MUROS DE CONTENCION REFORZADOS CON GEOTEXTIL, Proyectos de Cálculo. Corporación Universitaria de la Costa (UNICOSTA)
Joyce-Sierra-Perez
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MUROS DE CONTENCION REFORZADOS CON GEOTEXTIL, Proyectos de Cálculo. Corporación Universitaria de la Costa (UNICOSTA)

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MUROS DE CONTENCION REFORZADOS CON GEOTEXTIL
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MUROS DE CONTENCION REFORZADOS CON GEOTEXTIL

DOCENTE

Sandra Luz Lora Castro

INTEGRANTES

David Fernando Acosta Dangond

Kevin Andrés Fandiño Sierra

Jean Paul García Manga

Wendy Paola Hernández Dorado

Brandon de Jesús Lechuga Benítez

Joyce Vanessa Sierra Pérez

Enrique Junior Vásquez Angarita

Facultad de Ingeniería

Universidad de la Costa

CUC

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Establecer un muro de contención ecológico que permita reducir el empuje horizontal y beneficie a toda la sociedad.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

✓ Detener o reducir el empuje horizontal debido a: tierra, agua y vientos de las vías de comunicaciones terrestre, fluvial, oleaje, aludes y erosión en las riveras.

✓ Utilizar materiales artificiales.

✓ Disminuir los desplazamientos del suelo.

PLANTEAMIENTO DEL PROBELMA

En el proceso de construcción de los muros de contención se presentan factores de deficiencia en la capacidad portante del suelo de fundación o cuando las condiciones geométricas de la sección de la vía no permiten que las zonas de relleno sean realizadas a un ángulo igual o menor al de reposo natural del suelo de relleno.

Se deben tener en cuenta los factores importantes para la solución de este como lo son la altura del muro, pendiente del talud, propiedades mecánicas del suelo, así como se debe considerar a su vez la estabilidad externa y la capacidad de carga de fundación; con bases a estos requerimientos y consideraciones se debe buscar dar la solución a dicho desnivel.

Debido a las condiciones planteadas anteriormente, se formuló el cómo podríamos, mediante la utilización de la integración definida, dar solución al área del desnivel presentado por el muro de contención reforzado con geotextil.

JUSTIFICACIÓN

Con el pasar de los siglos en pos de solucionar o buscar la solución a las distintas brechas que presenta la naturaleza, en la sociedad, hay algo que pesquisa paso en medio de muchas construcciones importantes que participan en un avance importante a la sociedad como lo son los muros de contención dichas estructuras son destinadas a contener materiales, y a delimitar un sector o lugar.

De acuerdo a lo anterior tradicionalmente, es una obra de hormigón armado que permite, como bien se detalla en la introducción, salvar desniveles en el terreno, diseñado para resistir el empuje de suelos y sobrecargas que se presenten en la superficie, dependiendo del tipo y altura efectiva del relleno.

La elaboración del siguiente proyecto brinda la oportunidad de poder abarcar los distintos campos de la ingeniería civil, tales como: estructuras, suelos y programación y estudiarlos, buscar soluciones y colocarlos en práctica.

MARCO TEORICO

Los Muros de Contención son elementos constructivos que cumplen la función de cerramiento, soportando por lo general los esfuerzos horizontales producidos por el empuje de tierras. En otros tipos de construcción, se utilizan para contener agua u otros líquidos en el caso de depósitos.

Un muro de contención no solo soporta los empujes horizontales trasmitidos por el terreno, debe también recibir los esfuerzos verticales trasmitidos a pilares, paredes de carga y forjados que apoyan sobre ellos. La mayoría de los muros de contención se construyen de hormigón armado, cumpliendo la función de soportar el empuje de tierras, generalmente en desmontes o terraplenes, evitando el desmoronamiento y sosteniendo el talud. (Construpedia, 2017)

PARTES DEL MURO DE CONTENCIÓN

Puntera: Parte de la base del muro (cimiento) que queda debajo del intradós y no introducida bajo el terreno contenido.

Tacón: Parte del cimiento que se introduce en el suelo para ofrecer una mayor sujeción.

Talón: Parte del cimiento opuesta a la puntera, queda por debajo del trasdós y bajo el terreno contenido.

