Empleo de gaviones en la construcción y conservación de carreteras /

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(1)

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UNIVERSIDAD T [IJÍ [IPARTICULARDE ill1

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

EMPLEO DE GAVIONES EN LA CONSTRUCCION

Y CONSERVACION DE CARRETERAS

Tesis de Grado Previa a la

Obtención del Título de

Ingeniero. Civil

AUTOR:

Giovanni Rafael Vaca Carrión

DIRECTOR:

Ing. Jorge Iñiguez Regalado

(3)

Loja. 19 de Junio dei 2000.

Seflores:

MEMOS DEL U. CONSEJO DE FACULTAD DE INGEN!EJA CIVIL DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA,

Ciudad.-De mis consideraciones:

Ing. Jorge líliguez Regalado, Director de la l'esis de Grado realizada por ci señor: Giovanni Rafael Vaca Carrión que versa sobre el tema:

EIII'LEO DE GAVIONES EN LA CONSTRUCCIÓN Y CONSERVACIÓN DE CAIUU!TE RAS.

CERTIFICA:

Que el presente trabajo ha sido realizado bajo mi dirección y asesoría, luego de revisado el borrador y cumplidas las sugerencias y observaciones necesarias, autorizo su presentación ante el H. Consejo de Facultad, por considerar que se trata de un tema de investigación que reúne los méritos suficientes para ello.

De Uds. Muy atentamente.

Ing. Jorge Iñiguez RegaIido\ DIRECTOR

(4)

A UTORJA

El contenido de la presente investigación, los análisis, resultados y conclusiones son responsabilidad del autor.

:

Giovanni V aca Carrión. pr.

le ..

(5)

/

A GRA DECIMIENTO

Mi profundo agradecimiento a la U T.PL. que me

permitió formarme en lo cultural, técnico y profesional.

A l Sr. Ing. Jorge Iñiguez, quien en calidad de Director, cada momento presto su ayuda como persona y como

profesional colaborando decididamente en la realización

del presente trabajo de investigación.

De la misma manera dejo

constancia de mi

agradecimiento al Ing. Marco Carpía, Ing Á ugelrapía,

¡ng. Fernando Erazo, quienes colaboraron en el

transcurso del 'desarrollo de esta tesis.

A demás expreso mi

gratitud especial a la Sra. Rita

Víñan, Secretaria de

la Facultad de

Ingeniería Civil, por

su capacidad y don

de

persona al desempeiiar su trabajo.

El aiaor

(6)

DEDICATORIA:

La realización de esta investigación que he realizado con esfuerzo, sacrificio y empeño, esta dedicado a. MIS PA DRES y a todos los que en adgún momento me ayudaron y me guiaron.

(7)

ESQUEMA DE CONTENIDOS

CAPÍTULO 1

GENERALIDADES

1.1 Introducción.

1.2 Marco teórico.

CAPÍTULO II

GAVIONES

2.1 Introducción.

2.2 Empleo de gaviones.

2.3 Forma y composición del gavión.

2.4 Alambres y galvanizados.

2.5 Corrosión, abrasión y protección.

2.6 Especificaciones del alambre para gavión.

2.7 Mallas y su resistencia.

2.6 Gaviones de base y de cuerpo.

2.9 Dimensión de los gaviones.

2.10 Peso de las unidades.

2.11 Atirantado.

2.12 Flexibilidad de los gaviones.

2.13 Uniones entre unidades.

CAPÍTULO III

SUELOS

3.1 Introducción.

3.2 Clasificación de los suelos que servirán como base de cimentación

de. los gaviones.

3.3 Presión Efectiva sobre el terreno.

(8)

3.5 Exploración del subsuelo.

3.5.1 Determinación de profundidad y espaciamiento de perforaciones

en función de las Normas del MOP ó del Manual de Mecánica de

Suelos de la U.T.P.L.

3.6 Determinación de parámetros para el cálculo de estabilidad de taludes.

3.7 Ensayos de laboratorio:

- Ensayo de compresión triaxial

- Ángulo de fricción interna.

- Cohesión.

- Ensayos de clasificación.

3.8 SUBPRESIÓN.

3.8.1 Ocurrencia del fenómeno.

3.8.2 Influencia en el ángulo de rozamiento interno del terreno.

3.8.3 Influencia en la capacidad portante.

3.9 Efecto del esponjamiento de los suelos de cimentación sobre los

gaviones.

3.10 Uso de gaviones en la construcción de terraplenes.

3.11 Tablas y anexos.

CAPÍTULO IV

CONSIDERACIONES TECNICAS EN GAVIONES

4.1 Definición.

4.2 Sobrecargas.

4.2.1 Sobrecarga repartida en toda la superficie del gavión.

4.2.2 Sobrecarga paralela a la estructura.

4.2.3 Sobrecarga concentrada.

4.3 Diagrama de sobrecargas.

4.4 Empujes.

4.4.1 Efecto de los empujes.

4.4.2 Efecto de la supresión.

4.5 Funcionamiento y fallas.

4.5.1 Tipos de falla.

4.6 Factores de seguridad.

4.7 Consideraciones de fuerzas sísmicas.

(9)

CAPÍTULO V

DISEÑO DE OBRAS CON EL USO DE GAVIONES

5.1 Identificación de obras con gaviones, para la construcción de

vías o terraplenes.

5.2 Muros de contención de gaviones. Muros de pié detalud de

gaviones, muros de gaviones para la estabilización de taludes.

5.3 Tipos de muros.

5.4 Fricción suelo - muro (gavión)

.5.4.1 Suelo seco.

5.4.2 Suelo saturado.

5.5 Cálculo de presiones de tierra.

5.5.1 Suelo seco.

5.5.2 Suelo saturado.

5.6 Diseño de estructuras.

5.7 Consideraciones y especificaciones de diseño.

5.8 Tablas y anexos.

CAPÍTULO VI

ARMADO DE ESTRUCTURAS EN GAVIONES

6.1 Introducción.

6.2 Empleo de manuales comerciales.

6.3 Armado de una canasta.

6.4 Armado de un módulo.

6.5 Atirantado de gaviones.

6.6 Costura y amarre de aristas.

6.7 Emplazamiento y llenado.

6.8 Clasificación y colocación de material de relleno.

(10)

CAPITULO VII

EXPERIENCIAS EN EL USO DE GAVIONES

7.1 Recolección de datos e información institucional.

7.2 Análisis y descripc'.ión del tipo de obra.

7.3 Técnicas y detalles constructivos utilizados.

7.4 Análisis económico de la obra.

7.5 Aplicabilidad en obra de los geosintéticos.

7.5.1 Casos especiales de aplicación de geosintéticos con, la

construcción de gaviones.

7.6 Análisis Comparativo de costos y durabilidad.

7.6.1 Con obras en hormigón armado.

7.6.2 Con obras en hormigón simple.

7.6.3 Con obras en hormigón ciclópea.

7.6.4 Entre gaviones construidos con materiales diferentes.

7.7 Impactos ambientales producidos en la obra construida.

7.7.1 Evaluación de impacto.

7.7.2 Efectos ambientales.

7.7.3 Mitigación de impactos.

7.8 Anexos.

CAPÍTULO VIII

COSTOS Y PROGRAMACIÓN

8.1 Generalidades.

8.2 Análisis de costos.

8.3 Análisis de rendimientos.

8.4 Programación y planificación de obra en gaviones, recomendaciones.

8.5 Planilla de materiales a utilizar.

8.6 Presupuesto total de obra.

8.7 Relación beneficio y costo.

(11)

CAPÍTULO ix

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

(12)
(13)

JI

CAPITULO 1

GENERALIDADES

Li Introducción

La utilización que últimamente se le ha venido dando a los gaviones en la construcción, conservación de carreteras y control de la erosión ha sido valiosa, tanto por su versatilidad de construcción, como por su comportamiento flexible y economía, haciéndose de esta forma necesario establecer criterios que permitan un diseño adecuado y eficiente, como también su optirnización en el empleo.

En el caso de la Provincia (le Loja, las vías de comunicación en especial las ínter cantonales se presentan continuamente interrumpidas y no prestan el servicio para el que fueron proyectadas debido .a circunstancias como: Derrumbes, falta de drenaje, suelos blandos, falta o falla de obras de contención, irrespeto al derecho de vía, sumando a esto la falta de mantenimiento.

Se pretende con este proyecto de investigación adoptar como solución cii las diferentes obras de contención, que se presenten en un proyecto vial, tomando en cuenta las ventaj con respecto a otras obras construidas , on diferentes materiales, el empleo de gaviones.

De esta manera se podrá resumir en un análisis simple la ventaja económica en nuestro medio para realizar este tipo de obra, con múltiples propósitos.

