1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS
EVALUACIÓN DE UN SISTEMA DE TENSORES DE POLIETILENO RECICLADO COMO REFUERZO EN LA ESTABILIDAD DE MUROS DE CONTENCIÓN
APLICADO A OBRAS VIALES HUANCAYO – 2019
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL
PRESENTADO POR:
BACH. LINEN ÁNGEL DE LA CRUZ GUADALUPE
HUANCAYO - PERÚ 2020
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
DECANATO
Av. Mariscal Castilla 3909 - 4089 El Tambo – Huancayo
ACTA DE SUSTENTACION DE TESIS PROFESIONAL EN INGENIERIA CIVIL BACH/ING.
LINEN ANGEL DE LA CRUZ GUADALUPE
En Huancayo, a los nueve días del mes de setiembre del año dos mil veintidós, siendo las 13:00 p.m., se reunieron en forma virtual Microsoft Teams, según establece la Resolución N° 6803-CU-2020 de fecha 05.05.2020 de Protocolo de Sustentación en forma virtual, los siguientes miembros del Jurado:
PRESIDENTE : Ph.D. Tito Mallma Capcha
SECRETARIO DOCENTE : Mg. Javier Francisco Chávez Peña JURADO TITULAR : Dr. Rodolfo Ricardo Ribbeck Hurtado
JURADO TITULAR : Mg. Job. Perez Canchanya
JURADO TITULAR : Mg. Dionisia Rosa Aguirre Gaspar Para evaluar la sustentación de la TESIS presentado por:
EL BACHILLER : LINEN ANGEL DE LA CRUZ GUADALUPE
Que, mediante Decreto Supremo N° 008-2020-SA se declara en emergencia sanitaria a nivel nacional, por el plazo de noventa (90) días calendario, por la existencia del COVID-19, la cual es prorrogada mediante Decretos Supremos Nº 020- 2020-SA y N° 027-2020-SA, y mediante Decreto Supremo N° 031-2020-SA la misma que prorroga a partir del 7 de diciembre de 2020 por un plazo de noventa (90) días calendarios y se dicta medidas de prevención y control del COVID-19, dada a la coyuntura actual y el Oficio N° 121-2020-DGA/UNCP, Decreto de Urgencia N° 026-2020 del 15 de marzo del 2020, Resolución Ministerial N° 085-2020-MINEDU, en la que establece normas para el desarrollo de sustentaciones de Grados y Títulos en forma virtual conforme a la normatividad alcanzada por el gobierno y SUNEDU de la educación a distancia por la emergencia sanitaria, alcanzando el protocolo de sustentación virtual.
Previamente, el Señor Presidente del Jurado examinador, solicitó al Secretario Docente dar lectura a la Resolución Digital N° 081-2022-DFIC/UNCP. A continuación, se invitó al examinado, a sustentar mediante vía virtual (plataforma Microsoft teams) su Tesis Titulada “EVALUACIÓN DE UN SISTEMA DE TENSORES DE POLIETILENO RECICLADO COMO REFUERZO EN LA ESTABILIDAD DE MUROS DE CONTENCION APLICADO A OBRAS VIALES HUANCAYO- 2019”,
Después de realizada la sustentación, absolvió las preguntas de los jurados y tomó conocimiento de las observaciones.
A continuación, el Presidente del jurado, indicó al sustentante a cerrar comunicación por un momento, para proceder a la deliberación y votación secreta, que dio el resultado siguiente:
Calificación : _____________________32.00 PUNTOS ______________________
Con denominación : APROBADO POR UNANIMIDAD, CON MENCIÓN DE EXCELENCIA Se invitó al sustentante a volver a la comunicación vía virtual (plataforma Microsoft teams) para escuchar el veredicto de la evaluación, con el cual terminó el procedimiento.
Siendo las 14:20 pm., del mismo día, se dio por concluida la sustentación, procediendo a firmar los jurados en señal de conformidad,
Dr. Rodolfo Ricardo Ribbeck Hurtado ______________________________________________
Mg. Job. Perez Canchanya ______________________________________________
Mg. Dionisia Rosa Aguirre Gaspar __________________________________________
2 ASESOR
Dr. Rodolfo Ribbeck Hurtado
3 DEDICATORIA
A mis padres: William e Hilaria, por cimentar la construcción de mi vida profesional, sentaron en mí, bases de responsabilidad y perseverancia.