Alzado o cuerpo: Parte del muro que se levanta a partir de los cimientos de este, y que tiene una altura y un grosor determinados en función de la carga a soportar.

Intradós: Superficie externa del alzado.

Trasdós: Superficie interna del alzado, está en contacto con el terreno contenido. (Wikipedia, Wikipedia, 2017)

CLASIFICACIÓN DE MUROS DE CONTENCIÓN

De acuerdo a su diseño:

Muros con Talón y Puntera: para construir este muro es necesario sobrepasar la línea de edificación, a nivel de los cimientos.

Muros sin Talón: por lo general al construirlo resulta con un aumento de dimensión en la puntera de la zapata.

Muros con Talón: ídem el primer caso, necesitan sobrepasar la línea de edificación. El resultado es similar al muro sin talón, pero trabaja de otra manera; esta es la mejor solución ante inestabilidades por posible vuelco. (Construpedia, 2017)

De acuerdo a su función:

Contención de tierras: cuando el muro se destina a contener sólidos, éstos por lo general son tierras; la impermeabilización y el drenaje son dos aspectos importantes para controlar el paso de agua del terreno hacia el interior de la edificación.

Contención de líquidos: para esta función es necesario conseguir la continuidad del hormigón a fin de lograr una buena impermeabilización. Para ello se efectúa un vibrado con un control adecuado, para evitar huecos y juntas. (Construpedia, 2017)

De acuerdo a su forma de trabajo:

Muros de contención por gravedad: soportan los empujes con su peso propio. Los muros construidos con hormigón en masa u hormigón ciclópeo, por ser más pesados, se utilizan habitualmente como muro de gravedad ya que contrarrestan los empujes con su propia masa. Las acciones que reciben, se aplican sobre su centro de gravedad. Este tipo de muro de contención de gran volumen, se realiza de poca altura y con una sección constante; aunque también existen los de tipo ataluzados o escalonados.

Muros de contención ligeros (a flexión): cuando el muro trabaja a flexión podemos construirlo de dimensiones más livianas. Dado que aparecen esfuerzos de flexión, la construcción se efectúa con hormigón armado, y la estabilidad está en relación a la gran resistencia del material empleado. El diseño del muro debe impedir que flexione, ni produzca desplazamientos horizontales o vuelque, pues debido a los empujes, el muro tiende a deformarse. En la flexión aparecen esfuerzos de tracción y compresión. Por ello existen formas particulares para disponer las armaduras en estos muros. (Construpedia, 2017)

TIPOS DE MUROS DE CONTENCIÓN

Los principales tipos de muros de contención son:

MUROS DE GRAVEDAD

Son aquellos cuyo peso contrarresta el empuje del terreno. Dadas sus grandes dimensiones, prácticamente no sufre esfuerzos flectores, por lo que no suele armarse. Los muros de gravedad a su vez pueden clasificarse en:

• Muros de hormigón en masa. Cuando es necesario, se arma el pie (punta y/o talón).

• Muros de mampostería seca. Se construyen mediante bloques de roca (tallados o no).

• Muros de escollera. Se construyen mediante bloques de roca de mayor tamaño que los de mampostería.

• Muros de gaviones. Son muros mucho más fiables y seguros que los de escollera ya que, con estos, se pueden realizar cálculos de estabilidad y, una vez montados, todo el muro funciona de forma monolítica.

• Muros prefabricados o de elementos prefabricados. Se pueden realizar mediante bloques de hormigón previamente fabricados.

• Muros aligerados. Aquellos en los que los bloques se aligeran (se hacen huecos) por diversos motivos (ahorro de material, reducción de peso...).

• Muros jardinera. Si los bloques huecos de un muro aligerado se disponen escalonadamente, y en ellos se introduce tierra y se siembra, se produce el muro jardinera, que resulta mucho más estético, y de menor impacto, ver rocalla.

