerzo bajo distintas condiciones de prueba como son:

1.- pruebas de extraccin en muros a escala natural. 2.- pruebas de extraccin en modelos a escala, sometidos a una fuerza ssmica simulada.

Aunque esta prueba de extraccin es la mas adecuada en este tipo de estructuras, la distribucin de esfuerzos a lo largo de su longitud no reproduce exactamente lo que ocurre en un muro real de tierra armada.

- 3 6 -


1.4 Muros de contencin 1. INTRODUCCIN Se define como muro de contencin" "Toda estructura continua que en forma activa o pasiva produce un efecto estabilizador sobre una masa de terreno".

A travs del tiempo se han usado estas estructuras como elementos de contencin. El carcter fundamental de los muros es el de servir de elemento de contencin de un terreno, que en unas ocasiones es un terreno natural y en otras un relleno artificial. En esta situacin, el cuerpo del muro trabaja esencialmente a flexin y la compresin vertical debida a su propio peso es generalmente despreciable. Sin embargo, en ocasiones el muro desempea una segunda misin que es la de transmitir cargas verticales al terreno, desempeando una funcin de cimiento.

2. USOS DE LOS MUROS DE RETENCIN Los usos comunes de los muros de contencin se ilustran en la parte de abajo.

^yiw5/8M^*temw.Mis.. .!

N O M C N C C A T U M * C M M U X O S OC C T C f i C I O M . R M O C A I M t l I . .

VMf l>i.|HWHLWaiW.mMI,WWWWMtJMWI

T E M J t ^ L C N l A U C A M I M O F I M O C A m i L .

C S T U I K ) O C H C T C M C I O N

. U C C M H I I N T O M n U W k l C f ! .

u n o o c n c T t M c t o M r * * M U * V T K M I * .

4 MUKO BCMMADOn W i n TMANSICIOM CMTMK *

s c c c t o w i oc r u c a * .

Nomenclatura y usos comunes de muros de retencin

-37-


3. CLASIFICACIN DE LOS MUROS DE RETENCIN En general, los muros de retencin se clasifican en:

- Convencionales: gravedad, semigravedad, voladizo - Muros de tierra y estabilizados mecnicamente: cribas, gaviones, celdas con geotextiles

Se presenta una clasificacin de los muros convencionales.

(C) (d) a) Muros de gravedad de manipostera o de concreto simple: b) Muro en voladizo (cantiliver) c) Murto con contrafuertes d) Muro de cribas e) Muro de semigravedad (con pequea cantidad de acero de refuerzo)

Tipos de muros de Retencin

K 9 9 M -38- HSSHH


Los muros de gravedad: se construyen con concreto simple o con manipostera. Dependen de su peso propio y de cualquier suelo que descanse sobre la mamposteria para su estabilidad. Este tipo de construccin no es econmico para muros altos.

Los muros de semigravedad son similares a los de gravedad pero con una pequea cantidad de acero, minimizando as el tamao de las secciones del muro.

Los muros en voladizo: estn hechos de concreto reforzado y constan de un tallo delgado y una losa de base. Este tipo es econmico hasta una altura aproximada de 8m (25 pies). Los muros con contrafuertes: son similares a los muros en voladizo. Sin embargo, a intervalos regulares stos tienen losas delgadas de concreto conocidas como contrafuertes que conectan entre s el muro con la losa de la base. El propsito de los contrafuertes es reducir la fuerza cortante y los momentos flexionantes.

4. FALLAS COMUNES EN MUROS DE CONTENCIN Las fallas comunes que pueden presentarse en los muros de retencin se ilustran en el siguiente esquema.

C) FALLA PROFUNDA POR CORTANTE e) ASENTAMIENTO

Fallas comunes en muros de contencin

l E O f l -39- M W


5. DRENAJE DE MUROS DE RETENCIN Los muros de retencin deben estar provistos de un sistema de drenado, a fin de ev;tar un aumento depresiones en el respaldo del muro estos son algunos ejemplos de ellos.

0) NICAMENTE TUBOS DESAUDA b) TUBOS DE SALIDA CON BOLSONES OE MATERIAL PERMEABLE.

DRENANTE

c) ORENES CONTINUOS d) CAPA CONTINUA

e) OREN INCLINADO f ) DISPOSICIN CONTRA 9) RELLENO EXPANSIVO CONGELACIN.

(1) OREN CONTINUO HORIZONTAL UNIENDO LOS TUBOS OE SALIOA CON ORENES VERTICALES EN EL RESPALDO DISPUESTOS ENTRE LOS TUBOS.

(2) DREN CONTINUO HORIZONTAL CON DESCARGA LATERAL, EN VEZ DE TUBOS OE SALIOA. PUEDE TENER DRENES VERTICALES INTERMEDIOS.

Sistemas de drenaje en el respaldo de un muro de retencin y en su relleno

- 4 0 -


6. FUERZAS QUE ACTAN EN UN MURO DE RETENCIN Las fuerzas que actan sobre un muro de contencin y que deben ser tomadas en cuenta en el anlisis de estabilidad son en general.

Fuerzas principales que actan sobre un muro de retencin

a) Peso propio del muro (W = W^Wz+Wj+.-.+W,,) b) La presin (E) del relleno contra el respaldo del muro c) La componente (UV) normal de las presiones en la cimentacin d) La componente (GH) horizontal de las presiones en la cimentacin e) La presin (E') de la tierra frente del muro. f) Fuerzas de puente, si el muro forma parte de un estribo de puente. g) Las sobrecargas actuantes sobre el relleno, usualmente uniformemente distribuidas o lineales h) Las fuerzas de filtracin y otras debidas al agua i) Las subpresiones. j) Vibracin k) Fuerzas ambientales I) Los temblores m) Las expansiones debidas al cambio de humedad en el relleno.