La investigación del tema nos brindará una visión de la ejecución en obra, así como también los trabajos preliminares y anexos, como son el predisefío, planificación, instalación y recomendaciones para el monitoreo y el mantenimiento de es tipo de obra.

El presente trabajo de investigación constituirá un aporte teórico para la utilización de gaviones en obras de construcción y conservación de carreteras, al mismo tiempo

(14)

*IIFtDL.CO 9

1.2 Marco Teórico

El marco teórico supone una identificación de fuentes secundarias sobre la cual se podrá diseñar la investigación propuesta. Los referentes teóricos y conceptuales (libros, revistas, folletos, gráficos, etc.), serán utilizados de manera concreta y precisa. Además de la utilización de la metodología (método Inductivo y Deductivo), que permitirá analizar durante el desarrollo de la investigación la comprobación de las hipótesis planteadas y formular las más adecuadas conclusiones y recomendaciones.

El tema a desarrollarse se enmarcará en 3 tipos de investigación los cuales se detallan a continuación:

a. Investigación de campo:

- Tratar de reunir datos evidentes de la realidad.

- Utilizar técnicas e instrumentos específicos, además del dato bibliográfico, corno observaciones, registros, cuestionarios, en fin cualquier otro tipo de información referente al tema.

- No sólo utilizar el dato bibliográfico, sino que se lo contraste con la realidad.

b. Investigación Bibliográfica:

- No hacer la simple transcripción de un texto.

- Basarse, en datos bibliográficos, en revisión de fluentes y documentos, en escritos específicos, etc., pero debidamente analizados e interpretados.

e. investigación de laboratorio:

- Se utilizará aparatos e instrumentos de laboratorio y de precisión.

- En el desarrollo del proyecto se deben enunciar y describir el o los tipos de ensayos realizados en nuestro caso.

Se señalan finalmente las funciones del marco teórico que se establecerá en esta investigación;

(15)

9

- Tratar de prevenir errores cometidos en otras investigaciones.

- Centrarse en el tema, evitando desviaciones del esquema planteado.

- Comprobación de hipótesis y planteamientos que más tarde puedan someterse a prueba en la realidad.

- Dar a conocer nuevas formas de presentar un trabajo de investigación.

Se llevará a cabo esta investigación con todas las aclaraciones y definiciones que el lema lo requiera se tomara en cuenta la experiencia de profisionales, seleccionando en lo posible la información que más se acerque a nuestra realidad y tipo de estudio.

(16)

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CAPITULO..,

HH

GAVIONES

(17)

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CAPITULO II

GAVIONES

2.1 Introducción

Gavión se denomina a un elemento de forma prismática constituido pounaed metálica

de doble torsión hexagonal extragalvanizado, que se rellena con cantos de roca, piedra de

cantera o cualquier material idóneo disponible.

-En muchas de las ocasiones los gaviones representan la solución a un problema de ingeniería, especialmente cuando se trata de obras de retención (muros) y Juego de hacer un análisis técnico, económico, ecológico, ornamental y de beneficio, se estaría en Ja posibilidad de escoger este tipo de obra; Además de la üicilidad para la obtención de materiales básicos como madera, piedra, los cuales se los puede aprovechar en el sitio.

El

objetivo

del presente trabajo de investigación es dar a conocer a los diversos profesionales de la construcción, las características de los materiales de acuerdo al tipo de obra a realizarse, presentando esta alternativa en lo referente a los factores económicos, de seguridad, facilidad constructiva, eficiencia y naturalmente la estética en la obra, definiendo en cada caso consideraciones y especificaciones de diseño.

22 Empleo de gaviones

Los gaviones en nuestro medio son utilizados como obras provisionales y no permanentes, ya sea para vías o para obras hidráulicas. Para el caso de carreteras, las estructuras son destinadas a trabajar como obras de protección (muro seco), y obras específicas. Se pueden clasificar de la siguiente manera:

r Muros de contención Muros de pie de talud

Muros para la estabilidad de taludes

En áreas de corte como: Espaldones, cunetas laterales, banquetas, problemas de erosión.

(18)

Entre las obras hidráulicas que pueden construirse con gaviones en el trayecto del curso fluvial tenemos:

Para control de torrentes Para regulación de los ríos Para obras auxiliares

23.. Forma y composición del gavión

La forma geométrica del gavión dependerá del tipo de obra en el cual vaya ser utilizado, entre las formas más comunes tenemos:

Los rectangulares Las colchonetas

Los gaviones cilíndricos

El gavión será llenado con material filtrante grueso; piedra de cantea o cualquier material idóneo disponible. Su colocación será manual de preferencia o mecánica siguiendo las alineaciones y empleando los tipos de gaviones indicados en el diseño.

En la colocación del material se tratará de conseguir el menor volumen de vacíos posibles, acomodando el material más grande en su contorno el cual debe ser de al menos

1.5

veces la separación entre alambres, y en su interior los de menor tamaño, permitiendo de esta manera una mayor flexibilidad al gavión.

2.4 Alambres y galvanizados

Debido a que las obras en gaviones, se encuentran por lo general expuestas a las condiciones de humedad, meteorización, agentes atmosféricos, el alambre utilizado ya sea para armar, modular, emplazar, atirantar, cerrar, durante la construcción debe llevar una protección de zinc y un diámetro adecuado que le permita resistir a esas condiciones.

El alambre tendrá las siguientes especificaciones: LRef. N°. 11

Alambre suave (B.S.S. 1052/1942, ó ASTM E)412, ó INEN resistencia promedio a la tracción de 40 Kg/mm2

El diámetro del alambre de la malla será de 2.4 mm o 3.0 mm.

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16 l6),qúe1endr

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CA

(19)

C%F'DT$L ti

Carga de ruptura: conforme a las normas ASTM 1)412; no deberá tener un valor inferior u 230 Kg/cm2

Estiramiento: Carga de ruptura: conforme a las normas ASTM D412; no deberá tener un valor inferior a 190 ^.

Temperatura de fragilidad: conforme a las normas B13.S. 3782/1965, método 104A; no

deberá ser mayor de -35° C (temperatura de plegado en frío)

t Corrosión por penetración: La máxima penetración de la corrosión desde una extremidad del hilo cortado a cercén deberá ser 25 mm.

Recocido a fuerte galvanización con un contenido mínimo de 240 gms. de

zinc

por

metro cuadrado de superficie cubierta.

Alambre galvanizado (ASTM A-123 ó B.S.S. 443/1969 ó INEN correspondiente)

El revestimiento de zinc será el siguiente:

- - - -- 1

PESO MÍNIMO DEL DIAMETRO NOMINAL

RE VESTJMIENTO DEL ALAMBRE

mnt

gms/in

2.0 240

2,2 240

2.4 260

2.7 260

3.0 275

3.4 275

3.9 290

FUENTE : ING. LEONCIO GALARZA. " Empleo de gaviones en la construcción de obras civiles de pequeñas centrales hidroeléctricas". Escuela Politécnica Nacional, Quito.

Por el contenido, mínimo uniforme de zinc de 240

gnaslm2

a este tipo de proyección se la

ha denominado "TRIPLE GALVANIZADO o ESTRAOALVANIZAI)O".

25. Corrosión, abrasión y protección

Cuando el metal entra en contacto químico y electroquímico con el medio ambiente, su

superficie se destruye. Este fenómeno se denomina Corrosión ". [Ref. N°. 2]

(20)

En cambio el problema de la abrasíón o desgaste se presenta en las estructuras de gaviones, por la acción de corrientes de agua con sedimento (material abrasivo en suspensión). Por lo tanto para obras realizadas en gaviones que deban soportar condiciones de trabajo fuertes (aguas negras, descargas industriales, humedad permanente, etc.) existen procedimientos fáciles y económicos que evitan que la malla del gavión sufra corrosión: uno de ellos es recubrir a base de concreto la parte de mampostería gavionada más expuesta al acción de aguas negras y sedimentos, evitando también la abrasión sobre las mallas.

En el caso de la corrosión el MOP sugiere lo siguiente: [Ref. N°. 31

Para proteger la malla de la corrosión, se empleará alambre triplemente galvanizado o plastificado. En el primer caso, el recubrimiento de zinc no será menor que 225 gr/m 2 de superficie el alambre plastificado no dejará ninguna porción ferrosa expuesta, y deberá pintarse o repararse cualquier defecto que se encuentre.

2.6. Especificaciones del alambre para gavión

De acuerdo con manuales técnicos de materiales y ejecución para el uso de gaviones, la calidad del alambre debe ser la siguiente:

el Todo el alambre utilizado en la fabricación de la malla y en las operaciones de alambrado deberá corresponder al tipo de alambre suave (dulce) y, además, galvanizado.

