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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN

CONSTRUCCIÓN DE UN MURO MECÁNICAMENTE ESTABILIZADO CON EL PROCESO DE TIERRA ARMADA

T E S I S Que para obtener el titulo de: Licenciatura en Ingeniería de Construcción P R E S E N T A Rubén Ostos Ramos

Asesor Ing. Celso Barrera Chávez

Estudios con reconocimiento de validez oficial de la Secretaría de Educación Pública con forme al acuerdo 952359 de fecha 15 de Noviembre de 1995.

3 de Noviembre de 2004

INATITUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN

AGRADECIMIENTOS

d mi 9apaz aunque tejo» e»ta6a», todo tu apoyo-, tu» eoiuejo» utucoxaaón eótaáan con migo. Se quieto mucho

CLmiManuuSe* tu,hijae» el nególo moa gxande que3)¡o» me pudo ñahet dado, y. que din ti no seria lo que toa añona. Se amo mucho.

(I Enrique: Su ene» aquel que ¿lego a mi oída pata auudaxme, apouanme u fúndanme todo de ti »in pedUnadaaeamáio. Se. quieto mucho.

INAT1TUT0 TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN

d mió UOÓ y aa: (Stacía. Cecilia. Moisés, Sennando. ¡Hécta*yCbuuxa): Soy paste de cada. una de. ustedes, SUA sueñas, eópetanzas y feticidadea. Su apoya y dedicación a mi oída loó nace únicoó en el mundo, QJUvta que con »u wópectuta paxeja £00 quiete mucho ¿u ñexmanito.

(L mió tútó y aa: ( £aa. Clima. £upe. Statexta. Ol&exto. Conloó): loa empujones na son pata maleóla*, ai na pasa óacat a obla adelante y eao ustedes la daten nace* muy. Sien, continúen empujando a la gente taxde o tempsana ettoó »e la» agnadecesán coma ya la naga a nana. S)eóde la moa alta *e que me mandad un a&uua y un teoa tía (Maxtha, +) £00 quiexa mucho.


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

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

CL mi netmanita Jaseline: pequeña etes tu, pena y a mi tuda (léaoste can mucha felicidad. Cuídate mucha Mexmanita ffe quieta mucha.


Q. toda» agüeite» que ñiciexon que la datatla te aanaxa y. que tin »u» conocimiento» y cavteccione» no oStendxtd la aictaxia. d u»tede» Jnaeniexa» (jxacia».

OL mi atesó* el 3na. Cefoar que puso- »u» conocimiento» y todo, ML conpanza en mi pana tealiza*. ate Uaéaja. Su tUmpa y dedicación fuexon muy. íien apnoeecnado». Qtada».

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


CU amo* de mi vida; tu ptetencia, cuidada, caxiaa., comp*enti6n y todo- tu ama*, tot putitte en mi datante todo. ette tiempo, et cual homSxo. a fiomixo y co*aeón a calazón combatíate a mi lado, ÍBendao- el día en que tlegatte a mi todo y bendito- Dios quien te puto en mi camino.

Si talo eeá&te una oída en ette mundo la quieto- OUWÍ solamente con tigo JVadia.

Caminado pe* la playa i6a platicando con el teño* y me dijo que tiempte caminada a mi lado y nunca me dejaua tolo y. en un momento difícil que patata nada mu» te. mixaéan un pan, de huella» y después le dije al teño* po*que me dejaste 00I0 en ese momento- tan difícil u el me teapandíó que no me dejo «alo en ningún momento y, ¿i tolo Había un pax de ñutüas exan la» de el quien me estaba caxaando en tu» bxazos.

3>J0S

TEMA: CONSTRUCCIÓN DE UN MURO MECÁNICAMENTE ESTABILIZADO CON EL PROCESO DE TIERRA ARMADA.

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

ÍNDICE: (10)

FUENTES: „ (12)

INTRODUCCIÓN „ (13)

JUSTIFICACIÓN: (14)

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

1.1 Investigaciones sobre tierra armada y conceptos básicos. 1.2 Comportamiento de la tierra armada y sus métodos de diseño. 1.3 Análisis y diseño de la tierra armada. 1.4 Muros de retención.

C A P I T U L O I I USOS Y APLICACIONES DE LA TIERRA

ARMADA EN EL MUNDO „ (42)

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

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

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

3.2 Características y selección del material de relleno. 3.3 Descarga y acopio de armaduras así como de las escamas. 3.4 Preparación del terreno y colocación de la regla de cimentación. 3.5 Colocación y nivelación de la primera y segunda fila de escamas,

asi como el terraplenado y él tendido las armaduras.

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

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

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

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

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

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

CONCLUSIONES: (109)

12-


FUENTES

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

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

Terre Armée Internationale. GROUPE TAI. Paris

Tierra Armada y Freyssinet de México. MUROS DE CONTENCIÓN MECÁNICAMENTE ESTABILIZADOS. México

Baraja M. Das (Tr. De la Cera Alonso José) PRINCIPIOS DE INGENIERÍA DE CIMENTACIONES ED. International Thomson Editores México, 1999

Ing. Celso Barrera Chávez TIERRA ARMADA Apuntes México, 2004

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INATTTUTO TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

A lo largo de la historia de la construcción se ha tenido la necesidad de construir muros de contención, que en tiempos remotos, fueron hechos por primera vez de manipostería, es decir, hechos con piedra que se encontraba en la región y unida con algún tipo de cementante que era básicamente tierra con agua, es decir lodo; Así, el hombre en su afán de mejorar las cosas fue encontrando materiales pétreos como la caliza que es la materia prima para la fabricación del cemento que al ser combinado con otros materiales como la arena, que es el mortero y esta es una mezcla muy rígida, así posteriormente los muros fueron hechos de concreto armado, es decir, una nueva mezcla mas resistente hecha de arena, grava, cemento, agua y reforzada con acero. Sin embargo, la construcción de este tipo de muros nos lleva a tener ciertos problemas como la dificultad de construir muros con alturas superiores a los 3 mts. , un área de trabajo demasiado grande, el tiempo de construcción, el desperdicio de materiales, así como el costo tan elevado que implica su construcción.

En la actualidad la necesidad de construir muros de contención que presenten mayor altura, rapidez de ejecución, costos menores y que ocupen menos área de trabajo, nos lleva a buscar nuevas técnicas y tecnologías de construcción; y esta necesidad lleva a la idea de construir un "muro armado". El origen de la idea de los muros de tierra armada nace hace treinta años en Francia, con un hombre llamado Henri Vidal quien al estar en la playa descansando, comenzó a jugar con ramas que encontró sobre la arena y construyo un montículo intercalando capas de arena con capas de ramas y así continuo, después de terminar su montículo se recargo en el y se dio cuenta de que este no se desbarataba y llego a la conclusión de que la fuerza del montículo es gracias a la fricción que ejerce la arena contra las ramas.

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

A través del paso del tiempo se han encontrado diferentes aplicaciones de este sistema pero, principalmente fue en el área de construcción donde tuvo su mayor éxito al aplicarla en la construcción de muros de contención, muros para desplantar construcciones en laderas, muros de presas, carreteras, construcciones industriales, vías ferroviarias y estribos de puentes, entre otras aplicaciones.

Lo presentado en este trabajo se enfocara en los procesos constructivos de los muros mecánicamente estabilizados con el proceso de tierra armada, así como su aplicación en diferentes áreas de la construcción y la comparación que existe con la construcción de un muro de concreto armado.

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

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JUSTIFICACIÓN

En México, dentro del área de la construcción, se ha venido implementando en la casi totalidad de sus obras el uso de concreto armado para muros de retensión.

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

Es por esto que en el marco del estudio de la Ingeniería de la Construcción, surge la preocupación de encontrar otro tipo de soluciones y tecnologías innovadoras probadas ya en otras partes del mundo, para así, hacer más costeable una obra y de mayor facilidad y rapidez de ejecución.

De esta manera quiero dar a conocer de forma más amplía el proceso de construcción de tierra armada así como su implementación en área de la ingeniería.

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

CAPlfuLO|

HISTORIA DE LA TIERRA ARMADA EN FRANCIA Y ALGUNOS CONCEPTOS BÁSICOS

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1.1 Investigaciones sobre tierra armada y conceptos básicos

ANTECEDENTES

El 14 de marzo de 1965 Henri Vidal, quien fue el inventor de la tecnología de Tierra Armada", impartió por primera vez una conferencia sobre esta tecnología, y es para esa fecha que solo existía una estructura hecha con esta tecnología y que era el muro de Pragnéra y que fue construido en el año de 1964.