EI29 -41- HSSifi


CAPITULO| II

USOS Y APLICACIONES DE LA TIERRA ARMADA EN EL MUNDO

42 -


2.1 Usos de tierra armada en obras viales y ferroviarias.

USOS VIALES

En la actualidad la aplicacin de la tecnologa de tierra armada empleada por la ingeniera civil en donde a tenido gran xito en la construccin de sus carreteras y la retencin de taludes. Una de estas tecnologas es la construccin de un muro mecnicamente estabilizado que encuentra muchsimas aplicaciones en cualquier tipo de zona topogrfica por difcil que esta sea para el trazo de las carreteras. La tierra armada se usa para resolver problemas de estructuras de contencin.

Los muros de tierra armada se construyen con mayor frecuencia en trazos de montaa para carretera o cuando las condiciones de cimentacin son muy difciles; en las zonas urbanas esta tecnologa a sido de gran ayuda, puesto que su rea de trabajo es muy reducida en comparacin con la construccin de otras estructuras, sin ocasionar serios problemas como embotellamientos.

En las autopistas que se encuentran en lugares montaosos se han diseado lo mas cercano a las laderas, siendo este el mejor lugar para el corte un talud, y tomando en cuenta que un talud no se puede construir tan alto; esta parte es la mas difcil del diseo y construccin de una carretera, por la posibilidad del derrumbe de un talud, si este no esta bien diseado para soportar el peso de la carretera; es por este problema que la mejor solucin para construir una estructura de retencin sin duda es un muro de tierra armada, ya presenta muchos beneficios en cuanto a la construccin de estructuras muy altas en laderas muy escarpadas, y que gradas a sus componentes esta es muy flexible, y que una estructura de tierra armada puede cimentarse directamente el terreno de desplante un terrapln artificial.

En algunas ocasiones es necesario realizar estructuras en suelos inestables, en donde los estudios de mecnica de suelos nos indican que el suelo presenta deformaciones diferenciales en gran parte del rea donde se llevar a cabo la construccin de tierra armada y una gran ventaje que tiene esta estructura es que al ponerle unas juntas verticales como las horizontales, estas pueden absorber este tipo de pequeos movimientos.

Hasta la fecha de hoy, se han construido infinidad de estructuras de tierra armada para carreteras en muchas partes del mundo.(Fig. 9)

-43-


Fig. No. 9 Carretera Sandton Gauteng Sudfrca

Los estribos flotantes son los mas ocupados por los ingenieros para construir los puentes en las carreteras y que estos son muy econmicos.

El muro realiza un doble papel; soportando directamente la carga vertical del puente y contener el propio terrapln. (Fig. 10). La estructura que se encarga de transmitir las cargas es un cargadero colado en sitio, este

ser el que reparta las cargas en toda la superficie del muro como se muestra (Fig. 11)

Fig. No. 10 Puente Fuentes Mares en Chihuahua

Fig. No. 11 Diagrama de una seccin con cargadero

44-


Cuando se construye un estribo y en donde el terreno no es de buena calidad se pueden presentar asentamientos diferenciales entre la parte frontal del muro y los alerones; para esto se pens en la colocacin de esquinaros que permitan que la estructura absorba esos movimientos libremente sin que el talud sufra perdida de material de su interior (Fig. 12)

Fig. No. 12 Piezas para esquineros

45-


USOS FERROVIARIOS

La utilidad que se le ha dado a los muros de tierra armada en los ltimos aos, no es solo para la retencin de taludes y carreteras, sino tambin como soporte de lneas de ferrocarril, en muchos casos de ferrocarriles de alta velocidad en muchos pases

Sin duda alguna, la tecnologa de tierra armada es perfecta y muy resistente a los movimientos que ocasiona el tren a su paso, como la vibracin de los rieles y la electricidad que pasa por ellos

Los muros de tierra armada pueden construirse de dos formas bsicas que son

El primero de ellos puede ser un muro paralelo a las vas del tren{ Fig 13), y el segundo que se construye para soportar el tren (Fig. 14)

Fig. No. 13 Metro de Caracas, Venezuela

- 4 6 -


*, t < " ' mm

Fig. No. 14 Tren Shmkansen de alta velocidad en Hiroshima Japn

Otra de las formas como podemos ocupar los muros de berra armada es en estribos de puentes o de tneles al igual que en las carreteras tambin se ocupa para el paso de trenes como podemos ver en el diagrama siguiente, donde nos muestra los detalles del muro de tierra armada( Fig 15)

F=\ va

M .

-?

Fig. No. 15 Diagrama de un estribo para un tnel de un ferrocarril

-47-


2.1 usos de tierra armada en obras fluviales, martimas e industriales.

USOS FLUVIALES

En la actualidad la tecnologa de Tierra Armada ofrece grandes ventajas en la construccin de obras fluviales y martimas, como la resistencia a presionas hidrostticas demasiado altas, la resistencia que tienen los muros al oleaje, a las mareas, tormentas y hielo. Uno de los ejemplos donde la tecnologa de Tierra Armada a tenido un gran xito, es en la construccin de presas de tierra.

El empleo de Tierra Armada en este tipo de presas hace posible la eliminacin de las obras complementarias convencionales de concreto reforzado. En la construccin de los canales, los tneles de desvi y los caudales de agua se consigue economizar en los tiempos de ejecucin al utilizar la tecnologa. La construccin del aliviadero en la presa para la evacuacin de aguas en avenidas, puede ser construido a la par de la coronacin de la presa.

Fig. No. 16 Presa Al - Rufaysan Sharjah EAU

BU


USOS MARTIMOS

Otro tipo de obras en tas que se ocupa Tierra Armada es en la construccin de muros para soportar carreteras costeras y muelles, la rapidez de montaje de las obras aprovechando ei cambio de las mareas; tambin los muros pueden estar sumergidos por completo, para esto la tecnologa de Tierra Armada presenta pequeos cambios en cuanto al empleo de armaduras de acero galvanizado que sern sustituidas por armaduras que tendrn un metalizado de aluminio y cinc llamado Ounois que este es un excelente material que resiste perfectamente la corrosin de las aguas saladas.