El diámetro mínimo de alambre utilizado en la lhbricación de la malla será: 2.4 mm en los gaviones standard.

2.2 mm en las colchonetas.

• El diámetro del alambre para amarrar y atirantar será de 2.4 min en los gaviones standard.

ll diámetro mínimo del alambre para amarrar y atirantar será de 2.0 inin en las colchonetas.

El diámetro del alambre para bordes o aristas será de 3.0 mm. Deberá tener una resistencia promedio a la tracción de 40 kg/mm2.

(21)

gUn 09

Tendrá un.contenido mínimo de 240 gms. de

zinc

por metro cuadrado de superficie cubierta.

Para gaviones de alambre de 2.4 mm, se debe calcular un kilogramo de alambre de costura para cada canasta.

El alambre empleado en los gaviones standard tiene las siguientes medidas: Ancho = 1 m.

Largo = 2 m, 3 m o 4m.

Alto 0.50molm

En el caso de las fábricas estas cumplen con todas estas especificaciones, existiendo

facilidad para adquirirlos en otras medidas.

A continuación tenemos las especificaciones referentes al alambre utilizado en gaviones determinadas por el MOP: [Ref. N°. 31

Los gaviones estarán formados por un tejido metálico de doble torsión construido con alambre galvanizado de diámetro superior de 2 mm.

El tejido será de la forma y

dimensión

requeridas por el tamaño de la piedra, en todo caso el área de cada abertura de la malla no será mayor de 150 cm 2, para el alambre de 2.5 mm. , Y, 35 cm2 para el alambre de 2 mm. Podrán usarse alambre superior utilizando un diseño, aprobado por el fiscalizador.

Las aristas y los bordes del gavión estarán formados por alambres galvanizados cuyo diámetro será como mínimo 1.25 veces mayor que el tejido.

Las costuras de los paramentos que constituyen el gavión, Ja tapa y la de los gaviones entre sí,se la hará con alambre galvanizado.

2.7 Mallas y su resistencia

Existen tres tipos de mallas:

1) Malla metálica hexagonal de doble torsión

2) Mafia de eslabonado simple

3) Mafia cleetrosoldada

(22)

Mailu 1lexago.ri

Fig. 2.71 Flexibilidad

(poca rigidez)

w&&

1) Malta metálica hexagonal de doble torsión.- Este tipo de malta es la más utilizada, está confeccionada por una red metálica de DOBLE 1"OR1ÓN. hexagonal extragalvanizada, o extragalvanizada y plastificada.

Debido a su aspecto, a menudo son llamadas a triple torsión, las torsiones se obtendrán mediante el entrecruzado de dos alambres en una vuelta y media cada uno, como puede verse en la figura 2.7.a.

1.00 1 .0() -i - 2.0(1

-Fig. 2.7.a

2) Malta de eslabonado simple.- En las mallas eslabonadas no existe unión ríg ida entre los alambres, teniendo como propiedad la flexibilidad, ya que permiten el desplazamiento relativo de los alambres como es el caso de los gaviones cilíndricos. Su empleo se lo hace en obras de control de ríos en aguas profundas donde se hace dificil armar un gavión paralelepípedo. Ver 2.71

Ql

:•: ti

•.

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(23)

3) Mallas electrosoldadas.- La malta etectrosoldada es más rígida que las anteriores y se confecciona en cuadriculas de igual desplazamiento en las dos direcciones.

Es utilizada especialmente en obras de construcción de carreteras (como elementos portantes de terraplenes o subrasantes de vías en terrenos blandos) por su fácil conformación y economía en construcción.

Punto de unión soldada

11 LA. S, V LA, L t, L,. . (,I kj 13 ,J U, k,4, 1 Á, RA.. UA,

Fig. 2.7.e

Según las normas del MOP: [Ref. N°. 31

El alambre empleado pará la confección de las mallas será de típoreforzado, de un diámetro mínimo de 2.4 mm. y tendrá una resistencia a la ruptura superior a 42 N/nim2

(4200 Kg/cm2).

La malta con la que se confeccionarán los gaviones será de alambre adecuadamente protegido contra la corrosión, y piede ser tejida, con triple torsión, conforme se establezca en los planos correspondientes.

P49.12

10.00

(24)

11

La abertura de la malla será la que se especifique en los planos, y en caso de no existir, el contratista presentará muestras de las mallas disponibles en el mercado, para la selección y aceptación del fiscalizador. No se permitirá el empleo de mallas diferentes en un mismo tramo de muro.

2.8 Gaviones de base y de cuerpo

En las obras ejecutadas con gaviones se distinguen dos partes principales:

1) Gaviones de base.- Se emplean como base de fundación de una estructura, son gaviones de poca altura por lo general 0.50 m.

2) Gaviones de cuerpo.- Como su nombre lo indica, está formando parte del cuerpo de la obra, es de mayor altura, por lo general 1.00 m. El área en planta que puede ocupar el gavión dependerá del tipo de obra. Ver fig. 2.8

Muro de Cuerpo 1.0 'in.

Muro de Base

Fig. 28

(25)

C?

\

2.9 Dimensión de los gaviones

Entre los tipos de gaviones más comúnmente usados tenemos los rectangulares, las

colchonetas, y los gaviones cilíndricos. A continuación se detallan dimensiones

características:

GAVIONES RECTANGULARES

LARGO (mS) ANChO ('ni) A LTO (ni)

1.50 1 0.50

2.00 1 0.50

3.00 1 0.50

4.00 1 0.50

1.50 2.00

3.00 1 1

4.00

COLCHONETAS O CORAZAS

LARGO (jni) A A UlO (m) AL TO ('ni)

2 1 0.15

2 1 0.25

2 1 0.30

2 1 • 0.50

(26)

GAVIONES CILÍNI)RICOS

LARGO (M) DIÁMETRO (M)

2 0.65

3 0.65

2 . 0.95

3 0.95

FUENTE: Revista Agua Técnica. A1CJJI, Quito - Ecuador, 1985

2.10 Peso de las unidades

N

En el cálculo del peso de las unidades se hará un análisis del tipo de material enipleado (Tabla 2.10), despreciando- el peso de la malla por ser insignificante con relación al peso.'

de material de relleno. L

La variación del peso especifico de los gaviones segun el tipo de roca se presenta ennla ' tabla 2.10..

TABLA 2.10

PESO ESPECIFICO DE LAS ROCAS

T1I'() DE ROC,1 lx

(l/ni9

Basalto .2.9

Granito . 2.6

Caliza dura 2.6

Traquita 2.5

Arenisca 2.3

Caliza porosa 2.2

'loba 1.7

(27)

2.0

l0 >

1.0

('.5

CD

o

1.0 1.5 2.0 25

I'k'.V() ESIECIFICO DE LA J?(l(.4 (7'/W3)

3.0

a) VOLUMEN DE PIEDRA

V resulta del predimensionamiento de la sección para una longitud unitaria.

A = área de sección transversal.

V = m3

b) PESO DE LA ESTRUCTURA

W = V (piedra) x Ts (piedra) (Ton)

En el caso de las mallas tenemos los siguientes pesos por metro cuadrado: [Reí* N. 4.1

Malla electrosoldada estándar 1.35 Kg

Mafia electrosoldada reforzada 1.61 Kg

Entrelazada triple torsión 1.20 Kg

El peso unitario de la estructura en gaviones se obtiene con el diagrama de la figura 2. 10.

CUA DRO DE ¡'ESO DE UNIDA DES

(28)

2.11 Atirantado

Los gaviones serán reforzados internamente con tirantes de alambre de amarre (2.4 mm). El número de tirantes será de 4 a 6 por metro cúbico de gavión.

Se dispone de tirantes horizontales, verticales y diagonales, los cuales aumentan la rigidez a la estructura según sean utilizados para gaviones de base o de cuerpo.

En todos los gaviones, especialmente en los que se ocupen los extremos del módulo, es conveniente atirantar las caras contiguas y, en las destinadas en la flindación de la obra, se colocarán tirantes en sentido vertical que sirvan de enlace entre la base y la tapa del gavión. Esto se detalla con más amplitud en el capítulo correspondiente al armado de estructuras en gaviones.

2.12 Flexibilidad de los gaviones

La flexibilidad del gavión depende de:

1. Altura del gavión (estructura). 2. Tipo de malla.

3. Tamaño del material de relleno. 4. Calibre y dimensiones..

S. Número de tirantes y separadores.

La malla más flexible es la eslabonada, seguida de la hexagonal de triple torsión y la más rígida es la electrosoldada. Entre mayor sea el diámetro del alambre aumenta la rigidez

El gavión con cantos más pequeños es más flexible que uno con cantos grandes.