Es en el año de 1966 en el Laboratoire Central des Ponte et Chaussées quien se empezó a interesar por la tecnología de Tierra Armada y fue hasta principios de 1967 cuando llevo a cabo sus primeras investigaciones para verificar los métodos empleados en el diseño de los muros de Tierra Armada, usando modelos bidimensionales con cilindros de acero que hacían del suelo.

Los Ingenieros del laboratorio citado anteriormente, tomaron parte en el área geotécnica para la construcción de una carretera al sur de Francia en el poblado de Niza, en donde pasaría por una zona montañosa y donde tenían inseguridad en la construcción de terraplenes demasiado altos e inestables y fue que pensaron en la idea de usar la tecnología de Tierra Armada debido a su flexibilidad.

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

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

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CONCEPTOS BÁSICOS Y CARACTERÍSTICAS ESENCIALES DE LA TIERRA ARMADA.

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

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

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

Fig. No. 1 Sección típica de un muro de tierra armada.

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

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

ESSS


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

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

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

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EL PRINCIPIO DE LA TIERRA ARMADA

La tierra armada es una asociación de tierra y elementos lineales capaces de soportar fuerzas de tensión importantes; estos últimos elementos suelen ser tiras de acero galvanizado o de plástico, la fuerza de tensión desarrollada dentro de la masa de suelo se transmite a los refuerzos de acero por medio de la fricción que este ejerce. Los refuerzos son puestos a trabajar por las fuerzas de tensión ejercidas por el suelo, este conjunto se comporta como si tuviera a lo largo de su dirección de los refuerzos una cohesión proporcional.

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

di

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

ttttttttt a

Fuerzas de tensión en la tira

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

l Tira de refuerzo

Fig. No. 1 Variación de las fuerzas de tensión en el refuerzo y de los refuerzos cortantes

aplicados al refuerzo.

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

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

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

t / a < f (o , Dr, p )

donde: Dr = compacidad relativa del suelo. P = coeficiente de grado de rugosidad de la superficie del refuerzo.

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

man

t t t t t t t a) SIMÉTRICO. Prueba de compresión realizada en un muro de tierra armada.

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

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PRUEBAS DE MUROS EN MODELOS A ESCALA REDUCIDA

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

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

1.) que los materiales y su construcción resultaban más baratos que los hechos de dimensiones naturales.

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

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

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

Fig. No. 2 Modelo bidimensional

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

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

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

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

= H0 + — — K*y*AH

Donde:

Hmax = altura critica del muro en la falla.

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

Y = peso volumétrico del suelo reforzado.

AH = separación vertical entre dos tiras de refuerzo.

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

K = coeficiente que depende sobre todo del ángulo de fricción interna (<t>) del material de relleno.

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

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

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

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

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

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

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

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PRUEBAS A ESCALA NATURAL

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

AÑO

1968

1970

1976

NOBRE

INCARVILLE

DUNKERQUE

ANGERS

TIPO

muro de contención

2 muros de

contención para

apoyo de carretera

Terraplén para

puente

REFUERZO

Aluminio

Acero galvanizado

Acero galvanizado

PARAMENTO

Metálico

Metálico

Concreto

LONGITUD

50m

177 m y 230 m

17 m

ALTURA

10m

8.75 m y 7m

6 m

LONGITUD DEL

REFUERZO

10 m

10 m y 15m

7.5 m y 11 m

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

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

A la fecha los métodos adoptados para el diseño interno y para la determinación de las fuerzas máximas de tensión (Tmax) se basa en los resultados experimentales de pruebas a escala natural. En ellos se considera esencialmente el equilibrio de un elemento de suelo alrededor del refuerzo limitado en un extremo por el paramento exterior y en el otro por el lugar geométrico de las fuerzas máximas de tensión. La hipótesis para la formulación de estos métodos, suponen que los esfuerzos cortantes ( r) actuando en el plano horizontal ubicado a la mitad de la distancia entre dos tiras de refuerzo son nulos. De esta hipótesis se desprende la ecuación para obtener las fuerzas máximas de tensión en las tiras de refuerzo (Tmax):

usa


Tmax - K * <TV* AH

Donde:

<r» = esfuerzo normal calculado con la distribución de Meyerhof (considerando los momentos de todas las fuerzas actuando en la porción del muro localizada arriba del refuerzo en cuestión)

K = coeficiente obtenido a partir de ensayes a escala natural, de acuerdo con la siguiente expresión.

Z < Z o ( = 6 m ) K = Ko + (Ko)Z/Zo Z > Zo K = Ka

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1.2 Comportamiento de la tierra armada y sus métodos de diseño.

PROPIEDADES DE LA TIERRA ARMADA

Considerando que la tierra armada es un sistema que posee características propias, y no es nada mas un sistema de anclaje, en el LCPC llevo en el año de 1969 una serie de pruebas triaxiales con especímenes de arena reforzada con placas delgadas de aluminio. En estas pruebas se demostraron los diferentes efectos ocasionados por diferentes factores como son: (la separación de las placas, la resistencia a la tensión de las placas, entre otras.)

Los modelos se reforzaron siguiendo un modelo bidimensional el cual difiere de la tecnología empleada en las estructuras de tierra armada donde sus refuerzos son tiras metálicas angostas. Esta diferencia que se presenta en la rotura de los refuerzos cuando se realiza la prueba no es significativa tanto como los resultados arrojados por deslizamiento de los refuerzos.

Siguiendo este principio y los resultados, varios investigadores hicieron varios experimentos similares como: (Bacot y Lareal, en 1971; y mas adelante lo harían Yang y Singh en 1974.)

Los resultados arrojados en los experimentos fueron sin duda que la presencia de los refuerzos aumenta considerablemente tas propiedades mecánicas de la arena al momento de la falla por ruptura de refuerzos el modelo se comporta como si la arena tuviese cierta cohesión que esta es proporcional a la cantidad de refuerzos existentes y a la resistencia a la tensión que presentan en los mismos refuerzos.

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

C= &*M.

2 Mi

Donde:

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

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

-26- nSHBI


LA FRICCIÓN EJERCIDA EN LA TIERRA ARMADA

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

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

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

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

En los primeros años que se empezaron a construir por primera vez los muros de tierra armada se recomendaba que el material de relleno que se ocupase únicamente material granular como son las arenas y las gravas, con un porcentaje del 15 % máximo en peso del material menor de 80//. En el año de 1978 sé encontró que los diámetros de partículas que separan a los suelos puramente friccionantes están entre 10// y 20//. Por lo tanto las nuevas especificaciones dadas arrojan que el porcentaje de partículas debe de ser menor al 15 % en peso del material de relleno y no debe de tener mas del 15 % en su peso.

De los resultados obtenidos en las pruebas de extracción sé encontró un coeficiente de fricción aparente:

yh

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

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

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

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

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

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ALGUNOS MÉTODOS DE DISEÑO DE TIERRA ARMADA

Durante todo el tiempo que se llevo en la investigación de las estructuras de tierra armada en modelos a escala reducida y en los modelos a escala natural, se llego a la demostración de dos métodos de diseño que son:

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

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

MÉTODO DE ESFUERZOS DE TRABAJO

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

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

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por la capa reforzada y teniendo un limite en el extremo que será de la escama y el otro lado por el lugar geométrico M de las fuerzas de tensión máximas.

Tmá itruut ""• ^ w'

T=0

w//////Ay//////////A TT ' ah

T=0 Tma¡í=—oh

Zona activa Zona resistente

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

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

Tmáx = —OH* oh n

La determinación del valor del esfuerzo horizontal Oh es semiempirica. El esfuerzo Oh es proporcional al esfuerzo vertical o« según:

0h = K o"v

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

Paraz<Zo K = Ko( 1 - z /Zo ) + Kaz/Zo

Para z > Zo K = Ka

Donde:

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

- 2 9 -


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

esta dado por:

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

c -• J JL. i

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

L = Lo + La

Donde:

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

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

El lugar geométrica teórico de las fuerzas de tensión máximas de tensión para muros y estribos para puentes, sé muestra en la Fig. 5

H

L= 0.70 H Fig. 5 Diagrama simplificado del lugar geométrico de las fuerzas máximas de tensión en

un muro.

- 3 0 -


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

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

donde:

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

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

El valor del f * varía en función de la rugosidad de la superficie de las tiras de refuerzo.

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

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

Para z > z „ : f * = tane

Siendo Zo la profundidad critica.

MÉTODO DE LOS PLANOS DE FALLA

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

Cualquier cuña de tierra se analiza a la acción de las siguientes fuerzas:

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

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

través de la plano potencial de falla.

