REPUBLICA DE COLOMBIA

DEPARTAMENTO DE ARAUCA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

ESPECIALIZACION EN VIAS Y TRANSPORTE CONVENIO

ORINOQUIA

OBRAS EN TIERRA

Trabajo de Geotecnia Vial

PRESENTADO POR :

Analida Mendez Cedeño

Lisandro Aguliar Manrique

Omar Salcedo Caro

Henry Hernandez Mantilla

DOCENTE:

Ing. Sergio Andrés Lopez Alvarez

Arauca, Octubre de 2014

OBRAS EN TIERRA

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TABLA DE CONTENIDO

USO DE LA TIERRA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION .................................................................. 5

RECUBRIMIENTOS O COLCHONES (Linings and blankets). .................................................................. 6

COLCHONES DE ARENA Y GRAVA. ...................................................................................................... 6

COLCHONES Y RECUBRIMIENTOS IMPERMEABLES IMPERMEABLES. .................................................. 6

RELLENO DETRÁS DE ESTRUCTURAS (Backfill). ................................................................................... 6

RELLENOS DETRÁS O EN EXCAVACIONES JUNTO A ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS. ............................ 7

TERRAPLEN BOTADO (De material ..................................................................................................... 7

común) No requiere compactación .................................................................................................... 7

compactación. .................................................................................................................................... 7

TERRAPLEN BOTADO SELECCIONADO (Arcilla, grava arena o enrocado – Rip Rap) Rap). ................... 7

TERRAPLEN COMPACTADO AL PASO DE VEHICULOS. ......................................................................... 7

TERRAPLEN COMPACTADO CON COMPACTADOR. ............................................................................. 8

TERRAPLEN COMPACTADO CON VIBRACION ..................................................................................... 8

(Suelo Granular) Granular. ................................................................................................................. 8

TERRAPLEN DE SUELO MEZCLADO ..................................................................................................... 8

RELLENO DE SUELO MODIIFIICADO ((suello -cementto o call)). .......................................................... 8

RELLENO HIDRAULICO. ....................................................................................................................... 9

RECUBRIMIENTOS. ............................................................................................................................. 9

GENERALMENTE SE UTILIZAN MATERIALES ........................................................................................ 9

SELECCIONADOS SELECCIONADOS. .................................................................................................... 9

RECUBRIMIENTOS CON ROCA. ........................................................................................................... 9

TERRAPLENES PARA CARRETERAS .....................................................................................................10

LOCACIONES PARA POZOS PETROLEROS. ..........................................................................................10

PRESAS DE TIERRA .............................................................................................................................10

DEPOSITO DE MATERIALES PRODUCTO DE LA EXCAVACION. ............................................................10

CANALES EN TIERRA. .........................................................................................................................11

TIPOS DE CANAL ................................................................................................................................11

SECCIONES DEL CANAL ......................................................................................................................11

TALUDES LATERALES DEL CANAL .......................................................................................................11

MATERIALES UTILIZADOS PARA LOS REVESTIMIENTOS. ....................................................................12

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REVESTIMIENTO DE SUELO COMPCTADO. .........................................................................................12

RELLENO DE ZANJAS DE DUCTOS. ......................................................................................................12

CIMENTACION DEL TUBO. .................................................................................................................13

MATERIAL SELECCIONADO EN LA CIMENTACION Y ALREDEDOR DE LOS DUCTOS. ............................13

RELLENO ENCIMA DEL TUBO. ............................................................................................................13

RELLENO FLUIDO. ..............................................................................................................................13

SUELOS ESTABILIZADOS. ...................................................................................................................14

DAÑOS EN TERRAPLENES ..................................................................................................................14

ESTRUCTURAS DE CONTENCION O ANCLAJE .....................................................................................15

TIPOS DE ESTRUCTURA: .....................................................................................................................15

MUROS RIGIDOS ...............................................................................................................................16

MUROS DE CONCRETO REFORZADO ..................................................................................................16

MUROS DE CONCRETO SIN REFUERZO ..............................................................................................17

MUROS DE CONCRETO CICLÓPEO .....................................................................................................17

MUROS EN GAVIONES .......................................................................................................................17

MURO CRIBA .....................................................................................................................................18

MUROS EN PIEDRA (PEDRAPLENES) ..................................................................................................19

MURO CON LLANTAS USADAS ...........................................................................................................19

TIERRA REFORZADA ..........................................................................................................................19

RELLENO ............................................................................................................................................20

ESTRUCTURAS ANCLADAS .................................................................................................................20

PERNOS INDIVIDUALES NO TENSIONADOS .......................................................................................21

ANCLAJES INDIVIDUALES TENSIONADOS (ANCLAS ACTIVAS) ............................................................22

TENDONES Y VARILLAS ......................................................................................................................23

BULBO DE ANCLAJE ...........................................................................................................................23

MUROS ANCLADOS ...........................................................................................................................24

MÉTODO DE LA CUÑA ANCLADA .......................................................................................................24

SISTEMA DE ANÁLISIS JANBÚ O BISHOP ............................................................................................24

MICROPILOTES (SOIL NAILING) ..........................................................................................................24

ESTRUCTURAS ENTERRADAS .............................................................................................................25

PILOTES .............................................................................................................................................25

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MUROS EN COFRES CELULARES .........................................................................................................26

MUROS DE PILAS DE GRAN DIÁMETRO .............................................................................................26

MUROS DE ESCOLLERA ......................................................................................................................27

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Página 5

Inicio

USO DE LA TIERRA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION

La tierra es un material utilizado por el

hombre desde tiempos inmemoriales.