Fig. No. 17 Diagrama de un muro de TA sumergido para una carretera en la costa

49


I T C USOS INDUSTRIALES

. - ' i I- ", A Las primeras construcciones industriales que se realizaron para almacenar fueron hechas de laminas que colocaban nada mas para proteger el talud. En la actualidad la tecnologa de Tierra Armada a tenido mucho xito y resolvi el problema que presentaban las industrias para almacenar sus materiales y productos gracias a la alta resistencia que tienen sus muros a cargas verticales.

Las aplicaciones industriales mltiples que presenta la tecnologa de Tierra Armada presenta muchas ventajas para su uso como:

La adaptabilidad del material en perfil para concordar con los muros en pendiente de los silos en alineacin recta o circular; como la construccin que se realizo de un muro para un silo en China que tiene una altura de treinta metros.

La seguridad que presentan los muros de Tierra Armada a las industrias y que Garantiza la proteccin de sus productos, tal seria el caso de los incendios los cuales son un peligro constante y que si llegasen a ocurrir, pueden durar varios das. El muro de tierra armada protege a los productos contra incendios gracias al material con que esta construido y que no es nada flamable como es el concreto y el acero galvanizado que este se encuentra por dentro de la estructura y seria difcil que el fugo lo alcanzara.

Fig. No 18 Silo de almacenaje en Alberta Canad

50-


CAPITULO

m

OPERACIONES PREVIAS AL MONTAJE DE LAS ESTRUCTURAS Y PROCESO CONSTRUCTIVO

-51


3.1 Tipo de organizacin de la obra, as como ia estimacin del equipo necesario para el montaje.

La ejecucin de las estructuras de tierra armada debe ser organizada como una obra de movimiento de tierras. En la obra para obtener un buen rendimiento en el montaje de las escamas y la colocacin de las armaduras depender siempre de una buena organizacin desde el comienzo hasta el final de la obra del movimiento de tierras.

El tcnico de tierra armada debe de estar al pendiente del abastecimiento del material que se ocupara ( escamas, armaduras, arranques, juntas de poliuretano, tornillos, tuercas, juntas de neopreno, prolongadores para armadura, polipropileno y tubo de pvc ), as como de la mano de obra que ejecutara el trabajo y la maquinaria que se ocupara. El espesor de las capas de relleno deseado debe ser de 37.5 cm. y el volumen de cada una de las capas debe de estar determinado por la longitud del muro en construccin y la longitud de las armaduras.

En el caso de que existiera un talud de acceso a espaldas del muro de tierra armada, este deber ser contado como parte de las estructura de tierra armada, aunque este material no cuente con las especificaciones de tierra armada. (Fig. 19)

Fig. 19 Estructura de tierra armada

E


Para estimar el equipo que debemos ocupar en el montaje de las escamas, debemos de mencionar por primera parte al equipo humano que realizara el trabajo necesario es: 1 sobrestante , que ser el jefe de la cuadrilla o algo similar. 1 oficial. 3 o 4 ayudantes.

Esta cuadrilla ser la encargada de la fabricacin de las escamas, montaje de las escamas, la nivelacin de las escamas, la colocacin de las armaduras y los dems aditamentos que intervienen en el proceso constructivo.

El grupo de Tierra Armada facilitara el material que se ocupara para el montaje como: Eslinga para cargar y descargar las escamas de la Hiab (Fig. 20) Eslinga de montaje (Fig. 21 )

Fig. 20 Accesorios

O

+

o

P

Fig. 21 Accesorios

- 5 3 -


En la obra de tierra armada el contratista deber de poner algunos accesorios y equipo mecnico para el montaje de las escamas como:

Equipo para izar las escamas que pesan entre 300 a 1000 kg. Perros de madera para rgidizacin de las escamas durante el montaje (Fig. 22) Cuas de madera ( Fig. 23) Largueros de madera para acopio de las escamas (Fig. 23) Regla metlica de 2.5 a 3 metros. (Fig. 24) Nivel y plomada. Madera de apuntalar la primera fila de escamas. Equipo para extensin y compactacin del terreno. (Fig. 25)

0 . 0 5 A r a n d e l a

Barro r o s c a d a

0 . 2 0

Fig. 22 Accesorios

3.06

0.06 0 05

JT

Fig. 23 Accesorios

Fig. 24 Accesorios

2.50

54-


1 fia* 4 / S t r I f f - iT * * *

SLi | t ' i ...*.*-rfJ,*f . > . ;

Fig. 25 Maquinara

Con los equipos y los accesorios sealados se deben de realizar todas las operaciones del montaje y compactacin de terreno. En la obra, en condiciones aceptables del terreno, as como del quipo de trabajo se tendr un rendimiento de construccin de 40 a 50 m2 / da de muro terminado, una vez que se a colocado la primera fila de escamas que esta es la de mayor dificultad.

-55


3.2 Caractersticas y seleccin del material de relleno.

Antes de comenzar cualquier obra, es necesario realizar pruebas granulomtricas y conocer su ngulo de friccin interna del material de relleno que se ocupara.

Adems se deben de cumplir dos condiciones de los materiales.

CONDICIONES MECNICAS El material que se ocupara como relleno deber de cumplir con las siguientes caractersticas para que pueda ser utilizado:

ninguna de sus partculas deber ser mayor a los 35 cm. menos del 25% de las partculas sern superiores en tamao a los 15 cm. menos del 15% de las partculas deben pasar la malla 200.

CONDICIONES ELECTROQUMICAS Algo que es muy importante en el aspecto del suelo y la corrosin de las armaduras, es la friccin que ejerce estas con el material de relleno y para esto se deben de considerar ciertas caractersticas electroqumicas que son:

La resistividad elctrica debe ser medida (sobre clula normalizada de T.A.) que sea superior a 1000 ohm - cm para obras en seco. sea superior a 3000 ohm - cm para obras inundables.

