Cimentaciones Extended Gaviones 1

 

  “

Año del Diálogo y la Reconciliación Nacional   ”

FACULTAD DE INGENIERIA

MURO DE SUELO REFOZADO CON GAVION GA VIONES ES  CURSO: CIMENTACIÓNES DOCENTE: CÁRDENAS GUILLEN, JORGE LUIS BLOQUE: FC-PRECIV08B1T INTEGRANTES

CÓDIGO

ARPASI ALEJOS, Judith Betsabeth

1520300

ASENCIOS MENACHO, Yenner

1520310

TENORIO BUSTAMANTE, Jefferson

1520218

La Molina, 2018

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

CONTENIDO I. 

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ ............................................................................................................... 2

II.  MARCO TEORICO ............................................................................................................. ............................................................................................................ 3 III. 

CASOS ESTUDIADOS .................................................................................................. ................................................................................................. 5

PROCESO CONSTRUCTIVO ................................................................................................. 5 OBRAS REALIZADAS ........................................................................................................... ........................................................................................................... 5

IV. 

ANALISIS PARAMÉTRICOS ........................................................................................ ....................................................................................... 7

MUROS DE SUELOS REFORZADO (GAVIONES) ......................................................... 7 VERIFICACION DE EQUILIBRIO ........................................................................................ ....................................................................................... 8 VERIFICACION DE CAPACIDAD PORTANTE................................................................. 8 VERIFICACION DEL MURO ................................................................................................ 9 ............................................................................................................ 13 V.  CONCLUSIONES  ............................................................................................................. VI.  BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 14

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 1

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

I.

INTRODUCCIÓN

El Perú es un país de amplia geografía que presenta diferentes tipos de retos en el campo de la ingeniería Civil, lo cual nos impulsa a buscar soluciones constantemente. constanteme nte. Uno de los grandes desafíos es cómo encontrar la estabilidad para las  pendientes de los suelos que cada cada vez son más, debido a la necesidad necesidad de la población en recurrir a terrenos donde habitar, o para la construcción de obras civiles, tales como las carreteras que nos ayudan a comunicar pueblos alejados. Esto nos sitúa como reto principal complementar las características resistentes de los suelos cuando se realiza una excavación, lo que nos lleva a la utilización de muros de suelos reforzados, que son estructuras de gran volumen y están compuestos por material de relleno y geosintéticos, dándole soporte estructural al muro y también de evacuar las aguas apropiadamente. Ya que su aplicación es fundamental en diversas obras, se debe tener en cuenta las consideraciones del diseño, lo que implica conocer los parámetros geotécnicos del terreno, determinar los empujes activos y pasivos que influyen en la estructura y lo más importante verificar la estabilidad de la estructura mediante factores de seguridad debido al deslizamiento, el volteo o por su capacidad portante. En base a lo mencionado, este trabajo se centrará en analizar un gavión para reforzar una carretera variando la altura de la estructura desde un metro a los 5m y teniendo consideraciones consideracio nes distintas como nivel freático. Luego, se procederá a hacer un diseño  para cada uno de estos y se detallará los pasos del proceso constructivo. Después del desarrollo de los cálculos, se interpretará los resultados y de acuerdo con ello se elegirá el diseño optimo que cumplirá con las condiciones iniciales que se tomaron como base. Finalmente se presentará cuáles son los beneficios de construir con gaviones y no con otro tipo de estructuras, como el caso de refuerzo con concreto armado.

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 2

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

II.

MARCO TEORICO

Los muros de contención de gaviones son una solución geotécnica cuando se necesita optimizar espacio disponible para la construcción de una obra. Estos son estructuras flexibles, constituidas por cajas prefabricadas de malla de alta resistencia, las cuales son rellenadas con bloques sanos de roca.3Pueden tener una geometría diversa, tipo caja y tipo colchón o tipo saco.