Especialmente en la construcción de

viviendas.

La mayor parte de las obras de ingenieria se

hacen con tierra.

Figure 1. Túneles Los Fiordos - Noruega.

Figure 2. Pantallas Ancladas.

Las obras de tierra más utilizada son los

embankments (terraplenes).

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RECUBRIMIENTOS O COLCHONES (Linings

and blankets).

COLCHONES DE ARENA Y GRAVA.

• Existen una gran cantidad de

materiales con diversos usos.

• Si son para control de erosión se

requieren gravas preferiblemente

bien gradadas y las arenas son

indeseables.

• Debajo de una base de grava se

requiere una capa de arena como

filtro.

• Debajo de una estructura en

concreto se prefiere una capa de

material grueso (Grava o piedra

triturada).

• Si es para recebo de carretera

destapada se prefieren gravas

arcillosas GC.

COLCHONES Y RECUBRIMIENTOS IMPERMEABLES IMPERMEABLES.

EL MATERIAL DEBE SER:

• Impermeable

• No expansivo

• Resistente a la erosión

• Estable cuando se coloca en los

taludes de los canales

• Los mejores materiales son: GW-GC

GC GM.

RELLENO DETRÁS DE ESTRUCTURAS

(Backfill).

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RELLENOS DETRÁS O EN EXCAVACIONES JUNTO A ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS.

Generalmente son rellenos en espacios

confinados junto a estructuras de concreto.

• Debe determinarse si se requiere

material drenante o de baja

permeabilidad.

• Generalmente se compactan con

pisones mecánicos, placas vibratorias

pequeñas “benitines” , o mediante

un proceso de saturación ynvibración

interna. 1

TERRAPLEN BOTADO (De material

común) No requiere compactación

compactación.

• Se le utiliza en caminos vecinales y

conformaciones donde no se

requiere colocar estructuras.

• No debe contener basuras, árboles,

residuos o suelos orgánicos.

• Para que sea uniforme debe

colocarse en capas horizontales.

• El tráfico debe repartirse durante la

construcción para que sea uniforme.

NOTA: En todos los casos se van presentar

asentamientos importantes y

agrietamientos.

1 Autoria de Jaime Suarez Diaz

TERRAPLEN BOTADO SELECCIONADO (Arcilla, grava arena o enrocado – Rip Rap)

Rap).

• Se le utiliza cuando el relleno

requiere de una determinada

propiedad (Permeabilidad).

• Ocasionalmente se le aplica algo de

compactación.

NOTA: Se deben esperar asentamientos

importantes.

TERRAPLEN COMPACTADO AL PASO DE

VEHICULOS.

• Es similar al terraplén botado, pero

el tránsito se distribuye para que se

logre un efecto ligero de

compactación.

NOTA: En todos los casos se deben esperar

asentamientos importantes.

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TERRAPLEN COMPACTADO CON COMPACTADOR.

Se debe controlar la humedad, equipo,

espesor de capa etc.

NOTA: PERMITE COLOCAR ESTRUCTURAS

SOBRE EL TERRAPLEN.

TERRAPLEN COMPACTADO CON VIBRACION

(Suelo Granular) Granular.

• Se requiere que el suelo sea granular

limpio: GW GP SW SP (Menos del 5 %

de finos).

• Se puede utilizar para compactar

filtros.

• Puede utilizarse vibrador o rodillo

vibratorio.

• El suelo preferiblemente debe estar

completamente seco o

completamente saturado.

TERRAPLEN DE SUELO MEZCLADO

• Algunos suelos no son competentes

como relleno pero al mezclarlos con

otro suelo se pueden obtener las

propiedades requeridas.

• Es muy importante diseñar el

sistema de mezclado.

• Un sistema es rellenar en medias

capas (Sandwich).

RELLENO DE SUELO MODIIFIICADO ((suello -

cementto o call)).

Suelo-cemento

Suelo-cal

Suelo-emulsión

Suelo-resinas.

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Se requiere diseñar la mezcla.

RELLENO HIDRAULICO.

• Dragado y colocado con agua.

• Puede ser muy económico

especialmente para grandes

volúmenes.

• Principalmente suelos granulares.

• Se obtienen densidades muy bajas.

• Puede requerir un proceso posterior

de compactación.

RECUBRIMIENTOS.

EJEMPLOS:

• Capa de RIP-RAP en el talud de una

presa.

• Arena o grava debajo del RIP-RAP.

• Enrocado, grava o suelo orgánico en

el talud aguas-abajo de una presa.

• Colchones filtrantes debajo de los

rellenos o de las estructuras de

concreto.

• Colchones impermeabilizantes en el

fondo de reservorios.

• Recubrimiento de canales.

• Recubrimiento de rellenos sanitarios.

• Bases y subbases granulares para

carreteras.

• Recebo de carreteras destapadas.

• Bases para ferrocarriles.

GENERALMENTE SE UTILIZAN MATERIALES

SELECCIONADOS SELECCIONADOS.

• ROCA

• GRAVA Y ARENA

• GRAVA ARCILLOSA

• ARCILLA (Impermeable)

• Suelo orgánico.

RECUBRIMIENTOS CON ROCA.

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• Generalmente son

equidimensionales angulares densos

durables sólidos.