Los cantos angulosos dan mayor rigidez que los cantos redondos. A mayor número de tirantes más rigidez

Los gaviones de poca altura (10 a 50 cm) son más flexibles que los de un metro de altura.

2.13 Uniones entre unidades

(29)

alambre utilizado para los bordes, aristas o terminaciones tendrá un diámetro mayor (]UC el

alambre de la mafia, este alambre será del calibre BWG 13 (2.40 mm) como mínimo,

recomendándose, sin embargo, el uso del alambre calibre BWG 12 (2.77 mm).

Existen dos tipos de unión:

1. Unión tejida

UNIONES ENTRE UNIDA DES Fig. 2.13a

2. Unión aislada independiente

( - (

u

(IA 'IÓTV JA 'DEI'EiV I)JEA 'i'E

Fig. 2.13b

(30)

El refuerzo total á través de la unión debe ser ligeramente inferior al refuerzo total de la malla a fin de impedir la rotura de mafia a tensión.

Para garantizar una estructura monolítica será necesario que el trabajo de unión presente las mejores condiciones de resistencia para evitar el movimiento entre unidades, se puede emplear diversos tipos de mallas, dependiendo de la rigidez o flexibilidad que se desee.

(31)

REFERENCIAS:

LII F. LÓPEZ CADENAS DE LLANO; Corrección de torrentes y Estabilización de causes, ONU, Roma-Italia 1988.

121 MALISIIEV A.; Tecnología de los Metales, Editorial Mir— Moscú, 1975.

131 Especificaciones Generales, PARA LA CONSTRUCCIÓN DE CAMINOS Y

PUENTES. MOP—OOi - F, Nueva Edición Quito - Ecuador, 1993.

141 IDEAL-ALAMBREC S. A.; Folletos técnicos de Gaviones Guayaquil -Ecuador, 1988.

(32)
(33)

IgL?

iittUWiIII1l

SUELOS

3.1 Introducción

En este capítulo se hace un análisis de las características y comportamiento del suelo, que

nos proporciona parámetros requeridos para el diseño y cálculo de la

estructura-Para la obtención de resultados se contará con la información que nos de como resultado

los ensayos llevados a cabo en los laboratorios de la Universidad Técnica Particular de

Loja, Departamento Mecánica de Suelos.

El estudio se lo ha realizado con carácter de preflictibilidad, por lo cuantioso que

representaría hacerlo en la actualidad de acuerdo a la técnica y profundidad requerida.

En caso de ejecutarse la obra, se repmienda realizar el ensayo completo del suelo, a la

profundidad que la estructura lo requiera, y de esta manera modificar las dimensiones dé la

cimentación en casos de ser necesario.

La importancia de este capítulo es fluidamental, por representar la base de datos para poder

realizar los cálculos y diseño de este tipo de estructuras.

3.2. Clasificación de los suelos que servirán como base para la cimentación de los

gaviones

Los métodos que se aplican a estos trabajos dependen de la calidad del suelo y de sus

caracterfsticas. Los suelos pueden clasificarse desde innumerables puntos de vista: su

resistencia y deforrnabiliclad, su tarnafío, su permeabilidad, su composición química, etc.,

en este estudio y para fines de ingeniería se ha clasificado al suelo por el tamaño de sus

partículas (prueba de granulometría). Este método está basado en la relación del tamaño

del grano y la permeabilidad, junto con datos experimentales sobre la granulometrí a que se

requiere para evitar la migración de las partículas cuando el agua fluye através del suelo.

(34)

4=~IlrujLgm

III

Las arenas y gravas son materiales granulares no plásticos entre los cuales podemos distinguir los siguientes:

Grava (G), si más del 50% en peso de los granos se retiene en el tamiz # 4 (4.76 mm) identificándolos como (3W; GC; GP; (3M

Arena (S) o suelo arenoso, si más de 50% pasa el tamiz #4, identificándolos como SW; SC; SP; SM

Arcillas (C) están compuestas de partículas más pequeñas, cuado mas del 50% del material pasa por la malla numero 200. Presentan plasticidad y son cohesivos, identificándolos como CL; CIA

Limos (M) tienen granos de tamaño intermedio, cuado mas del 50% del material pasa por la malla numero 200. Por lo común se comportan como materiales granulares, pero pueden ser ligeramente plásticos, identificándolos como MC; MII.

Se considera también en los suelos finos, la presencia de suelos orgánicos (limos y arcillas orgánicas), identificándolos como LO; OH

Las siglas que se utilizan representan:

W= bien gradado P pobremente gradado

IX L baja o media compresibilidad

H alta compresibilidad

Ejemplo: Un suelo 0W equivaldría a decir que se trata de una grava bien gradada.

El sector en estudio esta ubicado en la carretera Loja - Malacatus Km 6+200, sector Quilluyacu en el sentido S-N (ver Anexo N. 1). La zona se presenta en constante derrumbe, por la presencia de humedad y un tipo de suelo que visualmente se lo pudo clasificar como arenoso-arcilloso.

A continuación se presenta un cuadro de clasificación de suelos de acuerdo al Sistema Unificado, la cual establece criterios definidos de material, características y tamaño.

(35)

CUADRO N° 3.2

TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE SUELOS

MATERIAL CARACTRÍSTCA TAMAÑO

Piedra 7O mm

Grava Gruesa 30a70

Media 5a30

Fina 2a5

Arena Grueso 1 a2

Media 0.2a1

Fina 0.laO.2

Polvo Grueso 0.05 aO.1

Fino 0.02 a 0.05

Limo Grueso 0.006 a 0.02

Fino 0.002 a 0.006

Arcilla Grueso 0.0006 a 0.002

Fino 0.0002 a 0.0006

Ultra arcilla 0.00002 a 0.0002

FUENTE SOWERS GEORGE B, Introducción a la Mecánica de Suelos y.Çimentaciones,

1970

33 Presión efectiva sobre el terreno

Es necesario indicar que la presión efectiva del terreno varía en función de la profimdidad,

aumentando o permaneciendo constante con ésta o por lo menos no disminuye.

La importancia de la presión efectiva radica en que solamente un cambio de ésta puede

ocasionar la variación en el volumen de ¡amasa de un suelo.

En estratos de arena el incremento de la presión efectiva no ocasiona asentamientos (a

excepción de los estratos de arena muy suelta), pero si se producen fluctuaciones del nivel

freático, es decir, que se deprime'eleva periódicamente, si pueden producirse grandes

(36)

011a

asentamientos, debido a que la delbrmación de la arena aumenta COfl cada aplicación de

carga.

En lo que se refiere a terrenos fangosos, orgánicos y rellenos la presión efectiva es nula.

3.4 Cálculo de la capacidad admisible de los suelos y asentamientos

a) Cálculo de la capacidad admisible

La estimación de la capacidad admisible en el suelo por resistencia al corte se determina mediante la ecuación general de Hazen :[Ref.N. 1]

quu = ( + q.Nq.Sq.Dq +I/2.B. y.NI .S .1) )

qadm qu / fs

En donde:

qadm= Capacidad admisible 'F/m2

q =Sobrecarga del suelo sobre la cota de cimentación 1'/m2

c, Cohesión del suelo T/rn2

N, N(1, N7 = Factores de capacidad de carga, se los calcula mediante las siguientes formulas:

Nq = Tang2 ( 45 + 0/2)

N. = (N(1 - 1) C l'ang 0

N I = 1.50 ( Nq- 1) Tang 0

En donde:

0 = Ángulo de fricción interna del suelo, en grados (°)

Sc ,Sq ,S Corrección por la forma de cimentación

(37)

Los valores se calculan mediante las siguientes expresiones:

SECCIÓN RECTANGULAR SECCIÓN CUADRADA

S = 1+0.20 S= 1.20

Sq = 1 + 0.20 B/L Sq 1.20

ST = 1 -0.4B/L S7 0.60

En donde:

B = Ancho de la cimentación ( dato de campo)

L = Longitud de la cimentación en (dato de campo)

Dcg DtlgDy= Corrección por profundidad de empotramiento

Se obtienen mediante las siguientes expresiones:

D = 1+0.4D17/13

Dq = 1.00

DT = 1.00

En donde:

Df= Profundidad de enterramiento efectivo de la cimentación

y = Peso específico del suelo bajo la cimenIacón 'l/m3

fs = Factor de seguridad

Se determina la capacidad de carga del suelo por medio de Ja firmu1a simplificada (c = O), para el sitio donde tenernos suelos arenosos con presencia de finos, en las condiciones más críticas, es decir, cuando pierda su cohesión con la presencia del agua.

= q. N q. Sq. 9q + 1/2 B. Y.Nl.ST.DT

(38)

DRU

Para tramos donde exista presencia de arcillas lo hacemos con la fórmula simplificada

(0 0), debido a las mismas condiciones críticas anteriores.