Figura 1. Tipo caja

Figura 2. Tipo colchón

Figura 3. Tipo saco

Los gaviones tienen una serie de ventajas desde su fácil instalación, flexibilidad,  permeabilidad, durabilidad, resistencia y versatilidad, hasta su buena integración armoniosa a su entorno, logrando inclusive que la vegetación pueda desarrollarse en ella,  presentando así, un paisaje agradable contraponiéndose con las soluciones rígidas de concreto o enrocados. Debido a los diferentes proyectos donde las aplicaciones de los gaviones tienen  participación se han ido desarrollado diferentes diseños, los cuales tienen como función  principal soportar los empujes laterales del terreno. La teoría de Rankine que es aplicada en nuestros casos nos permite analizar el estado de tensión de una porción de suelo localizada a una profundidad z junto al elemento vertical de la figura 4, se puede determinar el esfuerzo total vertical σ v definido por:

  =  

(1)

Mientras el elemento permanece en reposo, la tensión horizontal actuante sobre él es indeterminada, pero cuando el suelo llega la deformación del estado activo esta tensión  puede ser determinada determinada por la eenvolvente nvolvente de la resistencia del ma material terial1, en ese instante la tensión horizontal está dada por:

  =  ℎ  =   − 2√      =  ( − ∅)  

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 3

(2) (3)

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

Figura 4. Determinación de la presión horizontal

A través de este resultado, se puede determinar el valor del empuje activo resultante sobre el elemento:

  =       − 2√   

(4)

Donde H es la altura total del desnivel del suelo. En caso de desplazamiento contra el suelo hasta alcanzar el estado pasivo, se tiene que:

ℎ  = −2 √  

(5)

  =  ( + ∅) 

(6)

  =      + 2 2√   

(7)

Entonces el empuje pasivo esta dado por:

Ya que el terreno esta soportado por varias camadas de gaviones se debe determinar un empuje debido a cada una de ellas, y el empuje total que actúa sobre el elemento es determinado por la suma vectorial de los diferentes empujes. La teoría de Rankine no considera esfuerzos esfuerzos de fricción entre las paredes del muro y el relleno. Por tal motivo, las  presiones activas activas o pasivas calculadas calculadas tiene tienenn una inclinación respecto al paramento paramento de la estructura igual a la inclinación del terraplén. Por lo tanto, si el terraplén es horizontal, las presiones serán también horizontales. Ya que las estructuras son sometidas a diferentes tipos de fuerzas, se debe tener en cuenta las verificaciones del muro, que están dadas principalmente por 5:

 ∑ 

  Por Volteo -  = ∑   

•



 ∑ 

  Por deslizamiento -  = ∑   

•



    Por capacidad portante -  =    

•



Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 4

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

III.

CASOS ESTUDIADOS

PROCESO CONSTRUCTIVO El procedimiento para el armado de un gavión se tomará en base al proyecto de construcción de un muro de gaviones de 960 m3 realizado por Rafael Piñar Venegas (2008) en Costa Rica. Los pasos a seguir se muestran a continuación: Primero, se traza una línea con estacas a cierta distancia por donde se realizará la excavación.. Luego, se procede a excavar realizando 6 tramos de diferentes llongitudes excavación ongitudes con diferentes medidas. Después de ello, se coloca un material en la base para mejorar las  propiedades de esta. Seguidamente, Se coloca los cajones en la zona a construir y se  procede a unir mediante un alambre. Posteriormente, se utiliza material de canto rodado de diferentes tamaños para llenar los gaviones y así disminuir la cantidad de vacíos y aumentar su capacidad resistente. Una vez finalizada el llenado de gaviones, se procede a llenar y compactar con el relleno el espacio libre que hay entre el muro y la excavación.