• Muros secos. Constituidos por piedra de 8" a 10" que van sobrepuestos y amarrados entre sí; no llevan ningún tipo de mortero o concreto. Conforme se van construyendo se van rellenando con piedras de lugar o cascajo de 3/4" de diámetro en caso de que se utilice con drenar el agua. (Wikipedia, Wikipedia, 2017)

MUROS ESTRUCTURALES

Son muros de hormigón fuertemente armados. Presentan ligeros movimientos de flexión y dado que el cuerpo trabaja como un voladizo vertical, su espesor requerido aumenta rápidamente con el incremento de la altura del muro. Presentan un saliente o talón sobre el que se apoya parte del terreno, de manera que muro y terreno trabajan en conjunto.

Siempre que sea posible, una extensión en el puntal o la punta con una dimensión entre un tercio y un cuarto del ancho de la base suministra una solución más económica. Tipos distintos de muros estructurales son los muros «en L», «en T invertida».

En algunos casos, los límites de la propiedad u otras restricciones obligan a colocar el muro en el borde delantero de la losa base, es decir, a omitir el puntal. Es en estas ocasiones cuando se utilizan los muros en L.

Como se ha indicado, en ocasiones muros estructurales verticales de gran altura presentan excesivas flexiones. Para evitar este problema surge el 'muro con contrafuertes', en los que se colocan elementos estructurales (contrafuertes) en la parte interior del muro (donde se localizan las tierras). Suelen estar espaciados entre sí a distancias iguales o ligeramente mayores que la mitad de la altura del muro. También existen muros con contrafuertes en la parte exterior del mismo.

En ocasiones, para aligerar el contrafuerte, se colocan elementos con un tirante (cable metálico) para que trabaje a tracción. Surgen así los muros atirantados. (Wikipedia, Wikipedia, 2017)

MUROS DE TIERRA ARMADA Y DE SUELO REFORZADO

Los muros de tierra armada son mazacotes de terreno (grava) en los que se introducen armaduras metálicas con el fin de resistir los movimientos. Con ello se consigue que el material trabaje como un todo uno. La importancia de esta armadura consiste en brindarle cohesión al suelo, de modo de actuar disminuyendo el empuje de tierra que tiene que soportar el muro. La fase constructiva es muy importante, ya que se tiene que ir compactando por capas de pequeño espesor, para darle una mayor resistencia al suelo.

Se le suelen colocar escamas (planchas de piedra u hormigón), sin fin estructural alguno, sino para evitar que se produzcan desprendimientos.

Los muros de tierra armada pueden rematarse también con bloques de hormigón huecos, rellenos de tierra, y sembrados, creando muros jardinera. Un 'muro de suelo reforzado' es un muro de tierra armada en que se sustituyen las armaduras metálicas, por geomalla. Es una solución más barata. (Wikipedia, Wikipedia, 2017) Análogamente a los muros de tierra armada, se pueden recubrir con escamas, o rematarlos con muros jardinera. Aunque existe otra alternativa, que consiste en colocar un geotextil sobre la ladera del muro, y cubrirlo de tierra y semillas. Surge así un 'muro vegetalizado'. (Wikipedia, Wikipedia, 2017)

VERIFICACIONES TÍPICAS EN EL CÁLCULO

Para el cálculo de un muro de contención de tierras es necesario tener en cuenta las fuerzas que actúan sobre él como son la presión lateral del suelo o la supresión y aquellas que provienen de éste como son el peso propio. Con estos datos podemos verificar los siguientes parámetros:

Verificación de deslizamiento: Se verifica que la componente horizontal del empuje de la tierra (Fh) no supere la fuerza de retención (Fr) debida a la fricción entre la cimentación y el suelo, proporcional al peso del muro. En algunos casos, puede incrementarse (Fr) con el empuje pasivo del suelo en la parte baja del muro. Normalmente se acepta como seguro un muro si se da la relación: Fr/Fh > 1.3 (esta relación se puede llamar también coeficiente de seguridad al deslizamiento).

Verificación de volteo o vuelco: Se verifica que el momento de las fuerzas (Mv) que tienden a voltear el muro sea menor al momento que tienden a estabilizar el muro (Me) en una relación de por lo menos 1.5. Es decir: Me/Mv > 1.5 (coeficiente de seguridad al volteo).