5.14 e. S. 1) + q

b) Asentamientoa

Se entiende por asentamiento al hundimiento de una estructura, provocado principalmente por la compresión y deformación del suelo situado debajo de la misma.

El asentamiento que pueda presentarse a causa de la carga que ejerce la estructura para un área uniformemente cargada, se calcula con la expresión que integra la solución de Boussinesq, y es la siguiente:

SiqxB[l-i2]xlf/E

Donde:

Si asentamiento probable en cm.

q = carga uniformemente repartida;

B ancho de la cimentación en (m).

= relación de Poisson ver cuadro (3.4a).

E módulo elástico del material en (T/m 2), ver cuadro (3.4.b).

lf = factor de forma.

Cuando los asentamientos son uniformes, generalmente no son perjudiciales si la obra considerada posee un cierta rigidéz.

Lo que suele ser mucho más peligroso son los desniveles entre diferentes puntos de una cimentación, conocidos como asentamientos diferenciales. Si su amplitud es importante, pueden sobrevenir graves desordenes en las estructuras.

(39)

sg'

Generalmente se comprueba en arcillas, que los asentamientos diferenciales máximos observados sin causar trastornos son respectivamente del orden de 40 o 20% del asiento principal, según que las estructuras sean flexibles o rígidas. Por el contrario, en obras cimentadas sobre arena, no suele aparecer la fisuración hasta que los asientos diferenciales y principales son del mismo orden de magnitud".[Ref. N°.2]

Este asentamiento calculado deberá estar dentro los limites permitidos, estos máximos permisibles serán (2.5 cm - 5.0 cm) para muros de carga de mampostería. [Ref. N°. 1]

Cuadro (3.4.a) V alores del Modulo Elástico

Tipo de suelo E (T/m2)

- Arcilia: Muy biaiida - 30-300

Blanda 200-400

Media 11,50-900

Dura 700-2000

- Arcilla: Arenosa 3000 - 4250

- Suelos: Glaciares 1000 - 16000

- arena: Limosa 500 - 2000

- arena: Suelta 1000 - 500

- arena: Densa 5000- 10000

- arcilla: Esquistosa 14000-140000

- limos 500 --2060

A P. / Ay

r

;

\': )7 ::;

(40)

CUADRO (3.4.b) Valores del Coeficiente de Poisson

Tipo de suelo

Ardua: Saturada 0,4 - 0,5

no saturada 0,1 - 0,3

arenosa 0,2 - 0,3

Limo: 0,3 - 0,35

-Arena: Densa 0,2 - 0,4

-Grano grueso 0,15

grano fino

0,25

Roca: 0,1 - 0.4

-Loess: 0,1

Hielo: 0,36

Concreto: - 0,15

FUENTE: Separatas de Mecánica Suelos U.T.P.L

3.5 Exploración del subsuelo

El conocimiento de la estructura geológica y geotécnica del lugar es necesario para

determinar la forma y tipo de cimentación, obras de drenaje y tipo de estructura que se

pueda proyectar en el lugar, una información inadecuada o engañosa en esta etapa puede

dar como resultado diseños antieconómicos de la cimentación, y que repercutirá en

movimientos de tierras y otras fallas.

La exploración del subsuelo tiene el propósito de determinar por medio de técnicas de

exploración, las condiciones de la superficie y su impacto sobre el diseño, por lo tanto, el

trabajo debe ser planeado y llevado a cabo en lbrrna tal que revele la naturaleza del suelo y

no simplemente conducido de una forma rutinaria.

El tipo y el alcance de las técnicas de exploración, ensayos in situ y métodos de muestreo

(41)

O~57^UALCp MDI

los peligros geológicos que se puedan presentar, la intensidad y tipo de cargas impuestas por la estructura y por la magnitud del asentamiento que pueda aceptarse en la estructura.

"Para estructuras de poca altura con complejidad ordinaria sobre ubicaciones en donde se esperan condiciones comunes, por lo general basta con perforaciones espaciadas a una distancia aproximada de 75 a 125 pies (23 a 38 m) centro a centro, pero usualmente sería el programa de mínima aceptación. Se consideran como complemento de las perforaciones (y no como sustitutos) en la fase inicial de exploración otras técnicas de exploración, tales como los pozos o sondeos de prueba.

Se incluye en este estudio de exploración la profundidad y la naturaleza de los datos obtenidos. El criterio a seguir debe ser que las condiciones del subsuelo deben ser exploradas a una profundidad tal o hasta unos materiales tales que los esfuerzos impuestos por la obra proyectada a esa profundidad y sobre esos materiales no tenga un impacto significativo sobre la estructura.

Los esfuerzos impuestos comúnmente se reducen a cerca del 10% del valor aplicado por la cimentación a una profundidad igual a dos veces la menor dimensión de

cimentación (para cimentaciones superficiales). Ese nivel de refuerzo (10%) de profundidad 213 para cimentaciones superficiales y el equivalente para cier profundas es una guía satisfactoria para establecer la profundidad de las explraA r

la mayoría de localidades.

13de-i a A relación

..$.,'. ç itaciones1,'

iones, en ¿c ,. « « Si se presentan materiales muy rígidos o densos en los niveles más superficiales yno existen indicaciones geológicas de que en las capas subyacentes se presenten materiales compresibles más blandos, las perforaciones pueden suspenderse sin peligro después de la penetración en los materiales densos a profundidades de 5 a 10 pies por debajo del nivel de la punta de cualquier cimentación profunda o hasta el nivel en que se alcance el 10% de los esfuerzos impuestos (desde la potencial cimentación profunda)."[Ref.N°.3J

De acuerdo con este criterio general, se recomienda a menudo conducir las investigaciones del subsuelo en dos o más fases, las cuales permiten progresivamente aumentar los detalles.

A continuación tenemos la clasificación de métodos para la exploración subterránea.

(42)

=~21rUALCp #08

a) Métodos exploratorios de carácter preliminar.

Pozos a cielo abierto con muestreo alterado o inalterado. Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales. Métodos de lavado

(inyección

de agua)

Método de penetración estándar. u Método de penetración cónica.

Perforaciones en boleos y gravas (con barretones etc).

b) Métodos para investigación de detalle.

• Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado. • Métodos con tubos de pared delgada.

Métodos rotativos para perforar en roca.

e) Métodos Geofísicos.

la Sísmico.

De resistencia eléctrica. Magnético y gravimétrico.

Podemos concluir expresando que el principal interés en la exploración subterránea generalmente está centrada en dos aspectos:

• Levantamiento de la geología de los depósitos y,

• Calidad de la muestra extraídas, según el tipo de investigación.

3.5.1 Determinación de profundidad y espaciamiento de perforaciones en función de las Normas de MOP o del Manual de Mecánica de Suelos de la U.T.P.L.

En esta determinación de profundidades y espaciamiento, para la obtención de muestras se tomará en cuenta la experiencia de trabajos relacionados a muros de sostenimiento, definiendo de esta manera su estratigrafia como también sus propiedades resistentes.

La excavación a cielo abierto nos permitió establecer la homogeneidad de los estratos, en este caso se efectuaron 4 pozos en la toma de muestras.

(43)

oci^I»BlruáL«»DII

Los ensayos y pruebas se efectuarán de acuerdo a las normas pertinentes de la AASJITO o de la ASTM que se encuentren en vigencia cuando se licite ci proyecto, de no ser estipulado otro procedimiento en los documentos contractuales". [Ref.N°.4]

Se realizó un análisis acerca del número de perforaciones como el espaciamiento obteniéndose los siguientes valores referenciales de varios autores: [Ref.N°.5]

El espaciamiento sugerido para muros de sostenimiento se establece de la siguiente forma:

AUTOR RECOMENDACIÓN

-MOP-001E

- NAVFAC DM 7 preliminar 150 m.

definitivo 20-40 m.

-SOWERS

- SUGERIDOS preliminar 150 m.

definitivo 20 m.

La profundidad. de la exploración para muros de sostenimiento se establece de la siguiente forma:

AUTOR RECOMENDACIÓN

-MOP- 001 E

- NAVFAC DM 7 (0.7 a 1.50)H

.-TENG B mínimo

- SOWERS

- SUGERIDOS mínimo H+B

En donde:

B = ancho de la cimentación.

11 = altura del muro.

DF = profundidad de la cimentación.(ver fig.3.5.I.a)

(44)

u r = 1-1 + II

-13 4

II O EN CASI] DE RELLENLIS

(flg3.5.La)

Terzaghi recomienda efectuar una perforación cada 30 m. de longitud del muro, a la vez que insiste en la ventaja económica que conlleva el combinar perforaciones con auscultaciones en el caso que se presente un perfil de tipo errático.