Figura 5. Proceso constructivo de un gavión Fuente: Piñar (2008)

OBRAS REALIZADAS Una de las obras realizadas en nuestro país es la construcción de los más de 2mil metros lineales de muros gaviones en las orillas del río Chillón. La obra tuvo una inversión de 9 millones 226 mil soles aproximadamente. La población beneficiada son los asentamientos humanos Villa Florida, Residencial Los Sauces, Los Ficus de Chillón, Fortaleza Kuelap, La Ensenada, entre otros.

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 5

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

Figura 6. Construcción de gaviones en el rio Chillón Fuente: Municipalidad de Puente Piedra

Otra obra realizada es en la ribera de río Grande en el sector Chillo para evitar el arrastre de las tierras agrícolas que se encuentran en el lugar, esta tiene ti ene una longitud de 300 metros lineales de gavión.

Figura 7. Construcción de gaviones en río Grande Fuente: Diario la opinión

Otro caso similar, es en el distrito de Raymondi, provincia de Atalaya  –  Ucayali  Ucayali con la construcción de 805 metros lineales de muro de gaviones entre el puente de la calle Teniente Mejía hasta el puente de la calle Rivas Araoz cuya obra costó más de 4 millones de soles. El objetivo del proyecto es de evitar la socavación y posibles inundaciones

Figura 8. Construcción de gaviones en quebrada Campo Plata Fuente: Diario Gaceta Ucayalina

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 6

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

IV.

ANAL ISIS PARAMÉTRICOS

MUROS DE SUELOS REFORZADO (GAVIONES)

Figura 9. Diseño de muro de gavión en el programa Geo5. 

Características del material para el gavión. Carga = 30 KN/m2; ∝= 30°  Sismo:   Kh = 0.11 Kv = 0.30 - 

-

Características del material que soporta.

Características del suelo

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 7

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

VERIFICACION DE EQUILIBRIO

Figura 10. Diseño de muro de gavión en el programa Geo5. 

Verificación del muro completo

  Verificación de la estabilidad de vuelco  Momento estabilizador  = 763.25    •

Momento de vuelco

 = 314.44   

Factor de seguridad = 2.43 > 1.50  muro para vuelco es satisfactorio   Verificación del deslizamiento  Fuerza horizontal resistente  = 291.75    •



Fuerza horizontal activa  = 134.10   

Factor de seguridad = 2.18 > 1.50 

muro para deslizamiento es satisfactorio

VERIFICACION DE CAPACIDAD PORTANTE

Tabla N°1.Carga de diseño actuando en el centro del fondo de la zapata 

 Nro. 1

Momento [kN/m] 81.28

Fuerza Resistencia al  Normal corte [kN/m] 212.03

[kN/m] 134.10

Excentricidad

Tensión

[  –  – ] 0.077

[kPa] 50.09

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 8

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

Tabla N°2. Carga de servicio actuando en el centro del fondo de la zapata

 Nro. 1

Momento [kN/m] 81.28

Fuerza Normal [kN/m] 212.03

Resistencia al corte [kN/m] 134.10

  Verificación de excentricidad Max. Excentricidad de fuerza normal •

 = 0.077  Max. Excentricidad permitida  = 0.333  Max. Tensión en el fondo del gabion = 61.91   Capacidad portante del terreno = 500.00  = 8.08 > 1.50  Factor de seguridad (capacidad portante es satisfactorio) VERIFICACION DEL MURO

Verificación de la junta constructiva sobre el bloque Nro 1:

Figura 11. Diseño de muro de gavión en el programa Geo5. –  bloque  bloque N°1

  Verificación de la estabilidad de vuelco  Momento estabilizador  = 436.55    •

 Momento de vuelco  = 155.33   

Factor de seguridad = 2.81 > 1.50  satisfactorio

conjunto para estabilidad de vuelco es

  Verificación del deslizamiento  Fuerza horizontal resistente  = 301.25    •



Fuerza horizontal activa  = 85.03    Factor de seguridad = 3.54 > 1.50 

junta para deslizamiento es satisfactorio

Máxima presión en la base del bloque Valor promedio de la presión en el frente Resistencia al corte transmitido por fricción