A mis familiares cercanos Alcides, Roxana, Maritza, Lupe y Grover quienes fueron un ejemplo de profesionales a
seguir y estuvieron
apoyándome constantemente con sus consejos.
4 AGRADECIMIENTO
En primer lugar, agradezco a mi alma mater Universidad Nacional del Centro del Perú, a los maestros por la dedicación y vocación de transmitir sus conocimientos en mi proceso de formación, y que hoy en día se materializa con un logro importante como es culminar la ejecución de la tesis.
A mis compañeros de estudio por su sincera amistad, recuerdos gratos que guardo en el corazón de la etapa de estudiante.
5 ÍNDICE DE CONTENIDO
DEDICATORIA ... 3
AGRADECIMIENTO ... 4
ÍNDICE DE CONTENIDO ... 5
ÍNDICE DE FIGURAS ... 11
ÍNDICE DE GRÁFICOS ... 14
RESUMEN ... 15
ABSTRACT ... 16
INTRODUCCIÓN ... 17
CAPÍTULO I ... 19
PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIóN ... 19
1.1.PLANTEAMIENTOYFORMULACIÓNDELPROBLEMA ... 19
1.1.1. Planteamiento del problema ... 19
1.1.2. Formulación del problema ... 20
1.2.OBJETIVOS... 21
1.2.1. Objetivo general ... 21
1.2.2. Objetivos específicos ... 21
1.3.JUSTIFICACIÓNDELAINVESTIGACIÓN ... 22
1.3.1. Justificación teórica ... 22
1.3.2. Justificación práctica ... 22
1.3.3. Justificación metodológica... 22
1.4.DELIMITACIÓNDELAINVESTIGACIÓN ... 23
1.4.1. Conceptual ... 23
1.4.2. Espacial ... 23
1.4.3. Temporal ... 23
1.5.HIPÓTESIS ... 23
1.5.1. Hipótesis general ... 23
1.5.2. Hipótesis específicas... 23
1.6.VARIABLES ... 24
1.6.1. Variable independiente ... 24
1.6.2. Variable dependiente ... 24
1.8.MODELODEPRUEBADEHIPÓTESIS ... 25
1.8.1. Prueba de hipotesis 1 ... 25
1.8.2. Prueba de hipotesis 2 ... 26
1.8.3. Prueba de hipotesis 3 ... 26
CAPÍTULO II ... 27
MARCO TEÓRICO ... 27
6
2.1.ANTECEDENTESDELPROBLEMA ... 27
2.1.1. Antecedentes nacionales ... 27
2.1.2. Antecedentes internacionales ... 29
2.2.BASESTEÓRICAS ... 31
2.2.1.1. Factores que afectan la estabilidad ... 32
2.2.1.2. Análisis de estabilidad de taludes ... 34
2.2.1.3. Método de análisis de equilibrio limite ... 36
2.2.1.4. Parámetros utilizados en los análisis de Límite de Equilibrio ... 38
2.2.1.5. Limitaciones de los Métodos de Limite de Equilibrio... 40
2.2.1.6. Métodos de análisis de Límite de Equilibrio ... 40
a. Tablas para análisis rápidos ... 41
b. Análisis de bloques o cuñas ... 42
c. Método de la espiral logarítmica ... 43
d. Métodos de círculos de falla ... 44
2.2.1.7. Comparación de los diversos métodos para determinar la estabilidad .... 51
2.2.1.8. Medidas de estabilización ... 52
2.2.1.9. Métodos de estabilización ... 54
2.2.1.9.1. Modificación de la geometría ... 54
2.2.1.9.2. Medidas de drenajes ... 56
2.2.1.9.3. Elementos estructurales resistentes ... 56
2.2.1.9.4. Muros y elementos de contención ... 59
2.2.1.10. Diseño de muro de contención ... 62
2.2.1.10.1. Dimensionamiento de muros de contención ... 62
2.2.1.10.2. Teoría de la presión de tierra de Rankine ... 63
2.2.1. Sistema de tensores de polietileno reciclado ... 66
2.2.2.1. Polietileno Tereftalato (PET) ... 67
2.2.2.2. Propiedades mecánicas de resistencia de fibras de polietileno ... 68
2.2.3. Propiedades del suelo ... 70
2.2.3.1. Propiedades físicas del suelo ... 70
2.2.3.2. Propiedades mecánicas del suelo ... 77
2.2.3.2.1. Resistencia del suelo al esfuerzo cortante ... 77
2.2.3.2.2. Ecuación de falla de Mohr – Coulomb ... 77
2.2.3.2.3. Ensayo de corte directo ... 78
2.2.4. Ensayos de suelos ... 79
2.3.MARCOCONCEPTUAL ... 84
CAPÍTULO III ... 87