Su valor de ph (potencial hidrgeno) este comprendido entre los valores 5 y 10.

El contenido en sales solubles se determinara en los materiales con resistividad comprendida entre 1000 y 5000 cm.

Para los materiales de origen industrial el relleno ser valido En obras en seco el contenido de (CL) sea menor de 200 mg / kg y el contenido de (S04 soluble en agua) sea menor de 1000 mg / kg. En obras inundables, el contenido de (CL) sea menor de 100 mg / kg y el contenido de (S04 soluble en agua) sea menor de 500 mg / kg

En algunos casos, en funcin del origen del material que se ocupara en el muro se estudiaran: (el contenido de sulfures, la materia orgnica y la actividad biolgica.

ni


TABLA COMPARATIVA DE CORROSION EN MATERIALES PARA ARMADURAS

Material Aluminio Nquel Acero inoxidable

Acero galvanizado

Sinttico

Tipo de obra Inundable Inundable Inundable

Seco

Seco

Corrosin Rpida Ext. Rpida Rpida

Lenta

No existe

no


3.3 Acopio y descarga de escamas, armaduras y accesorios.

ACOPIO DE ESCAMAS

En obra, es aconsejable tener un terreno adecuado y grande para realizar el acopio de escamas de un mnimo de ocho das como mnimo de montaje, esto ser para prevenir posibles inconvenientes derivados fundamentalmente del transporte de las mismas, como pueden ser agrietamientos o rupturas; arranques mal colocados o doblados, etctera.

El acopio de las escamas deber seguir un orden segn el cual se irn ocupando, empezando por la primera fila y segunda, y posteriormente realizando lotes de las que siguientes filas identificando con un letrero las caractersticas de las escamas que se encuentran en el lote como son: cantidad, tipo, tamao, No. de arranques, etctera.

Con esto se busca optimizar en tiempo y rapidez de ejecucin. (Fig. 26) Para realizar un buen acopio de las escamas se deber realizar como se muestra en la (Fig. 27) en forma de pilas qu no deben tener en altura mas de 6 escamas y que ningn arranque se doble y para eso, se colocara entra cada escama largueros de madera.

La superficie de una escama comn puede ser de 1. 85 x 1.5 mts. y su peso aproximado puede ser de 600 Kg.

Fig. 26 Acopio de escamas en obra

E


gncgs mi rc rco hocia el mismo

0.15 mil n i m o .^ty : y / ;...;;. * .;i


Fig. 28 Hiab para transportar y montar escamas.

En cuanto a los accesorios como las juntas de neopreno, las de poluretano, el tubo pvc, el polipropileno y arranques, se deben de guardar en bodega y siempre debe de contarse con un abastecimiento para 8 das, ya que de no haber material suficiente ia fabricacin de las escamas puede parar y atrasar la obra, por lo tanto se debe de tener mucho cuidado con este material porqu es muy fcil que se pierda.

ACOPIO DE ARMADURAS

En cuanto al acopio de las armaduras, se deben realizar conforme al proyecto y como se ocuparan, separndolas en lotes y colocndoles un letrero en el cual se indique la dimensin , el espesor y dems caractersticas de estas para evitar errores, como la perdida de tiempo al buscar la que se debe de colocar.

Las armaduras no deben de colocarse directamente sobre el suelo puesto que el galvanizado se pudiera daar, y para evitar esto se colocan sobre pedazos de madera seccionados en toda su longitud como se muestre en la (Fig. 29) esto es para evitar el contacto directo con el agua cuando el periodo de almacenaje es muy largo.

HI


Fig. 29 Formas de acomodar las escamas

DESCARGA DE ARMADURAS

Las armaduras se descargaran con mucho cuidado para evitar que se doblen y no daar el galvanizado del acero, esto se realizara a mano y no con maquinaria.

En cuanto a los accesorios de las armaduras como tomillos, tuercas y prolongadores para armaduras deben de tener material para 8 das una vez que la obra haya arrancado y deben de ser guardados en bodega para evitar que se pierdan.

61


3.3 Preparacin del terreno y colocacin de la regla de cimentacin.

LA EXCAVACIN Esta es la primera etapa que se debe de realizar antes que otra cosa, segn el proyecto y la longitud de las armaduras, esto se realiza con maquinaria pesada y a mano segn sea el caso y la topografa del terreno, al igual que la franja donde se colocara el muro de tierra armada (Fig. 30)

Virimo deseoble pora facilitar ccceso y trabajo de montaje

1.00

solera excavacin Terreno natural Excavacin

Terreno natural

Desplante de terreno

62


w>

Fig. 30 Excavacin para colocar regla de desplante

LA SOLERA DE REGLAJE

La solera de reglaje tiene como objetivo principal obtener una superficie nivelada y lisa para la fcil colocacin y apoyo de las escamas que son las de arranque y que son mitades

Esta debe de medir de base 35 x 15 cm y es fabricada de concreto pobre (sin armado)

Linea de p a ^ a m a n e t o o rep lan tea r en so lera

Soierc ae h o r - n g o n pe rTec tameme h o n z o n t a l v

A r n n q u e

A r m a d u r a

To -i r ( r r a x m o ce

( V i n 0 3 5 ,

m o ) Fig. 31 Forma en que se coloca la escama de arranque

-63


La solera de reglaje no es una cimentacin, puesto que esta no lleva armado de acero alguno y se encuentra prcticamente sobre la superficie de desplante del terreno.

Para construir la solera de reglaje, primero debe de prepararse la franja de terreno en donde se construir colocando sobre el terreno un pequeo cimbrado y varillas para los reventones de hilo, al estar listo el cimbrado, se realizara el colado a con pala.

Es fundamental que su ejecucin se realice con extremo cuidado y con una buena horizontalidad en sentido longitudinal y transversal, ya que es la base para un buen montaje de las escamas de arranque y las posteriores filas.