H2I


Fig. 6 Equilibrio de una cuña de falla potencial

Del equilibrio de fuerzas se obtiene:

IT¡ = ( Ph + Qh) + (W + Qv + Pv) tan (6-8J )

Para cada capa de refuerzo, la fuerza Ti se considera igual al valor mínimo ya sea de la resistencia a la tensión del refuerzo o de su resistencia a la extracción, que este es dividido por un cierto factor de seguridad:

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

donde:

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

Con este método es posible verificar la estabilidad de las distintas cuñas limitadas por los planos potenciales de falla considerados, así como el diseño del numero de tiras por metro lineal y la longitud de las mismas.

- 3 2 -


1.3 Análisis y diseño de la tierra armada

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

1.- las zonas de los empujes activo y pasivo, definidas como el lugar geométrico de las fuerzas de tensión máximas.

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

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

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

Fig. 7 geometría y fuerzas consideradas en el diseño de un muro de tierra armada

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

- 3 3 -


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

av = B-2e

donde:

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

Dada por:

IMo B e = < —

V 6

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

Donde:

b = ancho de la tira. H = la profundidad de la tira en cuestión. Y = peso efectivo volumétrico del relleno. o h = K o» Atabiero = área de cada escama exterior. N = numero de refuerzos por cada tablero.

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

El área de la sección transversal del acero en la escama del muro se toma como el área total de la sección transversal del refuerzo menos el área del barreno de anclaje, descontando un cierto margen de la corrosión. El barreno se usa en cada extremo para fijarla al conectar de la escama; la condición en la que hay una reducción de área por el barreno, es mas critica que en aquellos tugares donde las fuerzas de tensión en las tiras son máximas.

EGB1 -34- n s m i


DISEÑO SÍSMICO DE LOS MUROS DE TIERRA ARMADA

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

H /2

H/2

0.3 H H H

W

sobrecarga w s v

B > 0.7 H

W = —x0.3H + -x~x03H 2 2 2

y = 0.225?í72

g

Condición de carga para análisis de adherencia y estabilidad.

Fig. 8 análisis simplificado para diseño sísmico

Donde:

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

- 3 5 -


INTERACCIÓN DEL SUELO CON EL REFUERZO

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

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

Se espera que en cada parte de la corrugación se formen pequeñas zonas de falla por empuje pasivo que se agregan a la fricción por deslizamiento desarrollada entre la parte del suelo y el área lisa de las tiras.

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

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

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

- 3 6 -


1.4 Muros de contención

1. INTRODUCCIÓN

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

A través del tiempo se han usado estas estructuras como elementos de contención. El carácter fundamental de los muros es el de servir de elemento de contención de un terreno, que en unas ocasiones es un terreno natural y en otras un relleno artificial. En esta situación, el cuerpo del muro trabaja esencialmente a flexión y la compresión vertical debida a su propio peso es generalmente despreciable. Sin embargo, en ocasiones el muro desempeña una segunda misión que es la de transmitir cargas verticales al terreno, desempeñando una función de cimiento.

2. USOS DE LOS MUROS DE RETENCIÓN

Los usos comunes de los muros de contención se ilustran en la parte de abajo.

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

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

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

4 MUKO BCMMADOn W i n TMANSICIOM CMTMK *

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

Nomenclatura y usos comunes de muros de retención

-37-


3. CLASIFICACIÓN DE LOS MUROS DE RETENCIÓN

En general, los muros de retención se clasifican en: - Convencionales: gravedad, semigravedad, voladizo - Muros de tierra y estabilizados mecánicamente: cribas, gaviones, celdas con geotextiles

Se presenta una clasificación de los muros convencionales.

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

Tipos de muros de Retención

K 9 9 M -38- HSSHH


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

Los muros de semigravedad son similares a los de gravedad pero con una pequeña cantidad de acero, minimizando así el tamaño de las secciones del muro.

Los muros en voladizo: están hechos de concreto reforzado y constan de un tallo delgado y una losa de base. Este tipo es económico hasta una altura aproximada de 8m (25 pies).

Los muros con contrafuertes: son similares a los muros en voladizo. Sin embargo, a intervalos regulares éstos tienen losas delgadas de concreto conocidas como contrafuertes que conectan entre sí el muro con la losa de la base. El propósito de los contrafuertes es reducir la fuerza cortante y los momentos flexionantes.

4. FALLAS COMUNES EN MUROS DE CONTENCIÓN

Las fallas comunes que pueden presentarse en los muros de retención se ilustran en el siguiente esquema.

C) FALLA PROFUNDA POR CORTANTE e) ASENTAMIENTO

Fallas comunes en muros de contención

l E O f l -39- M W


5. DRENAJE DE MUROS DE RETENCIÓN

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

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

DRENANTE

c) ORENES CONTINUOS d) CAPA CONTINUA

e) OREN INCLINADO f ) DISPOSICIÓN CONTRA 9) RELLENO EXPANSIVO CONGELACIÓN.

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

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

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

- 4 0 -


6. FUERZAS QUE ACTÚAN EN UN MURO DE RETENCIÓN

Las fuerzas que actúan sobre un muro de contención y que deben ser tomadas en cuenta en el análisis de estabilidad son en general.

Fuerzas principales que actúan sobre un muro de retención

a) Peso propio del muro (W = W^Wz+Wj+.-.+W,,) b) La presión (E) del relleno contra el respaldo del muro c) La componente (UV) normal de las presiones en la cimentación d) La componente (GH) horizontal de las presiones en la cimentación e) La presión (E') de la tierra frente del muro.

f) Fuerzas de puente, si el muro forma parte de un estribo de puente. g) Las sobrecargas actuantes sobre el relleno, usualmente uniformemente distribuidas o lineales h) Las fuerzas de filtración y otras debidas al agua i) Las subpresiones. j) Vibración k) Fuerzas ambientales I) Los temblores m) Las expansiones debidas al cambio de humedad en el relleno.

EI29 -41- HSSiÜfi


CAPITULO|

II

USOS Y APLICACIONES DE LA TIERRA ARMADA EN EL MUNDO

42 -


2.1 Usos de tierra armada en obras viales y ferroviarias.

USOS VIALES

En la actualidad la aplicación de la tecnología de tierra armada empleada por la ingeniería civil en donde a tenido gran éxito en la construcción de sus carreteras y la retención de taludes. Una de estas tecnologías es la construcción de un muro mecánicamente estabilizado que encuentra muchísimas aplicaciones en cualquier tipo de zona topográfica por difícil que esta sea para el trazo de las carreteras. La tierra armada se usa para resolver problemas de estructuras de contención.

Los muros de tierra armada se construyen con mayor frecuencia en trazos de montaña para carretera o cuando las condiciones de cimentación son muy difíciles; en las zonas urbanas esta tecnología a sido de gran ayuda, puesto que su área de trabajo es muy reducida en comparación con la construcción de otras estructuras, sin ocasionar serios problemas como embotellamientos.

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

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

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

-43-


Fig. No. 9 Carretera Sandton Gauteng Sudáfríca

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

El muro realiza un doble papel; soportando directamente la carga vertical del puente y contener el propio terraplén. (Fig. 10).

La estructura que se encarga de transmitir las cargas es un cargadero colado en sitio, este será el que reparta las cargas en toda la superficie del muro como se muestra (Fig. 11)

Fig. No. 10 Puente Fuentes Mares en Chihuahua

Fig. No. 11 Diagrama de una sección con cargadero

44-


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

Fig. No. 12 Piezas para esquineros

45-


USOS FERROVIARIOS

La utilidad que se le ha dado a los muros de tierra armada en los últimos años, no es solo para la retención de taludes y carreteras, sino también como soporte de líneas de ferrocarril, en muchos casos de ferrocarriles de alta velocidad en muchos países

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

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

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

Fig. No. 13 Metro de Caracas, Venezuela

- 46 -


*, t „ < " ' mm

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

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

F=\

««va»

M Í .

-?••

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

-47-


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

USOS FLUVIALES

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

El empleo de Tierra Armada en este tipo de presas hace posible la eliminación de las obras complementarias convencionales de concreto reforzado. En la construcción de los canales, los túneles de desvió y los caudales de agua se consigue economizar en los tiempos de ejecución al utilizar la tecnología. La construcción del aliviadero en la presa para la evacuación de aguas en avenidas, puede ser construido a la par de la coronación de la presa.

Fig. No. 16 Presa Al - Rufaysan Sharjah EAU

BU


USOS MARÍTIMOS

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

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

49


I T C USOS INDUSTRIALES

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

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

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

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

Fig. No 18 Silo de almacenaje en Alberta Canadá

50-


CAPITULO

m

OPERACIONES PREVIAS AL MONTAJE DE LAS ESTRUCTURAS Y PROCESO CONSTRUCTIVO

-51


3.1 Tipo de organización de la obra, así como ia estimación del equipo necesario para el montaje.

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

El técnico de tierra armada debe de estar al pendiente del abastecimiento del material que se ocupara ( escamas, armaduras, arranques, juntas de poliuretano, tornillos, tuercas, juntas de neopreno, prolongadores para armadura, polipropileno y tubo de pvc ), así como de la mano de obra que ejecutara el trabajo y la maquinaria que se ocupara.