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ... 87
7
3.1.METODOLOGÍAYRECOLECCIÓNDEDATOS ... 87
3.1.1. Tipo de investigación... 87
3.1.2. Nivel de investigación ... 87
3.1.3. Diseño de investigación ... 87
3.1.4. Método de investigación ... 88
3.1.5. Población y muestra ... 88
3.1.5.1. Población ... 88
3.1.5.2. Muestra ... 88
3.1.6. Técnicas de recolección de datos ... 89
3.1.7. Instrumentos de recolección de datos ... 89
3.1.8. Técnicas de análisis de datos ... 90
3.2.PROCEDIMIENTOMETODOLÓGICODELAINVESTIGACIÓN ... 90
3.2.1. Localización de la zona de estudio y búsqueda de información ... 91
3.2.1.1. Ubicación del lugar de estudio ... 91
3.2.1.2. Condición actual del talud natural ... 91
3.2.2. Trabajos de campo ... 92
3.2.2.1. Estudio topográfico... 92
3.2.2.2. Estudio geotécnico ... 93
3.2.3. Trabajos de laboratorio ... 93
3.2.4. Procesamiento y análisis de resultados obtenidos ... 94
3.2.4.1. Casos de aplicación ... 95
CAPÍTULO IV RESULTADOS Y DISCUSIóN ... 96
4.1.ANÁLISISDERESULTADOS ... 96
4.1.1. Caracterización de la zona de estudio ... 96
4.1.1.1. Ubicación de la zona de estudio ... 96
4.1.1.2. Topografía del talud en estudio ... 96
4.1.1.3. Condición actual del talud ... 97
4.1.2. Propiedades físicas del suelo del talud ... 99
La investigación concluyente antes mencionada proporcionó los datos utilizados para recoger las muestras de suelo representativas del talud, que se recogieron de acuerdo con la NTP 339.151, que establece las mejores normas para la manipulación, almacenamiento y transporte de muestras de suelo. ... 99
4.1.2.1. Contenido de humedad ... 99
4.1.2.2. Análisis granulométrico por tamizado ... 99
4.1.2.3. Clasificación del suelo según el método SUCS y AASHTO ... 101
4.1.3. Propiedades mecánicas del suelo del talud ... 101
4.1.3.1. Ensayo de Corte Directo ... 101
8
4.1.4. Evaluación de las propiedades de resistencia del polietileno ... 104
4.1.5. Datos importantes para el análisis de cada caso de aplicación ... 105
4.1.5.1. Cálculo de la carga vehicular ... 105
4.1.5.2. Cálculo de carga de coeficiente sísmico horizontal ... 106
4.1.6. Casos de aplicación de análisis de estabilidad del talud ... 106
4.1.6.1. Análisis de estabilidad estático y pseudoestático del talud natural ... 107
4.1.6.2. Análisis de estabilidad global estático y pseudoestático del talud y muro de contención – sin un sistema de tensores de polietileno ... 107
4.1.6.3. Verificación de estabilidad del muro de contención por vuelco y deslizamiento – sin un sistema de tensores de polietileno ... 108
4.1.6.4. Verificación de estabilidad del muro de contención por volteo y deslizamiento – con un sistema de tensores de polietileno ... 109
4.1.7. Análisis comparativo de factores de seguridad en condición natural del talud, muros de contención y con un sistema de tensores de polietileno reciclado 113 4.1.8. Análisis comparativo de la sección transversal de muro de contención con los métodos tradicionales ... 116
4.1.8.1. Alternativa de muro de contención con sección mínima planteada con tensores 116 4.1.8.2. Alternativa de muro de contención con sección aumentada planteada 119 4.2. CONTRASTACIÓNDEHIPOTESIS ... 122
2.2.2. PRUEBA DE HIPÓTESIS N°01 ... 122
2.2.3. PRUEBA DE HIPÓTESIS N°02 ... 125
2.2.4. PRUEBA DE HIPÓTESIS N°03 ... 127
2.3.DISCUSIÓNDERESULTADOS ... 129
2.3.1. DISCUSIÓN 1 (OG) ... 129
2.3.2. DISCUSIÓN 2 (OE 1) ... 130
2.3.3. DISCUSIÓN 3 (OE 2) ... 131
2.3.4. DISCUSIÓN 4 (OE 3) ... 131
CAPÍTULO V: ... 133