Una vez que la solera de reglaje este terminada habr que dar aviso a Tierra Armada para que esta envi a un tcnico para ensear al personal como se montan las escamas.

En casos especiales la solera de reglaje puede colocarse en forma escalonada por cuestiones de la topografa del terreno. (Fig. 32)

1.50 i 1.50 1.50 , 1.50

200 a 400 mm

^ = ^

150 a 200 mm

Eje de /articulacin

150 a 200 mm.

Fig. 32 Caso especial de colocacin de escamas

- 6 4 -


3.4 Colocacin y nivelacin de la primera y segunda fila de escamas, as como el terraplenado y el tendiendo las armaduras.

Cuando la solera de reglaje este terminada, Sobre la ella se deber de marcar con un color una lnea de alineacin y colocacin de las escamas, esto ya viene marcado en el proyecto y Ya se podr dar inicio al montaje de las medias escamas, y el orden de operacin es:

Colocacin de escama 1 Colocacin de escama 2 (Fig. 33) Se realiza la comprobacin de la separacin de las escamas con la regla de glibo. Aplomado de las escamas y con nivel de burbuja. (Fig. 34) Apuntalamiento.

rJ

i/erificoclon del espacio 1.50

' - i

(?) Juntas ide 2 cm

\ohbo

VenfiCGOon d e Nivel

Jti'izar un cordon en ei

1 (!)

caso de almeocion recto

*] ^TTT^-

k&M&&&$^

Fig. 33 Colocacin de la primera fila de escamas

6 5 -


Fig. 34 Nivelacin de escamas iniciales.

Las primeras escamas se nivelan con plomada y con el nivel de burbuja, para que las subsecuentes se monten completamente verticales. A estas primeras escamas se les deja un desnivel aprox. De 1 cm hacia afuera, esto es para que al momento que la maquina compactadora manual este trabajando en la orilla, el desnivel que se le dio se recupere por si solo al momento de la compactacin.

TERRAPLENADO Y TENDIDO DE ARMADURAS

La primera capa de relleno debe de cubrir la regla de cimentacin hasta el primer arranque, para despus entre la Motoconformadora para esparcir bien el material en toda el rea como se muestra enseguida:

Fig. 35 Preparacin de la primera capa


Cuando el terreno queda completamente liso se da comienzo a la colocacin de las tiras de refuerzo sobre toda la superficie trabajada, colocando una por una y andndola al arranque correspondiente.

Fig. 36 Colocacin de tiras de refuerzo

67-


ICAPITULOl 11 R i

IV

COMPARACIN DE UN MURO DE TIERRA ARMADA Y UN MURO DE CONCRETO ARMADO

- 6 8 -


4.1 Materiales que se ocupan el la construccin de un MURO DE CONCRETO ARMADO y un MURO DE TIERRA ARMADA.

MURO DE CONCRETO ARMADO FABRICACIN DEL MURO

Varillas V , %", 3/8 Clavos Alambre recocido Cimbra de contacto Tensores para cimbra

COLADO DEL MURO Agua limpia Arena Grava Cemento gris Aditivo para fraguado rpido

CONSTRUCCIN DEL MURO Relleno

MURO DE TIERRA ARMADA

FABRICACIN DE ESCAMAS Moldes Alambre recocido Varilla de 3/8" Tubo de poliestileno de 2 cm Tubo PVC de 3 cm

COLADO DE ESCAMAS Agua limpia Arena Grava Cemento gris Aditivo para fraguado rpido Arranques de acero galv. 20cm x 4cm x .040

COLADO DE REGLA DE CIMENTACIN Cemento gris Arena Grava Cimbra Polines

CONSTRUCCIN DEL MURO Tiras de acero galv. De 3,6 y 9 m Polin Perros de madera Cuas Juntas de neopreno Geotextl Escamas Relleno granular

En la tabla anterior es claro que los materiales son mayores en la construccin de un muro de tierra armada que los ocupados en el de concreto armado; a pesar de esto, algunos procesos se ejecutan al mismo tiempo como es en el caso de T.A donde la regla de cimentacin y la fabricacin se llevan al mismo tiempo. En tanto que en el muro de C.A. la construccin se debe de llevar paso a paso comenzando con la base y colar, despus de fraguado el concreto se comienza con el armado de la pantalla para posteriormente realizar el colado.

Mi


4.2 Maquinara, personal y herramienta necesaria para la construccin de un MURO DE CONCRETO ARMADO y un MURO DE TIERRA ARMADA.

MURO DE CONCRETO ARMADO

MAQUINARIA PERSONAL HERRAMIENTA Y EQUIPO

MOVIMIENTO DE TIERRAS Camin de volteo Retroexcavadora Cargador frontal de orugas Tractor

Operador Operador especializado Banderilleros Topgrafos Ayudantes

Pintura para trazo Teodolito

ARMADO DE LA ESTRUCTURA Gra telescpica Soldadores

Ayudantes Herreros

Dobladora de varilla Cortadora de varilla Ganchos Andamios Equipo de seguridad

CIMBRADO Y COLADO DEL MURO Camin revolvedora Bomba para concreto Gra telescpica

Operador especializado Ayudantes Maniobrsta

Andamios Hojas de Trplay Largueros de madera Tensores moos Serruchos Vibradores para concreto

COMPACTACION DEL RELLENO Vibro compactador Bailarna Para de cabra

Operador calificado Ayudantes Banderilleros

EfflH



MAQUINARIA PERSONAL HERRAMIENTA Y EQUIPO

MOVIMIENTO DE TIERRAS Camin de volteo Retroexcavadora Motoconformadora Cargador frontal de neumticos Rodillo vibratorio

Operador Operador especializado Banderilleros tipgrafos

Pintura para trazar Teodolito

COLADO DE ESCAMAS Y REGLA DE CIMENTACIN Camin revolvedora Revolvedora manual

Operador Operador especializado Ayudantes Of. De albailera

Cuchara de albail Pala Vibrador para concreto Arranques de acero galvanizado Moldes Hojas de Triplay