En cuanto a la profundidad de sondeo, ésta debe alcanzar al menos la altura del muro y si existieran indicios de un estrato blando, la perforación debe cubrirlo.

I-Ivorslev recomienda referirse al esquema de la figura para la profundidad de perforaciones: (ver fig. 3.5.1 .b)

-

/ -(fig3.5.1.b)

o

(45)

3.6 Determinación de los parámetros para el cálculo de estabilidad de taludes

Un talud es una masa de tierra que no es plana sino que posee pendientes o cambios de altura significativos" [Reí. N°. 2.]

Al referirnos a la pendiente esta puede medirse en grados, en porcentaje o en relación mil,

en la cual ni es la distancia horizontal que corresponde a una unidad de distancia vertical.

Existen dos tipos de taludes:

Las laderas o taludes naturales (ver fig 3.6.a)

ESCÁIU'E SliPElUOl

Philafo,tiin Si(iioi

Nivel Ireilfico 1 .. 1

/tIt.uia del ¡-nivel freLieo

I'tiidjent

J)I((t ()iII j J) ) II

PIE iti: i,Ai)l:jj ;

JJ Altura

1)) laltid iiatiiiiii O Ladera

(flg 3.6.a)

(46)

8A

Taludes artificiales o realizados por el hombre (ver fig 3.61)

-Zanje de coronoclón

CA 19 E ZA

Pendiente

FI Alturn

\PIE

PE TALUD

J

7jjFre tf eo

A ltura de]

n1v,j fretJeo hw

)

Tr] ' d Artiflchd (Corte o R]Jno) (Fig3.6..b)

FUENTE : Estabilización de taludes en zonas tropicales. Ing Jaime Suárez

Los factores. que en mayor vado afectan la estabilidad de los taludes son:

La estructura geológica

La presencia de agua

El cambio de condición de esfuerzos causada por el hombre.

Los cálculos de estabilidad sirven para volver a proyectar taludes que se han derrumbado,

o bién para determinar, antes de iniciar la obra los inuIos de talud adecuados a los

requerimientos de seguridad especificado.

Todos los métodos de lucha contra los deslizamientos de una forma u otra establecen las

siguientes direcciones:

Evitar la zona de faila

(47)

TtLPL Hl

a Aumentar las fuerzas resistentes

Evitar Ja zona de falta implica en la construcción de obra, el alineamiento de Ja vía o del canal, buscando apoyos en zonas firmes.

Reducir las fuerzas motoras se puede lograr por dos métodos: remoción del material de la parte apropiada de la falta y subdrenajes para disminuir el efecto de empuje hidrostático y el peso de la masa de roca que es menor cuando pierde agua.

El aumentar las fuerzas resistentes implica aumentar la resistencia al esfuerzo cortante del suelo; eliminar los estratos débiles u otras zonas de falta potencial. Construcción de obras de retención y mejoramiento del terreno para elevar la resistencia del suelo al deslizamiento.

En cuanto se relaciona a la construcción de estructuras de retención aplicado a la corrección de taludes y laderas se señala lo siguiente: tRef.N°.61

Este tipo de solución cuando se aplica con cuidado, es correcta aunque, en general, costosa Se deben tomar muchas precauciones para que la estabilización mediante este medio funcione.

Se debe tener.especial cuidado, que la cimentación del muro quede bajo la zona del suelo movilizada por la falta hipotética del talud, pues se han reportado casos en que el muro, en falla por rotación por ejemplo, se moviliza en conjunto con el suelo, resultando totalmente inútil.

En lo referente al drenaje, se debe proporcionar al muro en su paramento interno de filtros de material permeable, que canalicen a las aguas hacia las salidas que se proyecten a través del muro.

En suelos de alta plasticidad es posible que el material del talud se sature, en cuyo caso disminuirá fuertemente su "cohesión aparente", aumentando correspondienternente los empujes que produce contra la estructura. Esta es posiblemente, la causa principal de faltas en muros de retención usados en vías terrestres, canales etc.

(48)

cPrLl

UI

Un muro de retención como estructura estabilizadora de taludes, es . uno de los elementos más delicados en lo referente a su proyecto de construcción, por lo tanto ambas etapas deben ser prolijamente revisadas por un especialista. Teniendo presente que mientras más alto sea el muro a construir y más plástico sea el suelo a retener, se deberá tornar a asimismo mayores precauciones para su diseño y construcción.

El empleo de estructuras de construcción de concreto o armado, gaviones o tierra armada, ha sido muy popular desde hace muchos años pero debe aceptarse que su éxito ha sido limitado.

Ocurre con frecuencia que un deslizamiento de rotación, en donde la fuerza en el pie tiene una componente vertical importante hacia arriba, levante el muro; y son muchos los casos conocidos de fracasos en el empleo de muros para controlar, deslizamientos rotacionales.

En los casos de deslizamientos de traslación el muro puede representar un buen sistema de estabilización siempre que esté cimentado por debajo de posibles o reales superficies de falla y se diseñe para que sea capaz de resistir las cargas de desequilibrio adicionad.s por un factor de seguridad que se recomienda no sea inferior a 2.0

En lo referente al tipo de muro y proceso constructivo se debe buscar el que más se acomode a los materiales y experiencia en la zona y el factor económico.

3.7 Ensayos de laboratorio

Para llegar a la determinaciór de las características mecánicas del suelo que se tomó para el ejemplo, se perforaron 4 pozos(a cielo abierto), obteniendo las muestras a una prpfundidad de 1.50 m, con un espaciamiento entre pozos de 10 a 15 m, corno se puede apreciar en el (Anexo N.2, croquis). La torna de muestra se la realizó mediante la utilización del tubo shelby, tomando en cada caso muestras para el contenido de humedad, granulometria y clasificación en general (ver anexo fotográfico N 5)

Para la realización de este trabajo se utilizó; barreta, picos, palas y fundas plásticas. Para las muestras se utilizó una caja que evitó que las mismas se destruyeran y sufrieran alteraciones.

(49)

rlJLc» ui

Luego de la obtención de muestras, se efectuaron los siguientes ensayos:

• Análisis Granulométrico, lo que nos permitirá determinar si el suelo en estudio es bien gradado o mal gradado.

• Límites de consistencia, determinando así las propiedades plásticas de los suelos. • Contenido de agua o humedad, nos permite determinar el estado de consistencia

que se encuentra el suelo midiendo la pérdida por evaporación de las muestras en un horno a temperatura de 105 - 110 grados centígrados.

• Compresión triaxial, el que nos permite determinar el ángulo de fricción, cohesión tanto con-esfuerzos totales, como esfuerzos efectivos.

El ensayo de Compresión Triaxial, permite someter muestras a las condiciones que más se aproximen a la realidad. Las pruebas triaxiales se dividen en tres tipos: [Ref.N°.5]

• Triaxial no consolidado- no drenado (rápido) U.0 , Triaxial consolidado - drenado (Lento) C.D

• Triaxial consolidado - no drenado (rápido consolidado) C.0

En esta investigación por la situación en que se presentaron las muestras y por el tipo de estructura a implantar se ha seleccionado el ensayo triaxial (C.D), determinando la resistencia después de la disipación de la presión de poros lb que corresponde en suelos cohesivos a la estabilidad a largo plazo en el campo.

Del estudio realizado se determinó los parámetros y características fisicas del suelo que se podrán apreciar en los anexos del presente capítulo.

A continuación se detalla las normas para los diferentes tipos de ensayos realizados en esta investigación: [Ref. N. 51

ENSAYO Límite Líquido Límite plástico Compresión triaxial Granulometria

Contenido de Humedad

NORMA

MOP E-1 16, ASTM D-423-66, AASHTO T86 MOP E-1 17, ASTM D-424-59, AASHTO T90-70 ASTM D-2850-70

MOP E- 115, AASHTO T88-78

MOP E-122, AASHTO T-93, INEN CO-09-02-303

(50)

3.8 Subpresión

Se conoce como subpresión al eIcto de empuje producido por la presencia de agua en la

base de la estructura.

Cuando se presente este caso, se deberá considerar dicho efecto de la siguiente forma:

(ni. Yw. ha) .B PSub

2

.Eii donde:

PSub fuerza de subpresión

Yw = peso especifico del agua

Ha = altura del muro

B = base de fundación

m factor del suelo

Este factor de suelo (rn) puede tener los siguientes valores:

- para roca muy buena ni = 0.33

- para roca regular ni = 0.66

- para roca mala ni = 1.00

A continuación se muestra el posible esfuerzo adicional en la base del muro ( o estructura),

producto de la suboresión

1 i ¿ k 1•')

k')

fIRIIJILMI - p ..

'k 9

d

d

1

E

(Fig. 3.8.)