El espesor de las capas de relleno deseado debe ser de 37.5 cm. y el volumen de cada una de las capas debe de estar determinado por la longitud del muro en construcción y la longitud de las armaduras.

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

Fig. 19 Estructura de tierra armada

EÜ


Para estimar el equipo que debemos ocupar en el montaje de las escamas, debemos de mencionar por primera parte al equipo humano que realizara el trabajo necesario es:

• 1 sobrestante , que será el jefe de la cuadrilla o algo similar. • 1 oficial. • 3 o 4 ayudantes.

Esta cuadrilla será la encargada de la fabricación de las escamas, montaje de las escamas, la nivelación de las escamas, la colocación de las armaduras y los demás aditamentos que intervienen en el proceso constructivo.

El grupo de Tierra Armada facilitara el material que se ocupara para el montaje como:

• Eslinga para cargar y descargar las escamas de la Hiab (Fig. 20) • Eslinga de montaje (Fig. 21 )

Fig. 20 Accesorios

O

+

o

P

Fig. 21 Accesorios

- 5 3 -


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

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

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

Barro r o s c a d a

0 . 2 0

Fig. 22 Accesorios

3.06

0.06 0 05

JT

Fig. 23 Accesorios

Fig. 24 Accesorios

2.50

54-


1 fia* 4 / Í S Í t r I f f - iT * * *

íSLi | í t ' i í ...*í.*-rfJ,*f . > . ; Í

Fig. 25 Maquinaría

Con los equipos y los accesorios señalados se deben de realizar todas las operaciones del montaje y compactación de terreno.

En la obra, en condiciones aceptables del terreno, así como del quipo de trabajo se tendrá un rendimiento de construcción de 40 a 50 m2 / día de muro terminado, una vez que se a colocado la primera fila de escamas que esta es la de mayor dificultad.

-55


3.2 Características y selección del material de relleno.

Antes de comenzar cualquier obra, es necesario realizar pruebas granulométricas y conocer su ángulo de fricción interna del material de relleno que se ocupara.

Además se deben de cumplir dos condiciones de los materiales.

CONDICIONES MECÁNICAS

El material que se ocupara como relleno deberá de cumplir con las siguientes características para que pueda ser utilizado:

• ninguna de sus partículas deberá ser mayor a los 35 cm. • menos del 25% de las partículas serán superiores en tamaño a los 15 cm. • menos del 15% de las partículas deben pasar la malla 200.

CONDICIONES ELECTROQUÍMICAS

Algo que es muy importante en el aspecto del suelo y la corrosión de las armaduras, es la fricción que ejerce estas con el material de relleno y para esto se deben de considerar ciertas características electroquímicas que son:

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

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

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

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

• En algunos casos, en función del origen del material que se ocupara en el muro se estudiaran: (el contenido de sulfures, la materia orgánica y la actividad biológica.

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TABLA COMPARATIVA DE CORROSION EN MATERIALES PARA ARMADURAS

Material Aluminio Níquel Acero inoxidable

Acero galvanizado

Sintético

Tipo de obra Inundable Inundable Inundable

Seco

Seco

Corrosión Rápida Ext. Rápida Rápida

Lenta

No existe

no


3.3 Acopio y descarga de escamas, armaduras y accesorios.

ACOPIO DE ESCAMAS

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

El acopio de las escamas deberá seguir un orden según el cual se irán ocupando, empezando por la primera fila y segunda, y posteriormente realizando lotes de las que siguientes filas identificando con un letrero las características de las escamas que se encuentran en el lote como son: cantidad, tipo, tamaño, No. de arranques, etcétera.

Con esto se busca optimizar en tiempo y rapidez de ejecución. (Fig. 26)

Para realizar un buen acopio de las escamas se deberá realizar como se muestra en la (Fig. 27) en forma de pilas qué no deben tener en altura mas de 6 escamas y que ningún arranque se doble y para eso, se colocara entra cada escama largueros de madera.

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

Fig. 26 Acopio de escamas en obra

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gncígs m i rc rco hocia el mismo

0.15 mil n i m o .t»y • : y •/• • •;...•;;. •••*•• .;i <S S"

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Aislado del suelo ¡

Fig. 27 forma de acomodo de las escamas

DESCARGA DE ESCAMAS

Desde el inicio de la obra se deberá prever un acceso adecuado, amplio y plano para que el camión que trae las escamas pueda realizar la descarga sin ningún problemas; tanto el transporte como la descarga y el almacenaje se realiza con las escamas en posición horizontal y con los arranques hacia arriba, para evitar que se doblen.

La descarga y colocación de las escamas en el acopio se realiza con la ayuda de eslingas especiales de descarga, como la que se mostró en la (Fig. 20 y 21) y con la ayuda de una grúa Hiab (Fig. 28)

-59


Fig. 28 Hiab para transportar y montar escamas.

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

ACOPIO DE ARMADURAS

En cuanto al acopio de las armaduras, se deben realizar conforme al proyecto y como se ocuparan, separándolas en lotes y colocándoles un letrero en el cual se indique la dimensión , el espesor y demás características de estas para evitar errores, como la perdida de tiempo al buscar la que se debe de colocar.

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

HI


Fig. 29 Formas de acomodar las escamas

DESCARGA DE ARMADURAS

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

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

61


3.3 Preparación del terreno y colocación de la regla de cimentación.

LA EXCAVACIÓN

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

Virimo deseoble pora facilitar ccceso y trabajo de montaje

1.00

solera excavación Terreno natural

Excavación Terreno natural

Desplante de terreno

62


w>

Fig. 30 Excavación para colocar regla de desplante

LA SOLERA DE REGLAJE

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

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

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

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

A r n n q u e

A r m a d u r a

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

( V i n 0 3 5 ,

m o )

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

-63


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

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

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

Una vez que la solera de reglaje este terminada habrá que dar aviso a Tierra Armada para que esta envié a un técnico para enseñar al personal como se montan las escamas.

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

1.50 i 1.50 1.50 , 1.50

200 a 400 mm

^ = ^

150 a 200 mm

Eje de /articulación

150 a 200 mm.

Fig. 32 Caso especial de colocación de escamas

- 6 4 -


3.4 Colocación y nivelación de la primera y segunda fila de escamas, así como el terraplenado y el tendiendo las armaduras.

Cuando la solera de reglaje este terminada, Sobre la ella se deberá de marcar con un color una línea de alineación y colocación de las escamas, esto ya viene marcado en el proyecto y Ya se podrá dar inicio al montaje de las medias escamas, y el orden de operación es:

• Colocación de escama 1 • Colocación de escama 2 (Fig. 33) • Se realiza la comprobación de la separación de las escamas con la regla de gálibo. • Aplomado de las escamas y con nivel de burbuja. (Fig. 34) • Apuntalamiento.

rJ ©

i/erificoclon del espacio 1.50

' - i

(?) Juntas ide 2 cm

\ohbo

©

VenfiCGOon d e Nivel

Jti'izar un cordon en ei

1 (!)

caso de almeocion recto

§ *]

^TTT^-

k£¿&M&&&$^

Fig. 33 Colocación de la primera fila de escamas

6 5 -


Fig. 34 Nivelación de escamas iniciales.