• Bloques alargados son indeseables,

pero se permiten bloques con

dimensiones mínimas hasta de ¼ de

las dimensiones máximas.

• En algunos casos se admiten bloques

angulosos o subredondeados.

• Las Lutitas y las calizas pueden ser

indeseables.

TERRAPLENES PARA CARRETERAS

Ruta Los Libertadores.

LOCACIONES PARA POZOS PETROLEROS.

Cupiagua.

Piedemonte.

PRESAS DE TIERRA

La Honda. Acueducto de El Socorro

Santander.

DEPOSITO DE MATERIALES PRODUCTO DE

LA EXCAVACION.

Residuos variante Romeli – El Pollo en

Pereira (Río Otun).

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CANALES EN TIERRA.

• Los canales en tierra requieren de

protección contra la erosión debido a

las velocidades de la corriente.

• La pérdida de agua por infiltración

debe disminuirse en el diseño. Es

común que entre el 20 y el 40% del

agua de un canal se pierda si el canal

no es revestido.

• Generalmente los canales son largos

y atraviesan una variedad de suelos y

de situaciones y se van a encontrar

condiciones diferentes de materiales

y fundación.

• Algunos canales pueden ser

totalmente en corte, otros

concepciones mixtas y otros en

terraplén y en cada uno de estos

casos se deben tener en cuenta en el

diseño las situaciones diferentes.

TIPOS DE CANAL

Canal sin revestimiento.

Canal revestivo.

SECCIONES DEL CANAL

La sección del canal debe seleccionarse para

satisfacer los siguientes criterios:

• Ancho suficiente del fondo.

• Profundidad suficiente.

• Taludes laterales estables.

• Borde libre.

Estas dimensiones deben escogerse para

facilitar la operación eficiente y el

mantenimiento.

TALUDES LATERALES DEL CANAL

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• Para canales sin revestimiento se

acostumbra un talud 2H : 1V ó de

menor pendiente.

• Para canales revestidos se utiliza

generalmente un talud 1.5H : 1V

• En algunos casos se requiere

construir una berma para

mantenimiento o para garantizar la

estabilidad de los taludes.

MATERIALES UTILIZADOS PARA LOS REVESTIMIENTOS.

• Concreto reforzado.

• Concreto simple o mortero.

• Piedra pegada.

• Suelos estabilizados con cemento u

otro producto.

• Suelos compactados.

• Geomembranas.

• Asfalto.

• Ladrillo.

• Piedra.

• Vegetación.

REVESTIMIENTO DE SUELO COMPCTADO.

• Aunque teóricamente se pueden

utilizar revestimientos de suelo con

espesores tan pequeños como 20

centímetros, debido a dificultades de

compactación se requiere colocar

revestimientos entre 0.9 y 2.4

metros de espesor.

• Los mejores suelos desde el punto de

vista de gradación, plasticidad e

impermeabilidad, para los

revestimientos de suelo compactado

son los siguientes en su orden:

− GW-GC

− GC

− SW-SC

− SC

− SM.

RELLENO DE ZANJAS DE DUCTOS.

• Un ducto enterrado es una

estructura que utiliza tanto las

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propiedades del tubo como las

propiedades del suelo alrededor.

• Los tubos se clasifican como tubos

rígidos o tubos flexibles.

• En los tubos rígidos la carga del

relleno se transmite desde la parte

alta del tubo hacia su cimentación.

• En los tubos flexibles la carga es

soportada tanto por la base como

por el suelo lateralmente al tubo.

CIMENTACION DEL TUBO.

• Si la cimentación está conformada

por suelos blandos, lodos, limos,

arcillas o lutitas puede requerirse

remover y reemplazar entre 1 y 2

metros por debajo del tubo para

obtener una fundación aceptable.

• En todos los casos se requiere un

mínimo de relleno compactado

seleccionado de 15 centímetros en la

base del tubo.

MATERIAL SELECCIONADO EN LA CIMENTACION Y ALREDEDOR DE LOS

DUCTOS.

• El material debe ser granular,

drenante, con menos del 5% de finos

y con tamaño máximo de ¾ de

pulgada.

• Como alternativa los tubos se

pueden cimentar en concreto simple

o armado, mortero o en relleno

fluido.

RELLENO ENCIMA DEL TUBO.

• Para el relleno sobre el tubo se

puede utilizar generalmente

cualquier tipo de material limitando

el tamaño máximo en la zona hasta a

30 centímetros del tubo.

• El primer metro sobre el tubo debe

compactarse utilizando equipos

manuales en capas de máximo 15

centímetros de espesor.

• Después de un metro de espesor se

pueden utilizar equipos más

pesados, investigando previamente

que la profundidad de influencia del

rodillo no alcance el tubo.

RELLENO FLUIDO.

• El relleno fluido es una mezcla de

suelo, cemento Portland y suficiente

agua para hacer que la mezcla tenga

una consistencia de un fluido grueso,

en esta forma el relleno fluido se

involucra en las cavidades y espacios

alrededor de la tubería.

• Típicamente un relleno fluido

contiene del 6 al 10% de cemento

Portland con relación a la masa de

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suelo seco y una relación agua-

cemento de aproximadamente 2.5 a

3.5.

• Para la colocación del relleno fluido

se utilizan vibradores similares a los

que se utilizan para la colocación del

concreto.

SUELOS ESTABILIZADOS.