(51)

PT'UL eci

18.1 Ocurrencia del fenómeno

Este fenómeno ocurre cuando la estructura se encuentra situada por debajo de nivel de agua subterránea, si dicha estructura es débil la subpresión la puede romper provocando el estallido del piso del basament'o o el derrumbe de los muros. Si la estructura es fuerte, pero. ligera, puede moverse hacia arriba o flotar apartándose de su posición original.

El proyectar estructuras que resistan la subpresión deberá incluir la impermeabilización de los muros y pisos, para evitar las filtraciones y reducir al mínimo la humedad. En el caso de estructuras proyectadas en gaviones la subpresión se ve controlada por la propiedad de permeabilidad la cual le permite filtrar el agua del piso o base.

Si llegase a presentarse falla por subpresión esta será absorbida por la estructura en el caso de muros en riberas de ríos , sin comprometer su estabilidad.

Por su flexibilidad el muro de gaviones se puede deformar fácilmente al ser sometido a presiones, en este caso de la que estamos tratando.

El muro puede flejarse, sin necesidad de que ocurra volcamiento o deslizamiento, siendo común encontrar deflexiones hasta del 5% de la altura.

El término agua subterránea está reservado para una masa continua de agua bajo tierra que llena los poros vacíos del suelo y que puede moverse libremente por efecto de la gravedad.

3.8.2 Influencia en el ángulo de rozamiento interno del terreno

Se debe tomar en cuenta que por efectos del agua disminuye el peso específico, así como el ángulo de rozamiento y como consecuencia se produce un aumento del coeficiente de empuje.

Los efectos adicionales en la base de la estructura destinadas al sostenimiento de tierras debido a las supresiones, no son muy frecuente ya que estas deberán ser controladas con un adecuado sistema de drenaje, y, además, por que el gavión presenta la propiedad de ser permeable.

/

(52)

% D7'L a Elt

En el caso de presas de gaviones, necesariamente se debe considerar el efecto de subpresión ya que son estructuras que por su naturaleza están sometidas a régimen hidráulico.

3.8.3 Influencia en la capacidad portante

En los sitios en que el nivel de aguas freáticas está superficial, conviene calcular la capacidad de carga con la consideración de que ese nivel se puede levantar hasta la base de la cimentación o aún mas arriba".[Ref.N°.5]

A continuación se presenta un cuadro de valores nominales de capacidad de soporte de suelos para gaviones.

-CUADRO 3.8.3

Tipo de suelo 1. Rellenos suelos 2. Suelos granulares

Arena de diámetro menor a 1 mm Arena de diámetro de 1 a 3 mm Arena y grava (al menos 1/3 grava) 3. Suelos cohesivos

a) fangoso — plástico b) plástico blando e) plástico sólido d) semisólido e) sólido 4. Roca sana

(si está fisurada emplear la mitad del valor indicado)

qa Kg/cm2 Oal.0

l.0a2.0 2.O a3.0 3.0a4.0

OaO.4 0.4 0.8 1.5 3.0 6-10

FUENTE: Ing, Jaime Suárez D. Diseño de Obras en Gaviones, U.N.S

(O .?

ICA so

(53)

A F'rFULa 7I2

NOTA: Estos valores deben emplearse solamente en el caso de obras en gaviones que puedan soportar algunas deformaciones. Para obras grandes o delicadas debe realizarse un cálculo detallado empleando teorías de la mecánica de suelos.

3.9 Efecto del esponjamiento de los suelos de cimentación sobre los gaviones

" Se conoce como esponjamiento del suelo al aumento de volumen que sufre éste al ser excavado, con respecto a su estado natural. Este aumento es variable con la naturaleza del suelo, con el grado de humedad de éste y con su granulometría, es decir, con el tamaño de los terrenos en que se le extrae." [Ref, N°. 71

Este tipo de expansión o aumento de volumen se puede presentar de dos formas a corto y largo plazo.

En el primer caso ocurren inmediatamente a medida que se excava el terreno, puede ocasionar daños a construcciones vecinas por desplazamientos ascendentes diferenciales, y a la propia estructura al cargar su peso al terreno expandidos. Para fines prácticos se acepta que la magnitud del asentamiento por recompresión es del mismo orden que la expanión experimentada por el terreno.

En el segundo caso (expansión a largo plazo) este efecto es el inverso de la consolidación, implica incremento de la relación de vacíos y contenido de agua debidos a la acción de una descarga de larga duración de un terreno de baja permeabilidad.

Los suelos que se presentan con estas características de aumento deolumen pueden identificarse en función de algunas propiedades índice, caracterizándose principalmente valores altos de su límite líquido y de su índice plástico.

Cuando se tenga la evidencia o sospecha de estos suelos, deberá obtenerse muestras inalteradas que permitan determinar en laboratorio sus características de deformación.

A continuación se tiene el cuadro (3.9), con valores de esponjamiento para trabajos de tierra.

(54)

CUADRO 3.9

TIFO DE MATERIAL

Fango y arena movediza

Terreno vegetal, arena o ripio limpio

Arenas y ripios ligeramente arcillosos o con impurezas

Gredas, ripios gredosos, aluviones, escombros de falda

Conglomeradas, arcillas, margas, calizas, areniscas, morrenas

Rocas descompuestas Rocas compactas

'rrtuL

I,

ESPONJAMIENTO (%)

Temporal Remanente

o o

10-22 2-4

16-24 3-6

18-26 4-7

22-23 5-9

26-48 12-24

30-65 20-38

TABLA: 1ng JOHN RITTERSHAUSEN, Construcción General, Universidad de Chile, 1977

3.10 Uso de los9 ñvIones en la construcción de terraplenes

Comenzaremos definiendo él termino terraplén: " Construcción elevada sobre el terreno natural, compuesta de suelo, roca o una combinación de los dos, la cual constituye la obra básica del camino en zonas de relleno ". [RefN°.41

Los terraplenes de carreteras y ferrocarriles se proyectan generalmente basándose en la experiencia, amenos que las alturas sean superiores a 10 o 12 m. El talud normal es usualmente de 1.5 (horizontal) a 1.0 (vertical) ó 2 a 1, a menos que el terraplén esté

sometido a inundaciones. Los terraplenes de carretera se construyen cuidadosamente con suelos seleccionados, compactados para evitar asentamientos y una superficie mal acabada.

Una de las aplicaciones que generalmente tienen los muros se relaciona con el confinamiento de terraplenes, sea porque no se dispone de espacio para su derrame( zonas urbanas), o porque tales derrames resultarían demasiado largos, angostos e inseguros y dificiles de construir (secciones de balcón sobre laderas de pendiente fuerte).

(55)

MII

Los materiales excavados de los cortes en una obra vial deben colocarse en su mayor parte en terraplenes. Por lo general los terraplenes en esta clase .de obra se construyen de sección completa

Frecuentemente es necesario asegurar los taludes de un terraplén ( a veces también de los cortes) para evitar su destrucción por el agua o por los agentes atmosféricos con este objeto se puede proceder como sigue:

Si el terreno presenta suelos blandos o de carácter pantanoso, será

recomendable excavar esta capa y colocar como base los gaviones de alturas convenientes. (Gaviones de base).

En el caso que el terraplén se va a construir sobre un terreno de fuerte pendiente, será necesario eliminar todas las capas superficiales sueltas, que más tarde pudieran provocar un deslizamiento del terraplén y excavar en terreno firme escalones de base horizontal la cual puede ser conformada por gaviones, sobre los cuales se depositará el material de relleno.

Revistiendo los taludes con gavión de espesor adecuado, esto se recomienda especialmente en el caso de terraplenes, pues tales revestimientos no se deterioran con los asentamientos.

Revistiendo los taludes (de cortes) con gavión, aprovechando la propiedad de permeabilidad facilitando la salida de eventuales filtraciones.

3.11 Tablas y anexos

3

a

(56)

/ /

Íl

, PUENTE DOS HERMANOS

-CROQUIS DEL LUGAR

ANEXO N

2

1

EMPLEO DE GAVIONES EN LA CONSTRUCCIÓN Y CONSERVACIÓN DE CARRETERAS

SMBOLOGÍA

-

1

-

-= Rio

= OUE1RA DA

= RL'E.-V TF

SECTOR QUILLUYACU Km 6 + 200

COTA: 2240

Referencia: CARTA DEL I.G.M. PREDESUR

CODIGO 912 1. 59 - G. 342 11 - 24

LUGAR DE ESTUDIO

-fr-

FAGULTAD

DE

(57)

ANEXO N2

EMPLEO DE GAVIONES EN LA CONSTRUCCIÓN Y CONSERVACIÓN DE CARRETERAS

LOCALIZACIÓN DE LAS CALICATAS EN PLANTA ji SMBOLOGA

15m - 3m

T-f i

rn 12m

12 \

12

o-'

im

-y

=

VEJT4COA'

NJ '

\.