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

TERRAPLENADO Y TENDIDO DE ARMADURAS

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

£ •

Fig. 35 Preparación de la primera capa


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

Fig. 36 Colocación de tiras de refuerzo

67-


ICAPITULOl 11 R i

IV

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

- 68 -


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

MURO DE CONCRETO ARMADO

FABRICACIÓN DEL MURO Varillas V¿ , %", 3/8° Clavos Alambre recocido Cimbra de contacto Tensores para cimbra

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

CONSTRUCCIÓN DEL MURO Relleno

MURO DE TIERRA ARMADA

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

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

COLADO DE REGLA DE CIMENTACIÓN Cemento gris Arena Grava Cimbra Polines

CONSTRUCCIÓN DEL MURO Tiras de acero galv. De 3,6 y 9 m Polin Perros de madera Cuñas Juntas de neopreno Geotextíl Escamas Relleno granular

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

Mi


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


MAQUINARIA PERSONAL HERRAMIENTA Y EQUIPO

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

Operador Operador especializado Banderilleros Topógrafos Ayudantes

Pintura para trazo Teodolito

ARMADO DE LA ESTRUCTURA Grúa telescópica Soldadores

Ayudantes Herreros

Dobladora de varilla Cortadora de varilla Ganchos Andamios Equipo de seguridad

CIMBRADO Y COLADO DEL MURO Camión revolvedora Bomba para concreto Grúa telescópica

Operador especializado Ayudantes Maniobrísta

Andamios Hojas de Tríplay Largueros de madera Tensores ó moños Serruchos Vibradores para concreto

COMPACTACION DEL RELLENO Vibro compactador Bailarína Para de cabra

Operador calificado Ayudantes Banderilleros

EfflH



MAQUINARIA PERSONAL HERRAMIENTA Y EQUIPO

MOVIMIENTO DE TIERRAS Camión de volteo Retroexcavadora Motoconformadora Cargador frontal de neumáticos Rodillo vibratorio

Operador Operador especializado Banderilleros tipógrafos

Pintura para trazar Teodolito

COLADO DE ESCAMAS Y REGLA DE CIMENTACIÓN Camión revolvedora Revolvedora manual

Operador Operador especializado Ayudantes Of. De albañilería

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

ACOPIO DE ESCAMAS

Grúa con plataforma (Hiab)

Cargador frontal

Operador especializado

Maniobrista

Eslinga para montaje y desmontaje Largueros de madera Cubos de madera

COMPACTACION Rodillo liso vibratorio Bailarinas Rodillo vibratorio manual Pipa de agua

Operador especializado Operador maniobrista Ayudante

MONTAJE DE ESCAMAS Y TENDIDO DE ARMADURAS Grúa con plataforma (Hiab)

Cargador frontal de neumáticos

Retroexcavadora

Operador especializado

Maniobrista

Ayudantes

Eslinga para montaje y desmontaje Dispositivos de unión para armaduras. Juntas de neopreno Geotextíl Tomillos para armaduras Gálibo para medición

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

E£9


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



1.- se realiza el trazo donde se construirá el muro, utilizando al tipógrafo y marcando con pintura el área que se tendrá que excavar.

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

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

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

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

3.- se comienza con el colado de la regla de cimentación que esta es únicamente de concreto pobre sin armado, esto la hace mas rápida en su construcción. Únicamente se necesita 1 Of. De albañilería y 3 ayudantes Dos que preparan el cemento el la revolvedora manual y el otro que este llevando concreto al oficial en carretilla

• 72-


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

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

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

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

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

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

m

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

UTILIZANDO EL MÉTODO DE RANKINE

• 0.3Q-.-4

' 1-20« U P=l 1-80 I I [ í

ei=

5,10

1,20

32 1,8 ton/m3

ton/m3

< i * .y i

1 a=[0_

H1=| 10,80 l mts

T—l^rZ^r20 I mts

82= y2= c2=

29 1,8 0

ton/m3 ton/m3

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

H'= H"=

10,80 12,00

1,20 mts.

DATOS GENERALES

V (relleno) = | 1,8 ángulo de fricción interna 8 = Y (terreno) = V ( muro ) =

f 'c = fy =

1,80 2,4 200 4000

ton/m3 0

ton/m2 ton/m3

Kg/cm2 Kg/cm2

CALCULO DE LA PRESIÓN ACTIVA ( Pa )

Para la aplicación de la formula de Rankine sera necesario obtener los valores de Ka de la siguiente tabla según el ángulo de fricción interna del suelo ( a ) .

8 ( grados ) a (grados)

0 5 10 15 20 25

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

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

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

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

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

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

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

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

_Ppj

_f£J 0,5

39,79 1,8

ton/m 144,00 | 0,307

Pa= Pa=

0,5 39,79

1,8 t o n / m

144,00 | 0,307 |

CALCULO DE LA PRESIÓN VERTICAL ( Pv )

Pv= Pv=

39,79 0,00

0 ton/m

CALCULANDO LA PRESIÓN HORIZONTAL ( Ph )

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

1 t o n / m

CALCULO DEL ELEMENTO ESTRUCTURAL POR AREAS PARA DETERMINAR SU PESO PROPIO

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

No Sección

1 2 3 4

Area m2

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

Pv =

Z V *

Peso *>*# W *J '7

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

104,11

wazo palanct - • í -C * ? «

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

10,35 Z M R -

?fliotiMnto - *Ton -m

17,50 21,00 37,45

262,44 0,00

338,39

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

Sacando el momento de volteo ( Mo ) es :

K' Mcr«Ph(H73) «!í/J

Mo = 39 79 12,00 3

fiSo = | 159,15 ] Ton -m

Sacando el factor de seguridad por volteo ( Fs )

[ Fs (rotee} g £ M R f M o H

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

| 2,13 | > | 2 ~

Sacando el factor de seguridad por deslizamiento:

|sea k1 = k2 \ 0,667l

sea también

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

sin formula la profundidad ( D )=

D = | 1,80

calculando la ( Pp ) que anteriormente vimos sera:

Pp= 0 5 Pp= 9,48

3,25 Ton/m3

1,8 | 3,24 |

por consiguiente el valor del F.S es:

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

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

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

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

F.S POR CAPACIDAD DE CARGA

Sacando la excentricidad ( e ) de la resultante tenemos:

e= B £MR-£MO Vj> ,.-•,•• -—,. p» .-,,..,, „•••,

2 IV l

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

I e= | 0,83 | m |

I 0.83 | < | O J S T I ^

NOTA: cuando el valor de la excentricidad (e ) , es mayor que ( B/6 ), la q min resulta negativa. Entonces se tendrá algún esfuerzo de tension en el extremo de la sección del talón; el esfuerzo no es deseable porque la resistencia a la tension del suelo es muy pequeña. Si el análisis muestra un diseño que la (e ) sea mayor que ( B/6 ) el diseño deberá rehacerse y determinar nuevas dimensiones.

obteniendo el esfuerzo actuante en la punta y el talón.

40,3 máx

Obteniendo ia capacidad de carga ultima del suelo

| qu - c2 Nc Fed Fd + q Nq Fqd Fqi + \iZ y2 B' Ny F yd F yi j

para obtener los valores de Nc, Nq, y Ny, los sacaremos de la siguiente tabla, sacando el ángulo de fricción interna 6 = 32°

FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA 8°

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

Nc

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

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

Nq

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

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

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

37,75

Ny

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

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

Nq/Nc

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

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

0,72 0,75

Nc = Nq = Nv =

27,86 16,44 19,34

sacando las relaciones para la capacidad de carga

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

B'= I 3¿4

\mmMmm Fcd = 1,21

ynaSlláI3I22iMiMi¿iiÉIíK

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

Fqd = 1,14

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

tFYd= i r - n

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

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

I M»= I 17,01 I

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

entonces sustituyendo en Fci

l Fci = Fqi = | 0,66 ~ |

[ Fyi = l 0,171 |

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

qu = qu =

0 50,33

40,09 Ton / m*2

10,24 |

obteniendo el factor de seguridad por capacidad de carga

I DISEÑO ESTRUCTURAL DEL MURO DE CONTENCIÓN EN CANTIL1VER |

1,20 | 1,20

ei= yl = d =

32 1,8 0

V I

5,10

ton/m3 ton/m3

82= Y2= c2=

29 1,80

Calculando el diseño por flexion

obteniendo el momento actuante

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

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

116,019 Ma

NOTA: cuando el muro es tipo trapezoidal se toma el ancho mínimo de la sección.

E= 1 / 3 H

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

NOTA: el numero 100 es un ancho unitario

l Mu = 1.4(Ma) |

MU'

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

l 162,43 | Ton-m |

|. > d«30>r .; ¡

25 I m

f*c = I í*c= |

0,3 160

200 | Kg/cm2

Fr = Fr =

0,9 0,8

para valores por flexion para valoras por cortante

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

sustituyendo en la formula de P

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

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

7.2191E-07

324,85 324,855

1 0,99996

0,99998

0,9 7 650 000 0,000042

100 625 136

obteniendo la Pmin.

Pmin = Pmin =

0,7 0,00247487

P 7.2191E-07

14,142| 4000|

< Pmin. 1 < 0,00247487 |

Calculando la flexion en varillas verticales

Despejando el area de acero As.

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

[As (min)= | 6,187184341

Sacando la separación de las varillas "S"

NOTA: se toma el diámetro nominal de la varilla # 5 para obtener su area ran 3,1416 1,99

2,53 cm*2

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

mmM&mmm msmmm

Sacando el acero por contracciones volumétricas

EEB NOTA: xi es la dimencion minima del muro

19800 0,0381

4 000 cm*2/m

130,00

Si

Si

.15 cm se ocupan dos capas de refuerzo.

.15 cm se ocupan una capa de refuerzo.