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 133
5.1.CONCLUSIONES ... 133
5.2.RECOMENDACIONES ... 134
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 135
9 ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Matriz de Operacionalización de variables. ... 24
Tabla 2: Factores que influyen en la estabilidad de taludes. ... 33
Tabla 3: Factores de zona “Z”. ... 36
Tabla 4: Resumen de Métodos de análisis de estabilidad de taludes. ... 41
Tabla 5: Lista de tablas para el cálculo de la estabilidad de taludes. ... 42
Tabla 6: Diferencias básicas entre diversos métodos de análisis de estabilidad de taludes. ... 53
Tabla 7: Tamaño de partículas. ... 71
Tabla 8: Tamaños estándar de tamices. ... 71
Tabla 9: característica del suelo según la índice plasticidad ... 73
Tabla 10: Clasificación SUCS para suelos gruesos. ... 75
Tabla 11: Clasificación SUCS para suelos finos. ... 75
Tabla 12: Clasificación AASHTO para suelos granulares y finos. ... 76
Tabla 13: Masa mínima de la porción de suelo según el tamaño máximo. ... 79
Tabla 14: Normativas Técnicas de ensayos de materiales en laboratorio. ... 93
Tabla 15: Cantidad de ensayos de laboratorio realizados. ... 93
Tabla 16: Características geométricas del talud. ... 96
Tabla 17: Resumen del contenido de humedad del suelo. ... 98
Tabla 18: Resumen del análisis granulométrico del suelo. ... 99
Tabla 19: Porcentaje granulométrico de suelo. ... 99
Tabla 20: Resultados del límite líquido, plástico e índice de plasticidad. ... 99
Tabla 21: Clasificación del suelo representativo. ... 100
Tabla 22: Parámetros de resistencia de la calicata C-01. ... 100
Tabla 23: Parámetros de resistencia de la calicata C-02. ... 100
Tabla 24: Parámetros de resistencia de la calicata C-03. ... 102
Tabla 25: Resumen de Parámetros de Resistencia del suelo del talud. ... 102
Tabla 26: Ensayo de tensión en tensores de polietileno reciclado. ... 104
Tabla 27: Pesos y medidas máximas permitidas del camión C4. ... 105
Tabla 28: Carga distribuida vehicular. ... 106
Tabla 29: Coeficiente sísmico Cs. ... 106
Tabla 30: Factores de seguridad del análisis de estabilidad Global del talud natural. 160 Tabla 31: Factores de seguridad del análisis de estabilidad global del talud y muro de contención sin tensores. ... 107
Tabla 32: Resultado de factores de seguridad de la verificación de estabilidad del muro de contención sin tensores. ... 108
Tabla 33: Verificación de estabilidad del muro de contención con tensores. ... 110
10 Tabla 34: Factores de seguridad del análisis de estabilidad global del talud y muro de
contención con tensores. ... 111 Tabla 35: Variación del factor de seguridad en la verificación de estabilidad del muro
de contención. ... 113 Tabla 36: Variación del factor de seguridad del análisis de estabilidad del talud. ... 114 Tabla 37: Comparación del factor de seguridad en la verificación de estabilidad del
muro de contención. ... 120 Tabla 38: Comparación de factor de seguridad del análisis de estabilidad de talud. . 120 Tabla 39: Variación de secciones de muro. ... 122 Tabla 40: Estadísticos descriptivos prueba de hipótesis N° 01 ... 122 Tabla 41:Prueba de normalidad en prueba de hipótesis N°01 ... 123 Tabla 42: Resultado de la prueba T de Student para muestras relacionadas en la
Hipotesis N° 01 ... 123 Tabla 43: Estadísticos descriptivos prueba de hipótesis N° 02 ... 124 Tabla 44: Prueba de normalidad en prueba de hipótesis N° 02 ... 125 Tabla 45: Resultado de la prueba T de Student para muestras relacionadas en la