= 45/  = 2.87/  = 302.68/ 302.68/ 

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 9

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

  Capacidad portante contra presión transversal 

•

Capacidad portante de la junta= 45/ 

= 1.44/  Factor de seguridad= 31.3 > 1.5  (satisfactoria ) Cálculo de estado de tensión

  Comprobar la diaclasa entre bloques

•

Malla de la capacidad port. del material= 45/ 

= 1.44/  Factor de seguridad= 31.3 > 1.5  (junta entre bloques satisfactoria ) Cálculo de estado de tensión

Verificación de la junta constructiva sobre el bloque Nro 2:

Figura 11. Diseño de muro de gavión en el programa Geo5. –  bloque  bloque N°2  

  Verificación de la estabilidad de vuelco  Momento estabilizador  = 193.02    •

 = 62.72    Factor de seguridad = 3.08 > 1.50  conjunto para estabilidad vuelco es

Momento de vuelco

satisfactorio   Verificación del deslizamiento  Fuerza horizontal resistente  = 212.26    •



Fuerza horizontal activa  = 50.68    Factor de seguridad = 4.19 > 1.50 

junta para deslizamiento es satisfactorio

Máxima presión en la base del bloque= 39.85/ 39.85/  Valor promedio de la presión en el frente Resistencia al corte transmitido por fricción

= 2.87/  = 219.22/ 219.22/ 

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 10

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

  Capacidad portante contra presión transversal 

•

Capacidad portante de la junta= 45/ 

= 1.44/  Factor de seguridad= 31.3 > 1.5  satisfactoria Cálculo de estado de tensión

  Comprobar la diaclasa entre bloques

•

Malla de la capacidad port. del material= 45/ 

= 1.44/  Factor de seguridad= 31.3 > 1.5  junta entre bloques satisfactoria Cálculo de estado de tensión

Verificación de la junta constructiva sobre el bloque Nro 3:

Figura 11. Diseño de muro de gavión en el programa Geo5. –  bloque  bloque N°3

 

  Verificación de la estabilidad de vuelco  Momento estabilizador  = 61.92    •

 = 21.40  Factor de seguridad = 2.89 > 1.50 

Momento de vuelco

(conjunto para estabilidad vuelco es

satisfactorio)

  Verificación del deslizamiento  Fuerza horizontal resistente  = 124.67    •



Fuerza horizontal activa  = 25.17    Factor de seguridad = 4.95 > 1.50 

junta para deslizamiento es satisfactorio

32.20/  Máxima presión en la base del bloque= 32.20/ = 2.87/  Resistencia al corte transmitido por fricción = 139.66/  Valor promedio de la presión en el frente

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 11

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

  Capacidad portante contra presión transversal 

•

Capacidad portante de la junta= 45/ 

= 1.44/  Factor de seguridad= 31.3 > 1.5  satisfactoria Cálculo de estado de tensión

  Comprobar la diaclasa entre bloques

•

Malla de la capacidad port. del material= 45/ 

= 1.44/  Factor de seguridad= 31.3 > 1.5  (junta entre bloques satisfactoria) Cálculo de estado de tensión

Verificación de la junta constructiva sobre el bloque Nro 4:

Figura 11. Diseño de muro de gavión en el programa Geo5. –  bloque  bloque N°4

    Verificación de la estabilidad de vuelco  Momento estabilizador  = 9.17    •

 = 3.77  Factor de seguridad = 2.43 > 1.50  Momento de vuelco

(conjunto para estabilidad vuelco es satisfactorio)

  Verificación del deslizamiento  Fuerza horizontal resistente  = 47.56    •



Fuerza horizontal activa  = 8.24    Factor de seguridad = 5.78 > 1.50 

(junta para deslizamiento es satisfactorio)

= 27.46/  Valor promedio de la presión en el frente = 2.87/  Resistencia al corte transmitido por fricción = 66.63/  Máxima presión en la base del bloque