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

EF f As= | 7,62 cmA2

sacando la seperacion del acero

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

16,63 de separación

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

vi' ikLa¿. í^4i^J¿~l*£^Íl iuI«S &

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

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

0,0025 0,075

30

as = as =

3,1416 1,99

2,5281 cm

S= | 26,47 | cm

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

mmJWkMmmj&mM

DiSENO POR CORTANTE

Considerando el valor del cortante al paño de la losa se tendrá :

p-™™. EBHAiyB • • M U | Vu =

I 32,23 i

í pSwM^S^ I 45,12 |

Ton / m (ancho) |

Ton / m (ancho) |

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

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

Vu 45,12

no se necesita acero de refuerzo |

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

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

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

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

0,800 4000 1,27 115

36770

s = 12,68 | cm 1

NOTA : para el segundo cuarto de la altura de la pantalla se colocara la separación de estribos al doble. | S= | 25,36 | cm

1 20

1,20 m 2,70 m

max. 40,31

Ton / m*2

t f t t f f 4 f t f 4 A mm 0,52

Ton/m*2

DISEÑO DEL TALON

calculando las cargas que actúan por gravedad

relleno = H y1 losa = h y (muro)

10,80 1,20

1.8 2,4

19,44 2,88 22,32

Ton / m (ancho) Ton / m (ancho) Ton / m (ancho)

w = 22,32

2,70

Ton /m

, / \ TALÓN

diseño por flexion en el talón

I ^.UB»W2.Í*r* I Ma= | 81,36

1 - • • : * * j *1 .4«latS V i i

| Mu= | 113,90

Ton - m |

Ton -m |

considerando una sección de 1.20 x 100 cm

13 115,00

i *$¥*ibtiik-»vj¿mm<ggar ns i

wmm^*^} 84,37 Ton

Vcr= 9600 0,274 12,65 | Vcr- | 33302,12 | Kg ~ ]

c si ei valor de Vcr Vu no se necesita acero de refuerzo «"•37 fa-".* i 33,30

NOTA: en este caso si es necesario colocar acero de refuerzo por cortante en el talón

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

Fr = 0,800 fy = 4000 as= 1,27 d= 115,00 Vu-Vcr= 51,067

S = | 9128,55 cm

1,20

DISEÑO DEL PIE O PUNTA

7

30,31

1,20 -*-+- 1,20 - • < - 2,70

obteniendo una relación de fuerzas para encontrar el punto medio tendremos:

p = p = p = p = p =

0,034 0,034 0 034 0,034

0,00248

1 1

0,073029371

1 1

0,85927455

22779792,0 22779792 0

90 161874000

13225,00 136

p 0,00248

Pmrn. 0,002475 CMC

Calculando el acero mínimo "As"

As = Pbd As = 28,46 cmA2 ~|

as»3.1416 d*2JNÍ ¡NOTA: se toma el diámetro nominal de la vartlla # 5 para obtener su area

I

1 f

as= | 1,99 J

- S * 1 0 M * / A * * * - I S= | 6,98 J

cm |

cm |

| Calculando el refuerzo por temperatura ]

as « 3,Wf£'WSty4 "JNOTA: se toma el diámetro nominal de la varilla # 5 para obtener su area as= | 1,99 I cm |

| É»=860x¡& tiftWWV1"^-

j as =

7920000 7920000

9,00

4000 880000

220 00

cmA2 / m (ancho)

S*10&á5JAs c t 7,89

MMmmmmmmmm NOTA: como xi es mayor a 15 cm se debe de ocupar doble armado

diseño por cortante en el talón

se considera el cortante que actúa en el paño del muro

W= 22,32

2,70

-Va=VW Va = 60,26 Ton

obteniendo una relación de fuerzas para encontrar el punto medio tendremos

5,10 «4.40/St-*

3.90 »: x» 30,83 |

obteniendo la reacción del triangulo

| h = | 9,48 |

F * b x h / 2 s I 5,7

obteniendo la reacción del rectángulo

| h1= | 30,31 |

I F2= I 36,99 1

sacando las distancias de las reacciones al paño

trian. = | 0,40

rectan. = [ 0,60 0 60 W 3 46 0 60

obteniendo los momentos

| 24,47 J Ton-m

jD,4(X

. / \ / \ / \ / \ / \ A

| V= I 42,68 Ton

obteniendo el peso propio de la estructura

57

F1

36 99

F2

Mo

L= 120

WmSSgES&EMm Ma = I 2,49 Ton -m

EL ESFUERZO QUE SE GENERA EN EL TALÓN =

EL ESFUERZO QUE SE GENERA EN LA PUNTA =

81,36

2,49

Ton -m

Ton -m

0,3 < P-

A A

10,80 12.0C

1,20

• •

refuerzo por flexion

H.1 tfSIJiE¡iiIr

1,20 - • - « - 1,20 ->•#- 2,7

5,10

CUANTIFíCACiON DE ACERO

No. varilla

Peso var. Kg/m

area As = cm¿

long, m

#4 #5

#5 #4 #4

#5 * #3

#4

0,993 1,552 1,552 0,993 0,993 1,552 0,559 0,993

1,27 1,98 1,98 1,27 1,27 1,98 0,71 1,27

14,80 13,45 14,93 31,39 30,71 5,30 14,83 31,51 157

long. Muro m

14,63 14,63 10,70 2,70 8,10 14,63 5,10 5,10

separación m

No. pza. peso total Kg

0,16 0,32 0,26 0,13 0,25 0,10 0,10 0,10

91,4 45,7 41,2 20,8 32,4 146,3 51,0 51,0

479,8

90,80 70,96 127,74 20,62 32,17

227,06 57,02 50,64 677,0

NOTA: * DONDE ESTA MARCADO CON ASTERISCO SE INDICA QUE SON DOS LECHOS DE ARMADO.

No. varilla

Unidad precio de lista

No. pza. peso total Kg

costo total $-Kg

3 4 5

Kg Kg Kg

5,05 5,21 5,2

51,0 195,6 233,2 479,8

57,02 194,24 425,75 677,0

287,9409 1011,97729 2213,92412

3513,84

NOTA : LOS PRECIOS OCUPADOS EN ESTA TABLA SON DE ENERO DE 2004

peso total Kg

costo M.O

costo total M.O - Kg

51,00 195,61 233,17 479,8

13,62 12,62 12,34 38,58

$ 694,62 $ 2.468,56 $ 2.877,35 $ 6.040,5

NOTA: LOS PRECIOS OCUPADOS SON DE ENERO DE 2004

0

10,7

15

,, I U-^g

0,15

0 15| 2,35

0,1£

10,7

0,2 14,5

I

1,04 0.127 14.5

r* 0,127 14,5

07 0.127 14.5

P» 0,i27 14,5

0,15 5

1

0,15

0*15"

0,127 h

14,53

[REFUERZA POR TEMPERATURA EN PANTALLA CON VARILLAS # 4 @ 16

[REFUERZA POR FLEXION

3

3

3

3

3

~1 0,2

J 1,04

_

1 °'7

~|o,15

14,53

1 1,1

0,127

14,53

EN PANTALLA CON VARILLAS # 5 @ 32

REFUERZO HORIZONTAL EN DOS LECHOS DE LA PANTALLA CON VARILLAS # 5 @26

REFUERZO POR CORTANTE EN PANTALLA CON VARILLAS E # 4 @ 1 3 PARA h = Z7

REFUERZO POR CORTANTE EN PANTALLA CON VARILLAS E # 4 @ 2 5 PARA h = 8.1

REFUERZO EN LECHO SUP. POR FLEXION EN BASE CON VARILLAS # 5 @ 1 0

REFUERZO POR TEMPERATURA EN DOS LECHOS DE LA BASE CON VARILLAS # 3 @ 1 0

REFUERZO POR CORTANTE EN LA BASE CON VARILLAS # 3 @ 1 0

CUANTIFICACION DE CONCRETO

0,30

1,20

10 80 14,63

1 20

'iV** 1,20 1,20 2,70

CORTE TRANSVERSAL DEL MURO r*"«- -*••*-1 20 1 20

PLANTA

2,70

Figura No.

Unidad Largo mts.

1 2 3

Kg Kg Kg

14,63 14,63 14,63

Ancho mts

0,90 0,30 5,10

Alto mts

10 80 10 80 1,20

No Pza.

Vol. Total

1 1 1

71,10 47,40 89,54 208,04

Figura No.

Unidad Precio de Lista m3

Vo! Total m

1 2 3

m3

m3

m"

1 453,14 1 453,14 1 453,14

71,10 47,40 89,54

208,04

costo total $ /m 3

103 320,87 68 880 58

130 107,76 302.309

NOTA: se toma un 5 % de desperdicio

Vol. Total m3

71,10 47,40 89,54 208,04

costo de bombeo 1m3

costo total del bombeo m

$ 234,74 $ 234,74 $ 234,74

$ $ $ $

16 690,44 11 126,96 21 017,59 48.834,98

NOTA : LOS PRECIOS OCUPADOS SON DE ENERO DE 2004

CUANTIFICACION DE CIMBRA

0,30

1,20

1,20

10,80

1,20

NST* 2,70

CORTE TRANSVERSAL DEL MURO CON CIMBRA DE CONTACTO

14,63

- • < -1.20 1.20

- • - * -2,70

PLANTA CON CIMBRA DE CONTACTO

Figura No.