Verificación de la capacidad de sustentación: Se determina la carga total que actúa sobre la cimentación con el respectivo diagrama de las tensiones y se verifica que la

carga trasmitida al suelo (Ta) sea inferior a la capacidad portante (Tp), o en otras palabras que la máxima tensión producida por el muro sea inferior a la tensión admisible en el terreno. Es decir: Tp/Ta > 1.0 (coeficiente de seguridad a la sustentación).

Verificación de la estabilidad global: Se verifica que el conjunto de la pendiente que se pretende contener con el muro tenga un coeficiente de seguridad global > 2 . (Wikipedia, Wikipedia, 2017)

GEOTEXTIL

Un geotextil o geotejido es una tela permeable y flexible de fibras sintéticas, principalmente polipropileno y poliéster, las cuales se pueden fabricar de forma no tejida (non woven) o tejida (woven) dependiendo de su uso o función a desempeñar:

• Se fabrican generalmente desde 90 hasta 400g/m2 y sus principales aplicaciones son: el control de la erosión, el refuerzo de suelos, la filtración y separación entre capas de materiales, el proporcionar una capa drenante y la protección de geomembranas.

• El mercado de los geotextiles es sumamente extenso y se fabrican en los Estados Unidos, Canadá, Europa y Asia. La mayor parte del producto que se consume en México es fabricado por empresas locales. (Fundación Wikimedia, 2017)

Se fabrican una gran cantidad de geotextiles con las más variadas características:

• Algunos geotextiles tienen un espesor de algunos milímetros y una estructura permeable. Estos pueden constituirse en drenes.

• Otros geotextiles son impermeables, estos pueden ser utilizados para impermeabilizar canales o embalses, ya sea recubriéndolos con una camada de tierra o utilizándolos para aumentar la impermeabilidad de revestimientos de cemento.

• Algunos geotextiles son resistentes a la tracción, estos pueden ser utilizados para aumentar la resistencia del suelo frente a deslizamientos, llegándose a formar taludes estructurados con geotextiles. (Fundación Wikimedia, 2017)

CONCEPTOS BÁSICOS

Tejidos: las fibras se orientan en dos direcciones (trama y urdimbre).

No tejidos: las fibras que conforman el geotextil están dispuestos en forma aleatoria.

Fibra continua: las fibras del geotextil no tejido pertenecientes al producto final son infinitos.

Calandrados: la unión entre las fibras del geotextil no tejido es una unión térmica donde las fibras pasan a través de dos calandras.

Punzonado + Termosoldado:la unión entre las fibras del geotextil no tejido es una unión mecánica mediante agujas que entran y salen a gran velocidad, con una posterior termofusión creando continuidad de fibras en producto final.

Filamentos continuos: los filamentos del geotextil no tejido que conforman el producto final son infinitos.

Fibras cortadas: los filamentos del geotextil que componen el producto final poseen longitudes determinadas.

Agujados, punzonados o agujeteados: los filamentos del geotextil no tejido se unen mediante unión mecánica a través de agujas dispuestas en la parte inferior y superior de la napa de filamentos que entran y salen a gran velocidad de la napa cohesionando y entrelazando los filamentos.

Termofijados: los filamentos están unidos mediante calor a través de un proceso de termofusión. (Fundación Wikimedia, 2017)

GEOTEXTILES SEGÚN SU FORMA DE FABRICACIÓN

Tejidos: la malla está tejida con fibras en dos direcciones, (trama y urdimbre). Pueden ser:

a. Tejidos planos.

b. Tricotados.

No tejidos: fibras entrelazadas en forma aleatoria ligadas mediante procesos mecánicos, térmicos o químicos con filamento continuo. Pueden ser:

a. Agujados.

b. Termosoldados.

Mixtos: la malla se compone de fibras cortadas. Pueden ser:

a. Agujados.

b. Agujados y termosellados. (Fundación Wikimedia, 2017)

TIPOS DE GEOTEXTILES

Los geotextiles agujados de fibra cortada no sometidos al proceso de termofusión son materiales con mínima resistencia mecánica, ya que al no haber unión entre sus elementos y no estar ligados entre sí, pueden ser perforados con facilidad ante la aplicación de una fuerza perpendicular ya que sus fibras se abren sin ofrecer resistencia, al mismo tiempo los esfuerzos de tracción las separan desenlazándolas.