1' ZSCAIJ. ( EC?.A

\ qfern(,f - f.ZO '2OC _J

_ FACULmAD. DE

INJJEiRh CIVIL-!

Li - -y

al

(58)

CALICATA 1

0.00

(SM)

0.80 /

(SC)

1.50

Detalles:

-Zona alta del talud

-profundidad de excavación 1.50 m -Presencia de humedad

-Observación: El material tiene uina gradación de arena limo y arcilla -Dificultad de obtención de muestras por ser zona laderosa

CALICATA 2

0.00

(CLI

—'f'\'--- V\

eT

Detalles:

--Zona alta del talud

-profundidad de excavación 1.50 ni -Presencia de humedad

-Observación: El material esta integrado por arcilla. limos y arena fina, constante presencia de derrumbes

-Dificultad de obtención de muestras por ser zona laderosa

qut.) \

ANEXO Ng 3

EMPLEO DE GAVIONES EN LA CONSTRUCCIÓN Y CONSERVACIÓN DE CARRETERAS

ESTRATIGRAFIA DE LAS MUESTRAS

-4-

FAC

U

LPQ

D,

CIVIL

a a a

(59)

-ANEXO N4

EMPLEO DE GAVIONES EN LA CONSTRUCCIÓN Y CONSERVACIÓN DE CARRETERAS

ESTRATIGRAFIA DE LAS MUESTRAS

SMBOLOGÍA

(SM) (SC) (CL) (ML) CALICATA 3 0.00 (CL)

1.00 . - j.

¡

(ML)

—"\--Detalles:

—Zona baja del talud

—profundidad de excavación 1.50 ni

—Presencia mayor humedad

—Observación: No hay mayor resistencia del terreno a la escaración

= ARENA LIMOSA

= ARENA ARCILLOSA

ARCILLA DE BAJA PLASTICIDAD

= LIMOS DE BAJA

PLASTICIDAD ID '.3 CALICATA 4 0.00-7-7 1 (sMI 0.50 (SC 1.50 Detalles:

—Zona baja del talud

—profundidad de excavación 1.50 ni

—Presencia mayor humedad

—Observación: Materiales con presencia de arcilla

/

\

,-\ .sornti. j \ MAR70 zoo

IJ

- - FAC U LTA D ID E

\IrJc3ENJIRIP.

CIVIL,.

w

-A)

(60)

TABLA N°1

RESULTADOS DE ANÁLISIS DE MUESTRAS

CALICATA N.- 1 DESCRIPCIÓN

Profundidad Color

Limite liquido (LL) Limite Plástico (LP) Índice Plástico (IP) Indice de grupo (IG)

Contenido de humedad (W%) Cohesión (c)

Ángulo de frotamiento (o)

Coeficiente de Uniformidad (Cu) Coeficiente de curvatura (Cc) Porcentaje de grava (%G) Porcentaje de arena (%S) Porcentaje de fino (%C) Clasificación SUCS Descripción del suelo

ALORES 1.5m fé claro 27% 20% 7% 0.35 15.50% 0.16 11 no existe no existe 16.01% 39.91% 44.08% SM-SC

Mezclas de arena y limo TABLA N°2

RESULTADOS DE ANÁLISIS DE MUESTRAS

CALICATA N.- 2

DESCRIPCIÓN

Profundidad Color

Límite liquido (LL) Límite Plástico (LP) Índice Plástico (IP) Índice de grupo (lG)

Contenido de humedad (W%) Cohesión (c)

Angulo de frotamiento (o)

Coeficiente de Uniformidad (Cu) Coeficiente de curvatura (Cc) Porcentaje de grava (%G) Porcentaje de arena (%S) Porcentaje defino (%C) Clasificación SUCS

Descri pción del suelo

-ALORES 1.5m claro 29% 22% 7% 1.2 13.08% 0.35 6 no existe no existe 11.65% 37.67% 50.68% ML-CL

na fina con limo arcilla

(61)

ALORES 1.5m café claro 24% 18%. 6% 1.76 11.77% 0.05 25 no existe no existe 4.01% 34.72% 61.27% ML-CL na fina con limo

ALORES 1.5m claro 29% 22% 7% 0.43 21.74% 0.15 20 no existe no existe 28.64% 34.92% 36.54% SM-SC

Mezclas de arena y limo arcilla TABLA N°3

RESULTADOS DE ANÁLISIS DE MUESTRAS

CALICATA N.-3 DESCRIPCIÓN

Profundidad Color

Límite liquido (LL) Limite Plástico (LP) Índice Plástico (IP) Índice de grupo (IG)

Contenido de humedad (W%) Cohesión (c)

Ángulo de frotamiento (o)

Coeficiente de Uniformidad (Cu) Coeficiente de curvatura (Cc) Porcentaje de grava (%G) Porcentaje de arena (%S) Porcentaje de fino (%C) Clasificación SUCS Descripción del suelo

TABLA N°4

RESULTADOS DE ANÁLISIS DE MUESTRAS

CALICATA N.- 4 DESCRIPCIÓN

Pi ofundidad

Límite liquido (LL) Limite Plástico (LP) Índice Plástico (IP) Índice de grupo (IG)

Contenido de humedad (W%) Cohesión (c)

Angulo de frotamiento (o)

Coeficiente de Uniformidad (Cu) Coeficiente de curvatura (Cc) Porcentaje de grava (%G) Porcentaje de arena (%S) Porcentaje de fino (%C) Clasificación SUCS Descripción del suelo

Figure

Fig. 2.7.a
Fig 2 7 a. View in document p.22
Fig. 2.71
Fig 2 71. View in document p.22
Fig. 2.7.e
Fig 2 7 e. View in document p.23
Fig. 28Pfiçj. 13

Fig 28.

Pfi j 13. View in document p.24
tabla 2.10..
tabla 2.10. View in document p.26
Fig. 2.10
Fig 2 10. View in document p.27
CUADRO DE ¡'ESO DE UNIDADES
CUADRO DE ESO DE UNIDADES. View in document p.27
Fig. 2.13a
Fig 2 13a. View in document p.29
CUADRO N° 3.2
CUADRO N 3 2. View in document p.35
Cuadro (3.4.a) Valores del Modulo Elástico
Cuadro 3 4 a Valores del Modulo El stico. View in document p.39
CUADRO (3.4.b) Valores del Coeficiente de Poisson
CUADRO 3 4 b Valores del Coeficiente de Poisson. View in document p.40
CUADRO 3.8.3
CUADRO 3 8 3. View in document p.52
CUADRO 3.9TIFO DE MATERIAL
CUADRO 3 9TIFO DE MATERIAL. View in document p.54
TABLA N°1RESULTADOS DE ANÁLISIS DE MUESTRAS
TABLA N 1RESULTADOS DE AN LISIS DE MUESTRAS. View in document p.60
TABLA N°3RESULTADOS DE ANÁLISIS DE MUESTRAS
TABLA N 3RESULTADOS DE AN LISIS DE MUESTRAS. View in document p.61
TABLA N) 5Componentes y fracciones del Suelo
TABLA N 5Componentes y fracciones del Suelo. View in document p.73
fig.4.2. la)
fig.4.2. la). View in document p.79
fig 4.4.a
fig 4.4.a. View in document p.88
CUADRO 5.4.1
CUADRO 5 4 1. View in document p.111
Tablas y anexos
Tablas y anexos. View in document p.123
Fig 63.a Y 631
Fig 63 a Y 631. View in document p.151
Fig 6.3.e
Fig 6 3 e. View in document p.152
Fig 6.4,a
Fig 6 4 a. View in document p.153
6.6 CÓ%tura Fig 6.51y amarre de ar1sta. [Ref. N.21
C tura Fig 6 51y amarre de ar1sta Ref N 21. View in document p.155
fig.6.6h
fig.6.6h. View in document p.156
fig. 6.7.a
fig. 6.7.a. View in document p.157
Tabla 5.1W =�0.117
Tabla 5 1W 0 117. View in document p.176
fig(7.5.l.c)
fig(7.5.l.c). View in document p.182
CUADRO COMPARATIVO DE PRECIOS DE LOS WiUROS EN ESTUDIO
CUADRO COMPARATIVO DE PRECIOS DE LOS WiUROS EN ESTUDIO. View in document p.184
AUTOR:�EGDO. GIOVANNI VACA.UNIDAD:�m3UBICACIÓN: VIA LOJA MALACATOS KM 6 + 200CUADRO 8.4
AUTOR EGDO GIOVANNI VACA UNIDAD m3UBICACI N VIA LOJA MALACATOS KM 6 200CUADRO 8 4. View in document p.215

Referencias

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