Unidad Largo mts.

Ancho mts.

Alto mts.

No. Pza.

Vol. Total m

1 2 3 4 5 6

m5

m2

m2

m2

m m

14,63 14,63 0,30 0,90 5,10 14,63

10,80 12,00 10,80 10,80 1,20 1,20

1 1 2 2 2 2

158,00 175,56 6,48 9,72 12,24 35,112 397,12

Figura No.

1 2 3 4 5 6

Precio de Lista m2

$ 193,95 $ 193,95 $ 193,95 $ 193,95 $ 193,95 $ 193,95

Vol. Total m

158,00 175,56 6,48 9,72 12,24

35,112 397,12

costo total m2

30.644,88 34.049.86

1.256,80 1.885,19 2.373,95 6.809,97 77.020,6

NOTA : LOS PRECIOS OCUPADOS SON DE ENERO DE 2004

CUANTIFICACION DE ACERO |

No

1.-

2 -

3-

DESCRIPCION

I I PESO TOTAL DEL ACERO OCUPADO PARA EL ARMADO DEL MURO.

! I COSTO TOTAL DEL PESO DE ACERO OCUPADO EN MURO.

I COSTO DE ARMADO Y HABILITADO DE LA ESTRUCTURA DEL MURO

UNIDAD

Kg

$/Kg

Kg los accesorios se incluyen en el costo total del acero.

COSTO T.

677,0

$ 3.689,46

$ 6.342,5

\ CUANTIFICACION DE CONCRETO 1

No

1 -

2.-

3.-

DESCRIPCION

I I VOLUMEN DE CONCRETO USADO EN EL MURO DE f ' c = 200 Kg / cm'

I I

UNIDAD

mJ

COSTO DEL CONCRETO OCUPADO EN EL MURO. mJ

COSTO DEL BOMBEO DEt CONCRETO EN EL MURO. | mJ

los accesorios se incluyen en el costo total del concreto.

COSTO T.

208,04

$ 317.424,7

$ 51.276,73

| CUANTIFICACION DE CIMBRA 1

No

1 -

2.-

DESCRIPCION

1 1 VOLUMEN TOTAL DE CIMBRA DE CONTACTO EN MUROS.

j COSTO DE LA CIMBRA OCUPADA EN EL COLADO DEL MURO.

UNIDAD

m

m el costo total de la cimbra incluye todos los accesorios

COSTO T.

397,12

$ 80.871,7

l CUANTIFICACION EXTRAS 1

{TOTAL GENERAL \ $ I $ 459.605,1 |

NOTA : los resultados anteriores son las principales actividades del proceso de construcción de UN MURO DE CONCRETO REFORZADO; estos resultados fueron obtenidos del catalogo de precios PRISMA. De Enero del 2004

CALCULO DE UN MURO DE TIERRA ARMADA

10,85

Índice de corrosion de las armaduras: vida útil de la estructura: 50

0,025 años

Obteniendo la fuerza activa de Rankine ( Ka ) tendremos:

Ka = 0,361

DATOS

Relleno

y1 =

61 = 1,8 28

Suelo

?2= 82=

1,80 35

Tierra Armada

fv = 6u=

FS(B)=

FS(P)=

SH= Sv= z=

2400 25 3

3

1 0,75 0,50

mm / año

Calculando la tension maxima que se genera en la base del muro.

de la ecuación siguiente despejar ( t )

bt = 0,000661 m = 661 mm

NOTA : EL VALOR DE f v = 24000 Ton / m2

si se tomara un ancho para fa tira de refuerzo b= 50 mm 0,05 mm

despejando t :

t= 13,22 mm

el margen que se tiene para la corrosion de las armaduras sera'

1,25 mm

espesor necesario de t =

t= 14,47 } m m

las dimenciones transversales de la tira de refuerzo serán:

b = t =

50 14,47

mm mm

la longitud necesaria de la tira de refuerzo es considerando la banda mas cercana a la superficie superioir ( z = 1.00 m ) y para el resto de las tiras se tomara la misma longitud por practicidad.

6,22 0,81225 46,63 Lz = 6,24 m 6 m

NOTA: LA CONDICIÓN DE LA LONGITUD DE LAS TIRAS DE REFUERZO ESTA DADA EN BASE AL 70 % DE LA ALTURA DEL MURO (.70H) EN CONDICIONES ÓPTIMAS EN ESTE CASO SE TOMARA UNA LONGITUD DE 12 METROS POR EL ANÁLISIS DE DESLIZAMIENTO.

I Lz = 14

REVISION DE LA ESTABILIDAD INTERNA DEL MURO l

Revision por volteo

?»P*aS&*3F18&5

W«= 273,42 Ton/m

Xl = 3 m

Mo ¡= Ptt •= foutfc ••J

Pa = 38,25 Ton / m

3,62 m

rSroiteo- 5,93

FSvotteo

5,93

>

> 3

3 Í

Revision por deslizamiento

K= | 0,6666667 [

• "deslizamiento"" 2,79 = 2,9

FS, deslizamiento

2,9

Revision Dor capacidad de caraa

92= 35 1 Nc = 46,12 Ny = 48,03

} IT "MR -At»

zr, U - L -(2e)

pr^s^SA^lffft^ff:»

"ult ima 77,4 Ton / m2

ovH= 19,5 Ton / m2

e= 6,1

L '= 1,79

• ° cap de carga 4,0

«"^cap ,je carga

4,0

>

< 3 3 mmmmw\

LUGAR GEOMÉTRICO DE LAS FUERZAS MÁXIMAS DE TENSION

3,56

10,85

1,00

0,15

longitud de tiras de refuerzo = zona de falla = zona de segundad =

14,00 14

3,56 10,45

DISEÑO DEL MURO DE TIERRA ARMADA

SUBR =31 00

T.N. =20 15

DESP.= 19 15

14,63

COSTO DE LA CONSTRUCCIÓN DEL MURO DE T.A. \

area de

tierra armada Unidad

m costo

m2 costo total

T.A.

175,56 m2 $ 1 100,00 $ 193.116

area de relleno

Unidad m

costo m

costo total relleno

2457,84 m3 $ 22,0 $ 54.097,06

costo total de T.A.

247.213,06

NOTA. LOS PRECIOS QUE SE UTILIZARON EN TIERRA ARMADA ESTÁN DADOS EN FORMA GENERAL POR M2 DE CONSTRUCCIÓN, PUESTO QUE LA INFORMACIÓN SOBRE LOS PRECIOS UNITARIOS DE LOS COMPONENTES DE TIERRA ARMADA ESTÁN RESTRINGIDOS Y SON USADOS ÚNICA Y EXCLUSIVAMENTE POR FREYSSINET DE MEXICO "TIERRA ARMADA S.A. DE C.V.'


} U í L C

CAPITULO!

Vi

CASO PRACTICO DE LA CONSTRUCCIÓN DEL PUENTE ATOYAC Y EL DISTRIBUIDOR VIAL CUATRO EN EL

ESTADO DE PUEBLA

100-


5.1 Proceso de construcción de un muro de tierra armada

cimentación. para la regla de cim. cimentación .

La construcción de la regla de cimentación es sin duda un proceso que debe de tener mucho cuidado al realizarlo, puesto que esta debe de ser colocada perfectamente horizontal y con la superficie lo mas lisa que se pueda; las dimensiones que tiene son de 30 x 15 cm y se fabrica con concreto pobre, es decir este no lleva acero de refuerzo alguno en su interior. La regla de cimentación no llevara el peso del muro, si no las tiras de refuerzo; la regla solo

tiene la función de servir como arranque horizontal del muro.

Fig. 4 Preparación del molde con grasa Fig. * \ n i nde n.luu'"deni'inlil iiiolik desmoldante entes del colado. con varillas de 3/8 "

Una de las partes importantes de la obra es la fabricación de las escamas que se ocuparan en la obra, estas deben de empezarse a colar a la par que se comienza la excavación para colocar la regla de cimentación. Para colar se tienen listos varios moldes con aditamentos en la parte interior como el tuvo de PVC y una manguera; ya colocados estos se hecha grasa desmoldante en toda su superficie y paredes, para después recibir el armado de varillas de 3/8.

|¡53


Fig. 6 Prueba de revenimiento al Fig. 7 concreto que se ocupara en las escamas

Al llegar a la obra el camión revolvedora concreto ( cilindros llenos de concreto para conocer la maleabilidad que comenzara con el colado de las para fraguado rápido. Ya preparada ayudantes que traigan el librador persona se encargara de ir colocando cm ; después de haberlos colocado, en un extremo de la escama ahogados para realizar el montaje.

