SISTEMAS DE REFUERZO EN TALUDES y MME SOBRE UN SUELO FIRME

 

APLICACIONES DE UN SISTEMA DE REFUERZO EN TALUD SEMI-VERTICAL

 

Los Taludes son estructuras localizadas adyacentemente de las carreteras y a lo largo de la periferia de sitios en construcción. Estas áreas deben estar sobre el terreno existente o sobre el nivel de desplante, regularmente haciendo cambios significativos en los bordes de las excavaciones. La factibilidad económica al construir alguna carretera en partícular o el desarrollo de una parcela de tierra, puede ser determinada al lograr una planicie suficiente para satisfacer el espacio de seguridad o los requerimientos de acceso.  Los Taludes semi-verticales con refuerzo proveen un costo-beneficio más rentable al alcanzar cambios de inclinacion más efectivos que los posibles con taludes sin refuerzo.

 

DETALLES DE UN SISTEMA DE REFUERZO EN TALUDES

 

Información general: Los taludes reforzados con geosintéticos son estructuras de suelo construidas con ángulos de inclinacion de hasta 70° de la horizontal. Los taludes típicos sin reforzar estan limitados a ángulos de inclinación entre los 25° y 30° o menos, dependiendo del tipo de suelo. La inclinación adicional provista por el refuerzo minimiza la extensión en que la estructura cambia, es decir, que los taludes o muros deben invadir solamente el derecho de vía.

 

 

Componentes del sistema: Como los taludes convencionales, los reforzados son construidos compactando el suelo en capas, al mismo tiempo que se van colocando más atrás las capas subsecuentes hasta crear el ángulo deseado. A continuación, la superficie espuesta del talud es protegida contra erosión con vegetación o algún otro medio que cumpla con la función. Los elementos geosintéticos adicionales pueden ser incorporados en los taludes reforzados para minimizar la presión del agua y para mejorar la estabilidad y la resistencia a la erosión. Los componentes siguientes son típicos de un talud reforzado con geosintéticos:

 

·  Cimentación: Suelo estable o capa de material granular dónde el talud es construido. La estabilidad de la cimentación es asumida.

·       Suelo de Retención: El suelo que permanece en su lugar más allá de los límites de excavación.

·   Drenaje: El drenaje con Geosintético es instalado en los límites de la zona con el suelo reforzado para poder controlar, colectar y crear una ruta para la filtración del agua.

·    Suelo reforzado: Se trata del suelo que es colocado en forma ascendente adyacentemente al suelo retenido e incorpora capas horizontales de refuerzo para crear las estructuras inclinadas.

·  Refuerzo principal: Geosintéticos, ya sean Geomallas o Geotextiles con suficiente resistencia y módulos compatibles al suelo, colocados horizontalmente dentro del talud para proveer fuerzas tensionantes que resisten inestabilidad.

·       Refuerzo secundario: Geosintético, ya sean Geomallas o Geotextiles que son usados para estabilizar localmente la cara del talud durante y posterior a la construcción del talud.

 

 

CONSIDERACIONES DE DISEÑO ESPECÍFICAS PARA EL SITIO

 

Geometría del Talud: La inclinación real requerida para el Talud resultará de la configuracion del sitio y será determinada por medio de estudios topográficos relacionando el punto más bajo de la zona de desplante con el punto más alto de la misma. El grado o inclinación del Talud así como su altura generalmente variará a lo largo del alineamiento, requiriendo así que el diseñador elija una superficie razonable, representativa se las secciones transversales para el diseño de refuerzo. En la selección del ángulo β y la altura H, se deberá considerar que los ángulos de inclinación no serán mayores a 70° y las alturas se limitarán por las consideraciones que se tengan en cuanto a superficie de agua.

 

Condiciones de cimentación: El análisis de estabilidad generalmente asume que la cimentación es firme, es decir fuerte y estable, relativa al material de relleno del talud y así las fallas por asentamiento no son una preocupación. Aun así, el diseñador debe evaluar las condiciones del suelo de soporte para un talud de refuerzo propuesto, asegurando que el plano de falla no sea propenso a llegar a la cimentación. Se deben hacer pruebas de capacidad de carga para estimar la resistencia del subsuelo y para localizar fallas geológicas y nivel de aguas freáticas.

 

Presencia de agua: El agua subterránea es una fuente potencial de problemas para las estructuras del suelo. La filtración inesperada puede alterar las propiedades del relleno de cimentación, causar erosión interna, puede incluso “dibujar” superficies potenciales de falla o incrementar las cargas horizontales y verticales. Todas estas condiciones pueden ser disminuidas al identificar el nivel de aguas freáticas, controlando así la filtracion que producen y diseñando con respecto a las condiciones que se tienen del suelo. Cuando sea posible, el nivel de aguas freáticas debe ser matenida debajo del nivel de desplante de la cimentación.