En ocasiones se requiere estabilizar los

suelos previamente a su colocación con el

objeto de obtener ciertas propiedades de

resistencia, compresibilidad e

impermeabilidad.

Los estabilizantes más comunes son los

siguientes:

• Cemento

• Cal (lime)

• Residuos de la producción de petróleo

• Cenizas de la quema de carbón

• Resinas vegetales

La estabilización de un suelo debe ser objeto

de un diseño detallado realizando ensayos

de laboratorio para determinar la mezcla

óptima.

DAÑOS EN TERRAPLENES

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ESTRUCTURAS DE CONTENCION O ANCLAJE

TIPOS DE ESTRUCTURA:

1. Muros masivos rígidos

Son estructuras rígidas, de concreto, que no

permiten deformaciones importantes sin

romperse. Se apoyan sobre suelos

competentes para transmitir fuerzas de su

cimentación al cuerpo del muro y de esta

forma generar fuerzas de contención.

2. Muros masivos Flexibles

Son estructuras masivas, flexibles. Se

adaptan a los movimientos. Su efectividad

depende de su peso y de la capacidad de

soportar deformaciones importantes sin que

se rompa su estructura.

3. Tierra Reforzada

Son terraplenes de suelo su principal

componente dentro de este, es la

compactación, se colocan elementos de

refuerzo para aumentar su resistencia a la

tensión y al cortante. Deben su resistencia al

refuerzo y actúan como estructuras masivas

por gravedad.

Se adaptan a la topografía, se construyen

sobre fundaciones débiles, tolera

asentamientos diferenciales y puede

demolerse o repararse.

4. Estructuras ancladas

Se colocan varillas o tendones generalmente,

de acero en perforaciones realizadas con

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taladro, posteriormente se inyectan con un

cemento. Los anclajes pueden ser

pretensados para colocar una carga sobre un

bulbo cementado o pueden ser cementados

simplemente sin colocarles carga activa.

5. Estructuras Enterradas

Trabajan empotradas en su punta inferior.

Internamente están sometidas a esfuerzos

de flexión y cortante.

MUROS RIGIDOS

Es una forma de manejar cortes y

terraplenes, estos actúan como una masa

relativamente concentrada que sirve de

elemento contenedor a la masa inestable.

MUROS DE CONCRETO REFORZADO

Una estructura de concreto reforzado resiste

movimientos debidos a la presión de la tierra

sobre el muro. El muro a su vez se apoya en

una cimentación por fuera de la masa

inestable.

Tipos de muro reforzado:

Muros empotrados o en cantiliber, en forma

de L o T invertida, los cuales tienen una placa

semivertical o inclinada monolítica con otra

placa en la base.

Muros con contrafuertes, en los cuales la

placa vertical o inclinada está soportada por

contrafuertes monolíticos que le dan rigidez

y ayudan a transmitir la carga a la placa de

cimentación.

Muros con estribos, en los cuales

adicionalmente a la placa vertical y la placa

de cimentación y los contrafuertes, se

construye una placa superior sub-horizontal

que aumentan la rigidez y capacidad para

soportar momentos.

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MUROS DE CONCRETO SIN REFUERZO

Son masas relativamente grandes de

concreto o concreto con piedra, las cuales

trabajan como estructuras rígidas.

Los muros de concreto simple o ciclópeo

actúan como estructuras de peso o gravedad

y se recomienda no se empleen en alturas

superiores a cuatro metros, debido no sólo al

aumento de costos, sino a la presencia de

esfuerzos de flexión que no pueden ser

resistidos por el concreto simple y se pueden

presentar roturas a flexión en la parte

inferior del muro o dentro del cimiento.

MUROS DE CONCRETO CICLÓPEO

Es una mezcla de concreto con cantos o

bloques de roca dura, mezclados con 60% de

concreto y 40% de volumen de piedra.

Debe tenerse en cuenta que a mayor

cantidad de piedra mayor posibilidad de

agrietamiento del muro, por presencia de

zonas de debilidad estructural interna. En

ocasiones se le colocan refuerzos de varilla

de acero dentro del concreto ciclópeo para

mejorar su resistencia interna. El diseño de

un muro de concreto ciclópeo es muy similar

al de los muros de concreto simple rígidos y

masivos.

MUROS EN GAVIONES

Son cajones de malla de alambre galvanizado

que se rellenan de cantos de roca.

Ventajas:

• Simple de construir y mantener y utiliza

los cantos y piedras disponibles en el

sitio.

• Se puede construir sobre fundaciones

débiles.

• Su estructura es flexible y puede tolerar

asentamientos diferenciales mayores

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que otro tipo de muros y es fácil de

demoler o reparar.

• Se emplean tres tipos de mallas

diferentes, hexagonales o de triple

torsión, electrosoldada y elaborada

simple.

• El principal problema consiste en que las

mallas pueden presentar corrosión en

suelos ácidos (de PH menor 6).

• Tamaños de malla disponible para

formar las cajas de 2m. x 1m. x 1m. La

forma básica es trapezoidal.

2

MURO CRIBA

El muro criba es una estructura parecida a

una caja formada por prefabricados de

concreto entrelazados y rellenado con suelo

granular permeable o roca para darle

resistencia y peso, conformando un muro de

gravedad.

Tipos que se colocan en forma paralela a la

superficie del talud o normal a este:

Los travesaños son prefabricados normales al

eje del muro en forma de I horizontal.