ACOPIO DE ESCAMAS

Gra con plataforma (Hiab) Cargador frontal

Operador especializado

Maniobrista

Eslinga para montaje y desmontaje Largueros de madera Cubos de madera

COMPACTACION Rodillo liso vibratorio Bailarinas Rodillo vibratorio manual Pipa de agua

Operador especializado Operador maniobrista Ayudante

MONTAJE DE ESCAMAS Y TENDIDO DE ARMADURAS Gra con plataforma (Hiab) Cargador frontal de neumticos

Retroexcavadora

Operador especializado

Maniobrista

Ayudantes

Eslinga para montaje y desmontaje Dispositivos de unin para armaduras. Juntas de neopreno Geotextl Tomillos para armaduras Glibo para medicin

Pero por el simple echo del doblado de las varillas y darles la forma que llevaran y el tiempo en que tarda en fraguar el concreto primero de la base y despus de la pantalla, por esto el proceso de construccin del muro de concreto reforzado es mas largo que el de T.A.

E9


4.3 Proceso constructivo de un MURO DE CONCRETO ARMADO y un MURO DE TIERRA ARMADA .

MURO DE CONCRETO ARMADO


1.- se realiza el trazo donde se construir el muro, utilizando al tipgrafo y marcando con pintura el rea que se tendr que excavar.

1.- se realiza el trazo donde se construir el muro, utilizando al tipgrafo y marcando con pintura el rea que se tendr que excavar A la par de el trazo, se comienza con el armado y el colado de las escamas, en otro lugar de la misma obra.

2.- se realiza la excavacin con retroexcavadora hasta formar un cajn, de 1.60 m de fondo por 5.10 de ancho y 14.65 de largo que es donde ira la estructura del pie y taln. Por otra parte se comienza a doblar y cortar las varillas en la forma segn proyecto.

2.- se realiza una pequea excavacin de 1 m de ancho por 50 cm de fondo y 14 63 de largo en forma de zanja. Esto se hace con una retroexcavadora y se prepara el lugar donde se realizara el colado dejando preparada la pequea cimbra hacia los lados.

3.- se comienza el armado de las varillas que se encuentran en la base del muro, dejando preparadas las varillas para lo que ser la pantalla. Este trabajo lo realizara 2 Of. Herreros y cuatro ayudantes aprox.

3.- se comienza con el colado de la regla de cimentacin que esta es nicamente de concreto pobre sin armado, esto la hace mas rpida en su construccin. nicamente se necesita 1 Of. De albailera y 3 ayudantes Dos que preparan el cemento el la revolvedora manual y el otro que este llevando concreto al oficial en carretilla

72-


4.- se comienza con el colado de la base del muro con la ayuda de la bomba de concreto y 2 mas personas que manejen los vibradores para ayudar a sacar todo el aire que se encuentra en el concreto y as evitar las burbujas en su interior que nos podrn ocasionar problemas en el futuro.

5.- despus que ya haya fraguado la base se comienza con el armado de la pantalla, esto lo realizaran 2 3 cuadrillas de herreros. Una vez terminado el armado se coloca la cimbra, pero no se coloca toda de un jaln sino por partes a una altura considerable de 2 a 3.50 mts. Y esto hace que su construccin sea mas lenta.

6.- el colado se puede realizar en partes, con forme a la cimbra que se tenga, y al igual que en el colado de la base, tambin en esta es igual, pero en partes.

7.- despus que fraguo la estructura, se comienza a rellenar y compactar

4.- una vez fraguado la regla de cimentacin se coloca la primera fila de escamas que son mitades y se alterna con escamas enteras; estas deben de estar completamente horizontales ayudadas con accesorios y largueros de madera. El montaje de estas se realiza con una gra Hiab y 3 ayudantes 5.- ya colocada la primera fila se realiza el relleno hasta la parte de los primeros arranques; el tendido del relleno lo hace una Motoconformadora para dejar la superficie lo mas horizontal que se pueda, para que despus el vibro compactador haga su trabajo en capas de 35 cm hasta obtener su grado de compactacin deseado que es el 95 % min. en las orillas del muro, la maquinaria pesada no puede pasar porque movera las escamas de su lugar y por eso se recomienda utilizar un compactador manual. 6.- ya que la primera capa de relleno este bien compactada se colocara la primera fila de armaduras sujetas cada una de ellas a su respectivo arranque bien atornilladas. Ya que estn estas en su lugar se coloca otra capa de relleno hasta los segundos arranques y de nuevo se compacta. 7.- antes que se comience a rellenar se coloca en todas las uniones de las escamas una maya de geotetl para evitar el escap de material fino. 8.- el proceso de montaje, relleno, compacto y tiendo refuerzos se vuelve cclico hasta llegar a la altura necesaria de proyecto. 9.- por ultimo se remata la orilla con una cadena de cerramiento a lo largo del muro

En la comparacin anterior se entiende que los dos procesos tienen un comienzo muy similar, pero a partir de 3ra etapa, los trabajos se vuelven diferentes en cuanto a tiempos de ejecucin. Por ejemplo en el MCA se tiene que dejar fraguar bien la base del muro y el armado de la pantalla y no se puede terminar hasta que no este fraguado y cuando ya esta apenas se comienza el armado y el colado de la pantalla es en partes por la gran altura que este presenta; mientras que en el MTA las escamas que estn echas de concreto se comienzan casi al parejo que las excavaciones y su montaje es sumamente rpido (montar, rellenar, compactar y tirar refuerzo) el proceso se vuelve cclico. Otra ventaja que presenta el MTA contra el MCA es sin duda alguna el desperdicio que se genera en la obra en cuanto a cimbra varilla y una mayor rea de trabajo.

m

4,4 COMPARATIVA ENTRE UN MURO DE CONCRETO ARMADO Y UN MURO DE TIERRA ARMADA

UTILIZANDO EL MTODO DE RANKINE

0.3Q-.-4

' 1

-

20 U

P=l 1-80 I I [

ei=

5,10

1,20

32 1,8 ton/m3

ton/m3

< i *.y i

1 a=[0_

H1=| 10,80 l mts

Tl^rZ^r20 I mts

82= y2= c2=

29 1,8 0

ton/m3 ton/m3

1.- Clculo del factor de seguridad ( F.S )

H'= H"=

10,80 12,00

1,20 mts.