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 12

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

  Capacidad portante contra presión transversal 

•

Capacidad portante de la junta Cálculo de estado de tensión Factor de seguridad

= 45/  = 1.44/  = 31.3 > 1.5 satisfactoria

  Comprobar la diaclasa entre bloques

•

Cálculo de estado de tensión

= 45/  = 1.44/ 

Factor de seguridad= 31.3 > 1.5 

(junta entre bloques satisfactoria)

Malla de la capacidad port. del material

Tabla N° 3. Cuadro comparativo de diseño de gaviones con diferentes características. 

FS DESCRIPCION DESLIZAMIENTO (>1.5) Muro de 5m Muro de 6m Carga distribuida Sismo Sismo+carga

V.

14.13 13.86 6.63 3.99 2.81

FS VUELCO (>1.5)

FS CAPACIDAD PARTANTE (>1.5)

845 7.57 4.75 3.33 2.27

12.84 10.99 12.65 16.39 11.96

CONCLUSIONES

  Para un muro de gaviones se debe verificar que este cumpla por desplazamiento,

•

vuelco y capacidad portante un factor deelseguridad mínimo 1.5. Para este informe se diseñó un superando gavión suponiendo caso más críticodedonde se consideró carga distribuida, nivel freático y sismo, para lo cual nuestro gavión resistió favorablemente y su diseño cumple con lo especificado especificado..   Al modificar la altura del gavión se observa que para las mismas condiciones el factor de seguridad tiene un comportamiento inversamente proporcional a su altura, ya que al aumentar esta el FS disminuye.   Para un gavión de 5m de altura que solo tiene que soportar su propio peso y el  peso del relleno el factor de seguridad es el mayor posible, cuyo valor para el desplazamiento desplazamien to es de 13.86, para el vuelco es de 8.45 y para la capacidad portante es de 12.84.

•

•

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 13

 

Universidad San Ignacio de Loyola - USIL Lima, Perú, Semestre I, 2018 Cimentaciones Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones

VI.

BIBLIOGRAFÍA

[1] Maccaferri America Latina, “Obras de Contención, Manual Técnico ”, Autor: Prof. Dr. Persio Leister de Almeida Barros, Coautores; Ing. Gerardo Fracassi, Ing. Jaime da Silva Duran, Ing. Alexandre Marcos Texeira. 2002. [2] Jara M. Gonzalo A., “ Estudio de la aplicabilidad de materiales compuestos al diseño de estructuras de contención de tierras y su interacción con el terreno,  para su empleo en obras de infraestructura viaria”. Tesis de Doctorado ante la

Universidad Politécnica de Madrid, E. T. S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Departamento de Ingeniería y Morfología del Terreno, Madrid 2008. [3] Piñar R, “ Proyecto de construcción de un muro de gaviones de 960 m3 m3” ” Tesis de Licenciatura ante el Instituto Tecnológico de Costa Rica, 2008. [4] Tapia, M. “Diseño Geotécnico” Instituto Tecnológico de Costa Rica, 2008. [5] Bowles, J.E.”Foundation Analysis  Analysis and Design” McGraw Hill., 1997. [6]. Municipalidad de Puente Piedra. (2017).  Aceleran construcción construcción de muro de gaviones en el río Chillón.

Recuperado de  de http://www.munipuentepie http://www.munipuentepiedra.gob.pe dra.gob.pe [7]. Bautista, B. (19 de marzo de 2018). Construyen trescientos metros lineales de gaviones en la ribera del Rio Grande.   La opinión. Recuperado de https://laopinion.pe/ [8]. Montalvo, J. (17 de abril de 2018). Finalizan construcción de gaviones en quebrada Campo Plata. Gaceta Ucayalina. Recuperado de https://www.gacetaucayalina.com/

Grupo: 8 –  Muro  Muro de suelo reforzado con gaviones - 14