Los largueros son prefabricados largos que se

apoyan sobre los travesaños y que tienen

2 Estabilización de taludes en zonas tropicales.

como objeto contener el material colocado

dentro de las cajas o cribas.

Algunos diseños de muros criba incluyen

uniones metálicas o de madera entre los

prefabricados para ayudar a transmitir las

fuerzas. El muro criba tiene la ventaja de

permitir asentamientos diferenciales

importantes (Brandl, 1985).

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MUROS EN PIEDRA (PEDRAPLENES)

Son estructuras construidas con bloques o

cantos grandes de roca, los cuales se colocan

unos sobre otros en forma manual o al

volteo. El tamaño de los bloques supera las 3

pulgadas y pueden utilizarse bloques hasta

de 1 metro de diámetro si se tiene equipo

adecuado para su colocación.

MURO CON LLANTAS USADAS

Los muros en llantas usadas conocidos como

Pneusol o Tiresoil consisten en rellenos de

suelo con llantas de caucho usadas

embebidas. Las llantas son unidas entre sí

por soga de refuerzo. Generalmente, se

utilizan sogas de polipropileno y se conoce

de la utilización de elementos

metálicos(Abramson 1996).

TIERRA REFORZADA

Consisten en un relleno de suelo granular

con láminas de refuerzo, que pueden ser

metálicas o de elementos plásticos, se coloca

tiras o capas de refuerzo en el proceso de

compactación de terraplenes con taludes de

alta pendiente. El concepto fue introducido

por Vidal en los años 1960.

El sistema más popular es el refuerzo de

terraplenes con geotextiles, en el cual el

mecanismo de transmisión de esfuerzos es

predominantemente de fricción. Existe una

gran cantidad de geotextiles de diferentes

propiedades mecánicas, tejidos y no tejidos.

Los rellenos utilizados son generalmente

materiales granulares que van desde arenas

limosas hasta gravas.

Un problema importante de los geotextiles

es su deterioro con la luz ultravioleta del sol

y por esto se requiere que este material

permanezca cubierto, con concreto emulsión

asfáltica o suelo con vegetación.

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Las geomallas que son mallas poliméricas o

metálicas con una forma determinada, en

dos direcciones, en el cual se incluye el

efecto de fricción y además, el efecto de

agarre dentro del suelo. En ocasiones la

geomallas llevan varillas para ayudar a la

resistencia de arrancamiento de la malla.

Generalmente, las geomallas tienen mayor

resistencia al arrancamiento que los

geotextiles.

RELLENO

Debe ser un material capaz de desarrollar

fricción y no debe contener materiales

orgánicos o perecederos como vegetación o

residuos indeseados, se utiliza relleno

granular pero cuando no se dispone de

materiales de grava o arena se utiliza arcilla o

suelos residuales, en estos casos se debe

tener especial cuidado, teniendo en cuenta,

la importante reducción de capacidad al

arrancamiento en los suelos arcillosos,

cuando son saturados (Elias y Swanson,

1983).

En ocasiones se utiliza piedra triturada y se

debe tener precaución con un refuerzo que

soporte los bordes angulosos del triturado.

ESTRUCTURAS ANCLADAS

El uso de anclajes de acero en la

estabilización de taludes se ha vuelto muy

popular en los últimos años. Las estructuras

ancladas incluyen los pernos metálicos

utilizados para sostener bloques de roca, las

estructuras con tendones pretensionados,

anclados en el suelo y los tendones pasivos

no pretensionados.

Formas de realizar los anclajes:

1. Dovela de concreto reforzada para

prevenir que se suelte un bloque de roca en

la cresta de un talud. Estos pernos son

comúnmente varillas de acero colocadas en

huecos preperforados, inyectando una resina

epóxica o cemento, las varillas

generalmente, no son tensionadas debido a

que la roca puede moverse al colocar la

tensión, se utiliza hierro de alta resistencia

en diámetros que varían desde ½ a 1.5

pulgadas.

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2. Mallas exteriores de alambre galvanizado

ancladas con pernos para evitar la ocurrencia

de desprendimientos de bloques de roca o

material.

Debe tenerse en cuenta que los anclajes de

mallas protegen de la caída de bloques

superficiales, pero no representan

estabilidad para el caso de fallas de bloques

grandes o movimientos de grandes masas de

suelo o roca.

3. Anclajes tensionados para impedir el

deslizamiento de bloques de roca a lo largo

de un plano de estratificación o fractura.

Estos anclajes, generalmente utilizan cable

de acero, los cuales se colocan en huecos

preperforados e inyectados. La fuerza de

tensionamiento depende de la longitud y

características del anclaje y no es raro utilizar

fuerzas hasta de 50 toneladas por ancla.

4. Muro anclado para prevenir el

deslizamiento de una zona suelta. Los muros

anclados generalmente, incluyen el concreto

lanzado para prevenir el movimiento de

bloques en una zona fracturada y drenaje de

penetración para impedir la presión de agua.

Estos muros anclados pueden ser pasivos o

activos dependiendo de si son

pretensionados o no.

PERNOS INDIVIDUALES NO TENSIONADOS

Son elementos estructurales constituidos por

varillas de acero, que se colocan dentro de

una perforación, la cual se inyecta

posteriormente con cemento para unir la

varilla al macizo de roca, con el fin de evitar

evitar los caídos de roca y en ocasiones los

deslizamientos de macizos de roca

fracturada con discontinuidades muy

espaciadas.