DATOS GENERALES

V (relleno) = | 1,8 ngulo de friccin interna 8 = Y (terreno) = V ( muro ) =

f'c = fy =

1,80 2,4 200 4000

ton/m3 0

ton/m2 ton/m3

Kg/cm2 Kg/cm2

CALCULO DE LA PRESIN ACTIVA ( Pa ) Para la aplicacin de la formula de Rankine sera necesario obtener los valores de Ka de la siguiente tabla segn el ngulo de friccin interna del suelo ( a ) .

8 ( grados ) a (grados)

0 5 10 15 20 25

28 0,361 0,366 0,380 0,409 0,461 0,573

30 0,333 0,337 0,350 0,373 0,414 0,494

32 0,307 0,311 0,321 0,341 0,374 0,434

34 0,283 0,286 0,294 0,311 0,338 0,385

36 0,260 0,262 0,270 0,283 0,306 0,343

38 0,238 0,240 0,246 0,258 0,277 0,307

40 0,217 0,219 0,225 0,235 0,250 0,275

NOTA: para un alfa (a ) = 0 obtendremos una presin activa ( Ka ) = 0.307 obteniendo el Ka por tabla: | Ka= I 0.307 |

_Ppj _fJ

0,5 39,79

1,8 ton/m

144,00 | 0,307

Pa= Pa=

0,5 39,79

1,8 t o n / m

144,00 | 0,307 |

CALCULO DE LA PRESIN VERTICAL ( Pv )

Pv= Pv=

39,79 0,00

0 ton/m

CALCULANDO LA PRESIN HORIZONTAL ( Ph )

I Ph= I 39,79 | Ph= I 39,79

1 t o n / m

CALCULO DEL ELEMENTO ESTRUCTURAL POR AREAS PARA DETERMINAR SU PESO PROPIO

TABLA PARA DETERMINAR EL MOMENTO RESISTENTE DEL F.S CONTRA VOLTEO

No Seccin

1 2 3 4

Area m2

3,24 4,86 6,12 29,16

Pv = Z V *

Peso *>*# W *J '7

7,78 11,66 14.69 69,98 0,00

104,11

wazo palanct - -C * ?

2,25 1,80 2,55 3,75

10,35 Z M R -

?fliotiMnto - *Ton -m

17,50 21,00 37,45

262,44 0,00

338,39

NOTA: SE DESPRECIA EL EFECTO DE LA PRESIN PASIVA, PARA EFECTOS DE VOLTEO.

Sacando el momento de volteo ( Mo ) es :

K' McrPh(H73) !/J Mo = 39 79 12,00

3

fiSo = | 159,15 ] Ton -m

Sacando el factor de seguridad por volteo ( Fs )

[ Fs (rotee} g M R f M o H

Fs (volteo) = | 2,13~ NOTA: el factor de seguridad mnimo por volteo sera de 2, por tanto:

| 2,13 | > | 2 ~ Sacando el factor de seguridad por deslizamiento:

|sea k1 = k2 \ 0,667l sea tambin

_k: TANA2 61 _kp_ = 1 804047 JSRfL 3,25 I NOTA : el valor anterior de 3.25 es colocado manualmente

sin formula la profundidad ( D )=

D = | 1,80 calculando la ( Pp ) que anteriormente vimos sera:

Pp= 0 5 Pp= 9,48

3,25 Ton/m3

1,8 | 3,24 |

por consiguiente el valor del F.S es:

j 19 33 r + 0 - f ( 9,48 rS (deslizamiento): 104,11 tan 39,79

Fs (deslizamiento) = 104,11 0,391 9,48 39,79

Fs (deslizamiento) - 2,86 NOTA, el factor de seguridad por deslizamiento mnimo sera de 1.5, por tanto:

r 2.86 i > i 1,5 Fmo*-?

F.S POR CAPACIDAD DE CARGA

Sacando la excentricidad ( e ) de la resultante tenemos:

e= B M R - M O Vj> ,.-, -,. p .-,,..,, ,

2 IV l

| e= l 5,1 | 2 | 338 39 | 159,15 | 104,11 ]

I e= | 0,83 | m | I 0.83 | < | O J S T I ^

NOTA: cuando el valor de la excentricidad (e ) , es mayor que ( B/6 ), la q min resulta negativa. Entonces se tendr algn esfuerzo de tension en el extremo de la seccin del taln; el esfuerzo no es deseable porque la resistencia a la tension del suelo es muy pequea. Si el anlisis muestra un diseo que la (e ) sea mayor que ( B/6 ) el diseo deber rehacerse y determinar nuevas dimensiones.

obteniendo el esfuerzo actuante en la punta y el taln.