Los geotextiles solo termosoldados no tienen espesor, su elongación es menor que los agujados.

Los geotextiles agujados de filamento continuo, o agujados y termosoldados, poseen alta resistencia mecánica para evitar la rotura, también poseen espesores adecuados para cumplir con su función de drenaje, función de geotextil antihierbas, función de protección de las geomembranas y función con efecto colchón. (Fundación Wikimedia, 2017)

PROPIEDADES DE LOS GEOTEXTILES

El geotextil es una malla compuesta por fibras sintéticas cuyas funciones principales se basan en su resistencia mecánica a la perforación y tracción, y a su capacidad drenante. Sirven en la construcción de sub-bases de carreteras y ferrocarriles, en presas, evitan posibles erosiones realizan funciones de drenaje en canales, muros de contención, etc. Los geotextiles sirven para separar tierras de diferente granulometría estabilizando el terreno, para protección de láminas impermeabilizantes. (Fundación Wikimedia, 2017)

Los geotextiles pueden desempeñar distintas funciones:

Separación

La separación impide el contacto entre dos superficies de distintas propiedades físicas, lo cual evita su mezcla y contaminación, aunque permite el flujo libre de líquidos filtrándolos a través del geotextil, puede ser entre dos capas diferentes de suelo aportado o entre suelo natural y de aporte.

Para evitar la mezcla de materiales debe soportar las cargas estáticas y dinámicas del material de aporte y del tráfico durante su colocación, así como también la retención de finos. El polipropileno lo mantiene estable ante la alcalinidad del cemento e inerte frente a los diversos elementos químicos presentes en el terreno. (Fundación Wikimedia, 2017)

En la función de separación deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

• Resistencia a la tracción.

• Resistencia al punzonamiento.

• Elongación a la rotura.

• Perforación dinámica por caída libre de cono.

• Abertura de poros eficaz.

• Espesor del geotextil.

Filtración

La filtración es la propiedad de retención de un material de ciertas partículas sometidas a fuerzas hidrodinámicas al tiempo que permite el paso de fluidos. La función de filtro debe garantizar su estabilidad hidráulica. (Fundación Wikimedia, 2017)

En esta función de filtración deben tenerse en cuenta los siguientes parámetros:

• Permeabilidad.

• Abertura eficaz de los poros.

• Espesor del geotextil.

Drenaje

El drenaje es el proceso mediante el cual se realiza el pasaje de un lugar a otro de un fluido (líquido o gas), evacuándolo. De esta manera se efectúa la eliminación por evacuación en el espesor del geotextil sin producir el lavado de finos. (Fundación Wikimedia, 2017)

En esta función de drenaje deben tenerse en cuenta los siguientes parámetros:

• Permeabilidad en el plano del geotextil

• Espesor del geotextil

Refuerzo

El refuerzo del geotextil se consigue por las propiedades que poseen ciertos geotextiles, mejorando sus propiedades mecánicas y disminuyendo el nivel de cargas sobre el terreno porque realiza un trabajo de homogeneizar las cargas sobre una superficie extensa. (Fundación Wikimedia, 2017)

Consideramos dos tipos de refuerzos:

• Refuerzo en la tracción, eliminando las fuerzas de vuelco. Por ejemplo: en muros de contención, por intercalación del geotextil hacia el interior del muro.

• Estabilización del suelo mediante confinamiento de partículas evacuando por supresión el agua contenida.

En esta función de refuerzo deben tenerse en cuenta los siguientes parámetros:

• Curva de deformación

• Resistencia mecánica a la tracción, punzonamiento y desgarro.

• Fluencia, fatiga y fricción contra el terreno. Además, ayuda a mejorar la calidad de soporte del suelo.

Protección

La función de protección permite que el sistema geotécnico no se deteriore. El geotextil actúa protegiendo geomembranas impermeables; de modo que impide que se produzcan daños mecánicos de abrasión o punzonamiento. (Fundación Wikimedia, 2017)

En esta función de protección deben tenerse en cuenta los siguientes parámetros:

• Resistencia al punzonamiento.

• Perforación dinámica por caída libre de cono.

• Espesor (efecto colchón para protección de la geomembrana). (Fundación Wikimedia, 2017)

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