El diseño de los pernos, generalmente, es

empírico basado en un análisis de las

discontinuidades en el macizo y de la

estabilidad de los bloques. La parte más

importante del diseño es determinar la

localización, ángulo de inclinación y longitud

de cada perno.

El detalle común de las tecnologías de

pernos es que minimizan la relajación o

desprendimiento de los bloques de roca

(Hoeck, 1983). Una vez los bloques se sueltan

es muy difícil recobrar la estabilidad

completa del macizo, por eso la colocación

de anclajes es muy útil que se realice,

previamente a la excavación (Wyllie y

Norrish, 1996). Este prerrefuerzo se puede

lograr instalando anclajes a medida que se

avanza con la excavación o instalando pernos

a la cresta del corte, antes de la excavación.

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ANCLAJES INDIVIDUALES TENSIONADOS (ANCLAS ACTIVAS)

Este método consiste en la colocación dentro

del macizo de roca y muy por debajo de la

superficie de falla real o potencial de una

serie de tirantes de acero anclados en su

punta y tensados por medio de gatos en

superficie. Los anclajes generan fuerzas de

compresión que aumentan la fricción y / o

contrarrestan la acción de las fuerzas

desestabilizadoras.

Los anclajes pretensionados se colocan

atravesando posibles superficies de falla,

anclando los bloques a roca sana, detrás de

esta superficie. El tensionamiento del perno,

transmite una fuerza a la roca, produciendo

una compresión y modificando los esfuerzos

normales sobre la superficie de falla. Si las

fuerzas de anclaje se instalan a un ángulo

menor que a la normal a la superficie

potencial de falla, se crea adicionalmente,

una fuerza resistente que se opone al

movimiento. La fuerza requerida para el

anclaje, se minimiza cuando la suma del

ángulo de buzamiento del ancla y el de la

fractura es igual al ángulo de fricción. Se

ahorra gran cantidad de pernos,

instalándolos al ángulo óptimo, en lugar de

colocarlos normales a la falla.

En la cabeza exterior del ancla se coloca una

platina metálica para fijar el anclaje y

permitir su tensado. Figura

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TENDONES Y VARILLAS

El elemento de refuerzo que trabaja a

tensión puede ser: cable de acero de alta

resistencia o varillas de acero procesadas

para alta tensión o Hot rolled. En ocasiones,

se utilizan varillas corrientes, lo cual no es

recomendable por su comportamiento en

ocasiones impredecible a cargas altas de

tensión. Es importante tener en cuenta los

siguientes elementos:

a. Nombre del fabricante, fecha y lugar.

Generalmente se conoce el

comportamiento de las varillas y

tendones de acuerdo a su origen.

b. Diámetro, área de la sección y peso

unitario. En ocasiones las varillas han

sido pretensionadas con anticipación y

sus propiedades y dimensiones han

cambiado.

c. Resultados de los ensayos de

propiedades mecánicas tales como:

carga de rotura, elongación máxima,

ductilidad, relajación y módulo de

elasticidad.

Los pernos metálicos consisten en un sistema

mecánico que presiona contra las presiones

del hueco. Existen varios tipos de perno

mecánico. La ventaja de los pernos metálicos

es la instalación rápida y que el

tensionamiento se puede llevar a cabo

inmediatamente después de su colocación.

Opcionalmente el perno puede

posteriormente ser cementado.

Toda ancla debe diseñarse para un factor

mínimo de seguridad de 2.0 y deben

ensayarse para una carga de 150% la de

diseño.

BULBO DE ANCLAJE

El bulbo es la longitud de varilla que es

cementada para transmitir la carga de

tensión al suelo. Generalmente, estos bulbos

son longitudes no menores a 3.0 metros.

La distribución de esfuerzo a lo largo de la

longitud cementada es no uniforme con

máxima concentración de esfuerzos en la

punta exterior del anclaje. Sin embargo, para

diseño se asume que los esfuerzos son

uniformemente distribuidos a lo largo del

perno.

El esfuerzo al cortante en el anclaje puede

ser calculado por la expresión.

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MUROS ANCLADOS

El diseño de muros anclados puede realizarse

utilizando varios procedimientos. Los más

comunes son el método de la cuña anclada y

la utilización de análisis de estabilidad de

taludes por los procedimientos de Bishop o

de Janbu. Algunos diseñadores utilizan la

teoría de presión de tierra de Rankine o

Coulomb para calcular las presiones sobre los

muros anclados, sin embargo, estas teorías

dan resultados totalmente aislados de la

realidad porque no tienen en cuenta los

elementos geotécnicos en los suelos

residuales.

MÉTODO DE LA CUÑA ANCLADA

El diseño propuesto con base en criterios de

Ingeniería se verifica, analizando la

estabilidad del bloque de suelo que

constituye el macizo de anclaje.

En caso de que haya anclajes a un solo nivel,

la estabilidad del macizo de anclaje se analiza

tomando una superficie potencial de falla.

Esta superficie va de la base del muro hasta

el punto medio de la longitud efectiva de

anclaje. Si los anclajes se sitúan por debajo

de la base del muro, se elimina este tipo de

estabilidad.

La solución de la estabilidad se puede

realizar por el polígono de fuerzas o en una

forma más precisa, por sumatoria de fuerzas.