40,3 mx

Obteniendo ia capacidad de carga ultima del suelo

| qu - c2 Nc Fed Fd + q Nq Fqd Fqi + \iZ y2 B' Ny F yd F yi j para obtener los valores de Nc, Nq, y Ny, los sacaremos de la siguiente tabla, sacando el ngulo de friccin interna 6 = 32

FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA 8

18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Nc

13,1 13,93 14,83 15,82 16,88 18,05 19,32 20,72 22,25 23,94 25,8

27,86 30,14 32,67 35,49 38,64 42,16 46,12 50,59

Nq

5,26 5,8 6,4 7,07 7,82 8,66 9,6

10,66 11,85 13,2 14,72 16,44 18,4

20,63 23,18 26,09 29,44 33,3

37,75

Ny

4,07 4,68 5,39 6,2 7,13 8,2 9,44 10,88 12,54 14,47 16,72 19,34 22,4

25,99 30,22 35,19 41,06 48,03 56,31

Nq/Nc

0,4 0,42 0,43 0,45 0,46 0,48 0,5

0,51 0,53 0,55 0,57 0,59 0,61 0,63 0,65 0,68 0,7

0,72 0,75

Nc = Nq = Nv =

27,86 16,44 19,34

sacando las relaciones para la capacidad de carga

| q= | 3,24 | Ton/m2~

B'= I 34

\mmMmm Fcd = 1,21

ynaSllI3I22iMiMiiiIK I Fqd = 1 I 1,25 I 0,22 0,523

Fqd = 1,14

NOTA : los valores dados en la ecuacin anterior fueron dados directamnete sin formula

tFYd= i r - n

Pdwutwiwm U'Jat;;; . ag * IK?~V f ^'ja&a

mj tan-1 | 39,787 | 1,00 | 104, i T

I M= I 17,01 I

NOTA : los valores dados en la ecuacin anterior fueron dados directamnete sin formula

entonces sustituyendo en Fci

l Fci = Fqi = | 0,66 ~ |

[ Fyi = l 0,171 |

sustituyendo todos los valores en la formula de la capacidad de carga ultima del suelo

qu = qu =

0 50,33

40,09 Ton / m*2

10,24 |

obteniendo el factor de seguridad por capacidad de carga

I DISEO ESTRUCTURAL DEL MURO DE CONTENCIN EN CANTIL1VER |

1,20 | 1,20

ei= yl = d =

32 1,8 0

V I

5,10

ton/m3 ton/m3

82= Y2= c2=

29 1,80

Calculando el diseo por flexion

obteniendo el momento actuante

NOTA: para un alfa ( a ) = 0 obtendremos una presin activa ( Ka ) = 0.307 I Ka= I 0,307 I

Ma= | 116,019 | Ton-m(ancho)

116,019 Ma

NOTA: cuando el muro es tipo trapezoidal se toma el ancho mnimo de la seccin.

E= 1 / 3 H

Considerando una seccin de 30 x 100 m y analizando el muro como una viga

NOTA: el numero 100 es un ancho unitario

l Mu = 1.4(Ma) |

MU'

NOTA: el valor de 1.4 es por reglamento de construccin del Distrito Federal segn la carga viva gravitacional

l 162,43 | Ton-m |

|. > d30>r .; 25 I m

f*c = I *c= |

0,3 160

200 | Kg/cm2

Fr = Fr =

0,9 0,8

para valores por flexion para valoras por cortante

f"c= 0,85 160 f c = [ 136 | Kg/cm2 ~|

sustituyendo en la formula de P

p = p = p = p = p = p =

0,034 0,034 0,034 0,034 0,034

7.2191E-07

324,85 324,855

1 0,99996

0,99998

0,9 7 650 000 0,000042

100 625 136

obteniendo la Pmin.

Pmin = Pmin =

0,7 0,00247487

P 7.2191E-07

14,142| 4000|

< Pmin. 1 < 0,00247487 |

Calculando la flexion en varillas verticales Despejando el area de acero As.

NOTA: para sacar el area del acero se toma la (Pmn). P = As / bd

[As (min)= | 6,187184341 Sacando la separacin de las varillas "S"

NOTA: se toma el dimetro nominal de la varilla # 5 para obtener su area ran 3,1416

1,99 2,53

cm*2

S = 32,09 cm testa es la separacin de las varillas del # 5

mmM&mmm msmmm Sacando el acero por contracciones volumtricas

EEB NOTA: xi es la dimencion minima del muro 19800 0,0381

4 000 cm*2/m

130,00

Si

Si

.15 cm se ocupan dos capas de refuerzo.

.15 cm se ocupan una capa de refuerzo.

NOTA: como nuestra xi = 30 cm se ocuparan dos capas de refuerzo

EF f As= | 7,62 cmA2

sacando la seperacion del acero

wmamK NOTA: se toma el dimetro nominal de la varilla # 4 para obtener su area

16,63 de separacin

NOTA: la separacin de las varillas no debe de ser mayor a 50 cm, ni mayor a 3.5 xi

vi' ikLa. ^4i^J~l*^l iuIS &

Sacando la separacin del acero horizontal como refuerzo se tiene que:

NOTA: se tomara como valor de As = 0.0025 b d As= As=

0,0025 0,075

30

as = as =

3,1416 1,99

2,5281 cm

S= | 26,47 | cm

NOTA: se toma el dimetro nominal de la varilla # 5 para obtener su area

mmJWkMmmj&mM DiSENO POR CORTANTE

Considerando el valor del cortante al pao de la losa se tendr :

p-. EBHAiyB M U | Vu =

I 32,23 i

pSwM^S^ I 45,12 |

Ton / m (ancho) |

Ton / m (ancho) |

Vcr= 2400 0,275 12,65 Vcr= | 8348,41 | Kg / m (ancho) | = | 8,35 | Ton / m (ancho) |

| si el valor de Ver > | 8,35 <

Vu 45,12

no se necesita acero de refuerzo | Matul

EN ESTE CASO COMO LA Ver ES MENOR QUE Vu SI SE NECESITA ACERO DE REFUERZO POR CORTANTE.

calculando el acero de refuerzo por cortante en el primer cuarto del muro tendremos:

NOTA: se toma el dimetro nominal de la varilla # 4 para obtener su area

Fr = fy = as = d = Vu - Ver =

0,800 4000 1,27 115

36770

s = 12,68 | cm 1 NOTA : para el segundo cuarto de la altura de la pantalla se colocara la separacin de estribos al doble. | S= | 25,36 | cm

1 20

1,20 m 2,70 m

max. 40,31

Ton / m*2

t f t t f f 4

tierra armada

Documents