 

Relleno: Los Taludes reforzados pueden ser construidos de una amplia variedad de suelos. Esto a menudo permite que el material del sitio se use, minimizando la necesidad de transportar el material dentro y fuera del lugar. Los materiales para relleno convenientes son predominantemente granulares o suelos finos de baja plasticidad. Las propiedades de estos materiales deben ser obtenidas de pruebas en laboratorios. La selección de propiedades del suelo para uso en el diseño se discuten más adelante.

 

Sobrecarga: Cargas adicionales horizontales y verticlaes son aplicadas a los sistemas de refuerzo en taludes por cualquier sobrecarga. Estas cargas pueden ser resultado de estructuras, vehículos o incluso masas de suelo adicionales. Las sobrecargas aplicadas deben ser distribuidas dentro de cargas horizontales y verticales con fuerzas correspondientes sobre el sistema de refuerzo. Una forma de hacer esto es transformar la carga “q” en una capa adicional de suelo equivalente a q / .

 

Otras cargas externas: Otras cargas externas aplicadas como son las cargas puntuales o cargas hidrostáticas están fuera del alcance de este documento, pero deben ser tratadas por el diseñador si dichas cargas estas presentes.

 

PROPIEDADES DE SUELO DE RELLENO Y GEOSINTÉTICO DE REFUERZO

 

Selección del material: Cada tipo de material de relleno desarrollará propiedades únicas de  resistencia e interacción de refuerzo bajo las condiciones de compactación y mezcla del suelo. Por lo tanto, el costo-beneficio de un Talud reforzado puede ser afectado por el relleno y el tipo seleccionado de refuerzo. Es necesaria una rigurosa evaluación del material potencial de relleno y el material de refuerzo para identificar la mejor combinación posible.

 

Propiedades del Suelo: El equilibrio crítico para talúdes reforzados con alto grado de inclinación es gobernado usualmente por condiciones de estabilidad a largo plazo. La resistencia del suelo es por lo tanto descrita en términos propios de peso volémetrico máximo ( _máx), ángulo de fricción interna y cohesión efectiva (c). Estas propiedades son usadas para determinar la estabilidad de las capas del suelo bajo las cargas de diseño. 

 

Las propiedades del suelo usadas en el diseño de estabilización de taludes deben reflejar las condiciones del sitio. La cohesión del suelo es regularmente no contemplada lo que resulta en un diseño conservador. La colocación controlada del relleno y la flexibilidad de la estructura final generalmente asegura una condición drenada y capaz de soportar grandes esfuerzos. La resistencia del sueli es propiamente descrita ya sea por una capacidad portante alta o un factor pico efectivo de ángulo de fricción. El factor de ángulo de fricción se calcula usando la ecuación 1.

 

Refuerzo con Geosintético: Este tipo de refuerzo, es decir, geomallas o geotextiles, usado en taludes debe satisfacer ambos requerimientos de resistencia y interacción del suelo. El requerimiento respecto a la resistencia se enfoca en esfuerzos de diseño a largo tiempo del material de refuerzo. Las propiedades de interacción del suelo incluyen coeficientes de desplazamiento (C_ds) y pullout (C_I).

 

Propiedades de refuerzo: Para estructuras con suelo reforzado es importante que dicho refuerzo sea compatible con el material. Esto significa que la resistencia de diseño a largo plazo debe ser la óptima en un nivel deformación total (elasticidad + fluencia) correspondiente a una adecuación de la deformación y la resistencia del suelo. Para la mayoría de suelos la deformación en el esfuerzo pico está entre el 3% y el 10% y es facilmente determinada en las pruebas de laboratorio. Como resultado, una deformación total no mayor al 10% es comunmente utilizada para taludes semi-verticales, aunque una deformación limitada del 5% puede ser apropiada si existen estructuras sensibles adyacentes al talud.

 

La resistencia de diseño a largo tiempo (LTDS) de un refuerzo es determinada aplicando factores de seguridad parciales a la resistencia última a tensión. Estos factores de seguridad parciales cuentan para el arrastre, durabilidad química y biológica y daño en la instalción. 

 

Tadm LTDS = Tult /( RFd * RFcr*RFid)

 

 

Donde:

T_ult = resistencia última a tensión en el ancho

RF_d = factor de reducción por durabilidad

RF_cr = factor de reducción por deformación de arrastre

RF_Id = factor de reducción por daño en instalación

 

Propiedades de interacción del Suelo: El coeficiente de desplazamiento directo, C_ds y la interacción del coeficiente de pullout, C_I, son parámetros de interacción entre el geosintético y el suelo, ambos determinados mediante pruebas de laboratoria. El valor C_ds es usado para el cálculo de factores de seguridad involucrando un bloque de suelo en desplazamiento sobre una capa de geosintético. En contraste, el valor C_I es utilizado para determinar la longitud del geosintético el cuál se debe extender más allá de la superficie crítica de falla para que pueda actuar por completo o para que se ancle el refuerzo.

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