SISTEMA DE ANÁLISIS JANBÚ O BISHOP

Este sistema es el más utilizado en la

actualidad por la posibilidad de empleo de

programas de Software de estabilidad de

taludes. El sistema consiste en colocar una

serie de cargas vectoriales simulándolas las

anclas sobre las dovelas. En el análisis de

estabilidad por el sistema de Bishop o Janbu

el factor de seguridad se calcula siguiendo el

procedimiento normal de los programas. El

diseño consiste en determinar la localización

y cargas de las anclas que producen un factor

de seguridad predeterminado.

MICROPILOTES (SOIL NAILING)

El Soil Nailing es un método de refuerzo in

situ utilizando micropilotes vacíos capaces de

movilizar resistencia a tensión en el caso de

ocurrencia de un movimiento. Se diferencian

de los pilotes en cuanto los micropilotes no

resisten cargas laterales a flexión.

Los micropilotes pueden ser varillas de

acero, tubos o cables que se introducen

dentro del suelo natural o la roca blanda y

son inyectados dentro de huecos

preperforados.

Generalmente son espaciados a distancias

relativamente pequeñas.

Los micropilotes pueden ser hincados o

inyectados en perforaciones previamente

realizadas. Junto con el suelo estos alfileres o

nail forman una estructura de suelo

reforzado. Los nail o alfileres se diferencian

de los anclajes en el sentido de que son

pasivos, o sea, que no son postensionados.

Adicionalmente los Nails están mucho más

cercanamente espaciados que los anclajes.

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ESTRUCTURAS ENTERRADAS

Las estructuras enterradas son elementos

capaces de resistir esfuerzos a flexión que se

colocan dentro del suelo atravezando la

posible superficie de falla. Estas estructuras

trabajan enpotradas en el suelo por debajo

de la falla. Se conocen varios tipos de

estructura enterrada así:

1. Tablestacas

2. Pilotes

3. Pilas o Caissons

Tablestacas

Las tablestacas son estructuras de

contención hincadas, delgadas y esbeltas las

cuales trabajan generalmente a flexión

enpotradas o ancladas. Pueden ser de acero,

de concreto o de madera siendo las de acero

las más utilizadas. El muro de tablestaca está

conformado por una serie de pilotes unidos

entre sí para formar una pared continua. La

integridad del muro depende de las uniones

entre pilotes individuales.

Las tablestacas son utilizadas con relativa

frecuencia como estructura de contención

para la conformación de muelles en ríos o

mares. Para su hincado se requiere que el

suelo permita la penetración del pilote y no

existan bloques o cantos grandes de roca.

La sección de la tablestaca depende de la

altura de la tierra a retenerse y de las

condiciones del suelo y agua, así como del

sistema de anclaje de los pilotes. La altura de

los muros de tablestacas varía generalmente

entre 4.5 y 12 metros.

PILOTES

Los pilotes hincados han sido utilizados en

ocasiones para la estabilización de

deslizamientos activos. Este método sólo es

apropiado para deslizamientos poco

profundos y suelos que no fluyan entre los

pilotes.

Los deslizamientos profundos generalmente

producen fuerzas laterales muy grandes que

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no pueden ser resistidas fácilmente por los

pilotes.

Los pilotes deben enterrarse en suelo firme y

competente para evitar su arrancamiento o

inclinación. Es común la utilización de

estructuras de concreto armado, uniendo las

cabezas de los pilotes para mejorar su rigidez

y comportamiento en general.

La resistencia o capacidad de un pilote y su

efecto de factor de seguridad depende de la

profundidad a la cual se encuentra hincado el

pilote por debajo de las superficies de falla.

El diseño de los pilotes supone la ocurrencia

de presiones de tierra sobre el pilote arriba

de la superficie de falla y de reacción de

subrasante por debajo de esta. Internamente

los pilotes se diseñan a flexión y a cortante,

como se indica en la figura (Roman, 1996).

Para determinar el espaciamiento entre

pilotes y su longitud de empotramiento

dentro del suelo quieto se deben cumplir las

siguientes condiciones:

a. La presión lateral sobre el pilote debe ser

menor que su capacidad de soporte bajo

cargas horizontales.

b. El suelo entre pilotes no debe ser extruido.

MUROS EN COFRES CELULARES

Los cofres celulares consisten en muros de

tablestaca que conforman cilindros de gran

diámetro los cuales se rellenan de suelo. La

tablestaca actúa como contención del suelo y

la estructura obtiene su resistencia del

sistema combinado muro-suelo, el cual

forma una gran estructura de gravedad.

MUROS DE PILAS DE GRAN DIÁMETRO

En ocasiones se construyen grandes muros a

profundidades importantes construyendo

pilas de gran diámetro unidas entre sí,

conformando una estructura o muro de

gravedad.

Estos muros o pilas generalmente son de

concreto armado y se excavan utilizando

procedimientos similares a los de las pilas

para cimentación de edificios. Generalmente

se construye una sola hilera de pilas o

pilotes, pero en algunos casos se utilizan dos

hileras.

La construcción de pilas de gran diámetro

para la estabilización de deslizamientos fue

descrita por Pachakis y otros (1997) para la

estabilización de un talud en Grecia. El

sistema consiste en la construcción de filas

de pilas fundidas en sitio de más de un metro

de diámetro a un espaciamiento similar a su

diámetro. Las pilas se excavan en el suelo o

roca y se unen entre sí por medio de vigas

formando una estructura reticular. Se

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pueden construir en el pie, en la parte media

o en la parte alta de los deslizamientos.