Colado de las escamas Fig. 8 Colocación de arranques

escamas

para

el laboratorio de materiales tomara muestras del ) y realizara una prueba de revenimiento en el lugar

tiene este y si es autorizado por el laboratorio se una por una. Antes de comenzar se añade aditivo

la mezcla se comienza con el colado teniendo sacar el aire del concreto y otros con palas. Una

los arranques que van ahogados en el concreto a 19 otra persona se encarga de poner ganchos de varilla

en el concreto para que de esa parte se enganche

Fig. 9 fraguado de escama

Unos después del colado se tendrá que agua y sin haber realizado el desmolde; del molde.

Fig. 10 Curado con agua sobra las escamas

realizar un curado del concreto esto será a base de ; esto se realiza dos o tres veces antes de sacarlas

102-


Fig. 11 Desmolde de las escamas Fig. líí y acopio.

Después de curarlas con agua se largueros de madera, esto será para largueros, una maquina realiza el desmolde las maniobras para lograr colocar las cemento para evitar fracturas.

Zona de acopio de las escamas.

Fig. 13 curado con cemento para evitar que se fracturen.

comienza con el desmolde, colocando previamente evitar que las escamas se fracturen. Ya colocados los

con ayuda de dos personas, las cuales realizan escamas una sobre otra y ya colocadas se les esparce

Fig. 14 acopio de todas las escamas que se ocuparan en obra.

El acopio de las escamas se realiza en una zona completamente horizontal para que no se dañen las escamas

Fig. 15 Colocación de la eslinga Fig. 16 izaje de escamas a través Fig. 17 Transportación de escama. de Hiab.

- 1 08 -

escamas a su montaje


Para el transporte de las escamas; cuidado puesto que cuenta con una entre cada una cubos de madera tzaje de las escamas hacia la grúa

para se

se ocupara una grúa Hiab que las transportara con plataforma donde las colocara una sobre otra llevando

evitar que se fracturen y se los arranque se doblen. El realiza con un accesorio que se llama eslinga.

Fig. 18 Riego de la capa a Fig. compactar.

Fig. 20 Compactación en orilla con rodillo manual.

Cada que se comienza una capa , se debe de rociar agua limpia esto para tener una buena compactación, para después pasar la maquinaría. En primer lugar se pasa una Motoconformadora la cual acomodara todo el material a lo largo de la superficie. Para que después entre el vibro compactador que realizara el trabajo final, siempre y colado la humedad del relleno sea la adecuada. La compactadora de pata de cabra no es recomendada pasarla al principio puesto que esta puede dañar a las tiras de refuerzo. Para la compactación de la orilla se recomienda usar un equipo manual de compactación, para no mover de su lugar las escamas

Fig. 21 Prueba para sacar el grado de en la capa compactada.

comp

cada Cuando se termina de compactar sacar el grado de compactación que alcanza se tendrán que dar mas pasadas

Fig. 22 prueba con arena de Ottawa en relleno compactado.

una de las capas, el laboratorio realiza pruebas para este debe de ser como min. un 95 %. Y si este no se

con el vibro compactador, hasta obtenerlo.

104-


Fig. 23 Terreno ya compactado. Fig. 24

Cuando la capa alcanza su grado refuerzo, colocando una por una y llegue a zafar por la el peso de la Se debe de cuidar la separación perpendiculares al muro.

1 endido de las tiras de reí. Fig. 25 Amarre de las tiras en sobra la capa. las escamas.

de compactación se tiende la siguiente capa de tiras de atornillándola muy bien a la escama para evitar que se

siguiente capa de relleno. de cada una de ellas puesto que deben de estar

Fig. 26 Izaje de la escama para su montaje.

escama puede ser bien colocada, se deben de fijar en la que tenga colocados sus colchones de neopreno y estar bien nivelada para que la siguiente entre

Fig. 27 Montaje de una escama completa.

El montaje da las escamas se realizara con la ayuda de la grúa; esta las lleva del acopio a la zona donde se colocaran. Con la ayuda de tres personas, una i unión hembra-macho de los tubos como todas las demás debe de perfectamente sin ningún problema.

105-


*ViS***pr'fr •*W«.,iap<*

Fig. 28 Colocación de escamas de arranque.

Fig. 9 colocación de todas las mitades de las escamas.

cue

Ya cuando se termino la regla de cimentación son mitades y que deben de ir complítamente fuera de 1.00 cm aprox. Esto para completamente vertical. Estas pnmeras escamas se tienen por perros de madera que sirven accesorios muy importantes a la que sirve para espaciar bien las Ya que se colocaron todas las mitades con cada una de las siguientes capas

hora . escamas

Fig. 30 Montaje de la escama completa.

se colocara la primera hilera de escamas que horizontales, y con un pequeño desnivel hacia

a la hora de compactar, la escama tome su posición

due medir a plomada y con nivel de burbuja, ayudadas para poner dos escamas al mismo nivel; otro de los

del montaje es el "gálibo" que es una barra de metal una de otra,

se colocan las escamas enteras y asi sucesivamente de ellas

Fig. 31 Colocación de la cimbra para coi remate del muro.

Lo ultimo que se construye en el mu ro es el remate, que es una orilla de concreto armado con el objetivo de confinar el muro.

leí Fig. 32 Colocación del armado en el remate para colar.

-106-


Fig. 33 Separación de las escamas Fig. 34 Capa saturada con agua Fig. 35 Raspando ia superficie de por la compactación compactada. la regla de cimentación.

Fig. 36 Piedra de 40 cm aprox. en Fig. 37 Compactación con el Fig. 38 Tendido de los refuerzos la capa compactada. rodillo vibratorio a menos después de compactar con

de 1 m de las escamas. el pata de cabra.

A veces, durante el proceso constructivo ocurren trabajos mal ejecutados que se piensa que no afectaran al muro, y ia única verdad es que le acortan la vida útil para la que fue diseñado. Estos son algunos ejemplos muy significativos de trabajos mal ejecutados en diferentes etapas de la construcción.

E33


Fig. 39 Sección de tira de refuerzo Fig. 40 Juntas de neopreno para Fig. 41 arranques y tuvo de de acero galvanizado apoyar una escamas contra poliestileno. corrugadas. otra.

En la construcción tierra armada se cuenta con accesorios como son:

los arranque, que están hechos de acero galvanizado. Las juntas de neopreno, que sirven como soporte a la escama. Los tubos de PVC, que trabajan en conjunto con los tubos de polietileno y que realizan

el papel de hembra. Los tubos de polietileno, que trabajan en unión con el PVC en forma de macho. Las tiras de refuerzo, que son la parte mas importante de un muro de tierra armada

puesto que es su esqueleto y son las cuales soportaran todo el peso del muro.

Fig. 42 Molde para esquineros. Fig. 43 Esquineros ya colados y desmoldados

Los esquineros de los muros son una parte muy importante del conjunto, puesto que con ellos si existiese un asentamiento, los esquineros absorben ese movimiento, sin que el muro sufra daño alguno

108-


CONCLUSIONES

> En lo general, de lo presentado en el trabajo anterior se puede concluir que el proceso constructivo de la tierra armada es mas fácil de ejecutar puesto que se vuelve cíclico.

> El costo de la construcción de un muro de tierra armada como el que se planteo en este trabajo resulta ser aproximadamente menor en un 50 % en forma general sobra la construcción del muro convencional de concreto armado.

> El muro de tierra armada tiene la ventaja de alcanzar grandes alturas, lo que la hace ser mas competitivo frente a un muro tradicional de concreto armado.

> No se requiere una cimentación en forma para construir el muro de tierra armada.

> Se tiene un buen comportamiento ante acciones de sismos.

> Admite deformaciones en su estructura sin tener grandes problemas.

> La rapidez de ejecución lo hace mas atractivo que un muro tradición de concreto armado.

> La ingeniería en México debe optar en sus distintas ramas otro tipo de tecnologías tal es el caso de la tierra armada que es muy fácil y cómoda de trabajar, hasta en los lugares mas difíciles.

10©-

TESIS Y ENCUADERNACIONES

Z3£\ ÍJlfflEinisl £2C\ ATENCIÓN PERSONAL

cMigucl Wíaz Jlópez

Cerro de las Palomas # 3 entre Cerro de Tres Zapotes y Cerro del Agua

Tels.: 5066-7339 044-55-2528-0001

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