3

3 REFERENCIAS Angeli M.G., Pontoni F., Gasparetto P. (1996) “Long-term monitoring and remedial measures in a coastal

MUROS DE ESCOLLERA

Constituidas por bloques pétreos, obtenidos

generalmente mediante voladura, con

formas más o menos prismáticas y

superficies rugosas.

Tipos de escollera:

— Escollera vertida.

— Escollera compactada.

— Escollera colocada.

Sus aplicaciones fundamentales son las que

siguen:

— Escollera vertida: Dentro del campo de la

ingeniería civil se emplea fundamentalmente

en obras marítimas y fluviales, y en ciertos

casos en presas y otras aplicaciones de tipo

medioambiental.

— En obras de carretera suele utilizarse en la

construcción de mantos drenantes, en la

resolución de patologías geotécnicas —

deslizamientos, por ejemplo— que requieren

peso estabilizador en una determinada zona,

como cimiento de terraplenes sobre suelos

blandos, etc.

— Escollera compactada: De amplio uso en

pedraplenes, presas y obras marítimas en

general. Se obtienen parámetros

geotécnicos, en general mejores que los

obtenidos por simple vertido.

— Escollera colocada: Se utiliza en

encauzamientos y restauraciones fluviales y

en determinadas ocasiones en mantos de

diques marítimos en talud.

landslide (Central Italy)”. Proceedings of the seventh International Symposium on landslides. Trondheim, pp1497-1502. Bachus, R.C. , R.D. Barksdale, (1989). “Design Methodology for Foundations on Stone Columns”, Foundation Engineering Congress, Evanston, Illinois, pp. 244-257, June. Brandl H. (1996) “Stabilization of multiple progressive slope failures”. Proceedings of the Seventh International Symposium on landslides. Trondheim, pp.1661-1666. Brandl H. (1985) “Slope Stabilization and Support by crib walls” Proceedings of the third international

seminar .Soil improvement methods. Singapore pp.179-198.

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— En obras de carretera se emplea como

protección contra la erosión de las entradas

y salidas de obras de drenaje y de las pilas y

estribos de las estructuras de cruce de

cauces, así como en contrafuertes drenantes,

taludes vistos de pedraplenes de fuerte

inclinación y muros de contención o

sostenimiento.

— Entre las principales ventajas que puede

ofrecer la escollera colocada para la

construcción de muros se encuentran:

— a) Facilidad de drenaje a través de los

intersticios existentes entre los bloques

pétreos.

— b) Facilidad para adaptarse a movimientos

diferenciales del terreno, admitiendo ciertas

distorsiones sin sufrir daños estructurales.

— c) Relativa facilidad de integración de la

escollera en el entorno, al tratarse de un

material natural.

— Los parámetros geotécnicos que resultan

con la escollera colocada son, en general,

mejores que los obtenidos para el mismo

material por simple vertido.

Los modelos de comportamiento de los tres

tipos de escollera (vertida, compactada y

colocada) son diferentes, aunque presentan

algunos aspectos comunes. Históricamente

los más analizados son los dos primeros,

sobre los que la literatura técnica es

relativamente abundante; así, existen

numerosos estudios sobre el empleo de la

escollera en presas de materiales sueltos,

diques rompeolas en talud y pedraplenes.

Mucho más escasa resulta, por el contrario,

la literatura disponible sobre la escollera

colocada y en particular sobre muros.

Escollera en una obra marítima.

Escollera en el causamiento fluvial.

Muro de contención de escollera colocada.

Muro de sostenimiento de escollera

colocada.

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Muro de bloques paralelepipedicos.

Colocación de bloques en el cimiento.

Hormigonado de la cimentación.

Formación del cuerpo del muro.

Referencia geométrica para ayuda del

maquinista.

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Muro de escollera de sostenimiento con

camino de servicio al pie, utilizable para la

colocación de referencias topográficas. 4

4 BIBLIOGRAFÍA Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR) (2003): Normas UNE referidas en el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3)1. Comité Español de Grandes Presas (1998): Materiales de roca para presas de escollera. Síntesis y recomendaciones. De Cea Azañedo, J. C. y Olalla Marañón, C.; Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) (1991): Monografía M 18. Resistencia al corte de escolleras. Dirección General de Carreteras: Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3)2. Dirección General de Carreteras (2003): Orden Circular 17/2003. Recomendaciones para el proyecto y construcción del drenaje subterráneo en obras de carretera. Dirección General de Carreteras (2003): Guía de cimentaciones en obras de carretera. Dirección General de Carreteras (1989): Terraplenes y pedraplenes. Dirección General de Carreteras (1981): Desmontes. Ducan, J. M. (2004): Friction Angles for Sand, Gravel and Rockfill, Kenneth Lee Memorial Seminar. Long Beach (EE.UU.) Hoek, E. (2000): Rock Engineering, ed. Balkema, Países Bajos. Hoek, E., Kaiser, P. K. y Bawden, W. F. (1995): Support of Underground Excavations in Hard Rock, ed. Balkema, Países Bajos. Instituto Geográfico Nacional: Atlas Nacional de España, fascículo 9: Climatología. Jiménez Salas, J. A. y otros (1975 a 1981): Geotecnia y cimientos (volúmenes I al III), editorial Rueda, Madrid. Martín Soldevilla, M. J. y Aberturas Ajenjo, P.; Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) (1997): Monografía M 59. Nuevas aproximaciones al diseño de obras marítimas.

Inicio

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