hipótesis N°02. ... 125 Tabla 46: Estadísticos descriptivos prueba de hipótesis N° 03 ... 127 Tabla 47: Prueba de normalidad en prueba de hipótesis N° 03 ... 127 Tabla 48: Resultado de la prueba T de Student para muestras relacionadas en la
hipótesis N°03. ... 127
11 ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Detalle de un talud y de una ladera. ... 32
Figura 2: Nomenclatura de las diferentes partes que conforman un deslizamiento. .... 34
Figura 3: Superficie de falla y dirección de la resistencia al cortante. ... 38
Figura 4: Esquema del método del bloque deslizante. ... 43
Figura 5: Alternativas de procedimiento de localización de los círculos de falla para el análisis de estabilidad de taludes. ... 45
Figura 6: Esquema de un sistema típico de análisis con tajadas o dovelas. ... 46
Figura 7: Fuerzas que actúan sobre una dovela en un análisis de estabilidad del arco circular con dovelas. ... 46
Figura 8: Fuerzas que actúan sobre una dovela en los métodos de dovelas. ... 47
Figura 9: Fuerzas que actúan sobre una dovela en el método ordinario o de Fellenius. ... 47
Figura 10: Esquema de fuerzas sobre una dovela en el método de Bishop simplificado. ... 49
Figura 11: Paralelismo de las fuerzas entre dovelas en el método de Spencer... 50
Figura 12: Fuerzas que actúan sobre las dovelas en el método de Spencer. ... 50
Figura 13: Muro de gaviones. ... 54
Figura 14: Tendido del ángulo del talud. ... 55
Figura 15: Contrapeso para estabilización de un deslizamiento activo. ... 55
Figura 16: Refuerzo con anclajes... 57
Figura 17: Estabilización de talud con micropilotes. ... 58
Figura 18: Partes de un anclaje. ... 58
Figura 19: Talud estabilizado mediante anclajes. ... 59
Figura 20: Muro de gaviones. ... 60
Figura 21: Tipos de muros de retención y/o contención. ... 61
Figura 22: Muro de tierra armada – sistema Terramesh. ... 62
Figura 23: Dimensiones aproximadas para revisiones iniciales de muro de contención, (a) muro por gravedad, (b) muro en voladizo. ... 63
Figura 24: Cálculo de la presión lateral de tierra, muro en voladizo, teoría de Rankine. ... 64
Figura 25: Calculo de la presión lateral de tierra, muro de gravedad, teoría de Rankine. ... 64
12
Figura 26 : Fibras de polietileno cortadas de botellas PET... 68
Figura 27 : Entrelazado de fibras de polietileno reciclado. ... 69
Figura 28 : Ensayo uniaxial (EN ISO 2307). ... 70
Figura 29 : Curva granulométrica de un suelo e interpretación de la curva. ... 72
Figura 30: Límites de Atterberg. ... 72
Figura 31: Carta de Casagrande (Suelos finos y orgánicos). ... 76
Figura 32: Envolvente de falla. ... 77
Figura 33: Ensayo de corte directo. ... 78
Figura 34: Procedimiento metodológico. ... 90
Figura 35: Superficie topográfica del talud en estudio. ... 93
Figura 36: Ubicación de la zona de estudio. ... 96
Figura 37: Plano topográfico del talud en estudio. ... 96
Figura 38: Muestreo del área de estudio. ... 98
Figura 39: Perfil estratigráfico del talud natural en estudio. ... 98
Figura 40: Definición del método de equilibrio límite con la que se evaluará. ... 107
Figura 41: Configuración del muro de contención sin tensores. ... 108
Figura 42: Configuración para el análisis de verificación de estabilidad del muro de contención con 80 fibras/tensores o fuerza equivalente de 4.70 KN. ... 110
Figura 43: Configuración para el análisis de verificación de estabilidad del muro de contención con 100 fibras/tensores o fuerza equivalente de 7.40 KN. ... 110
Figura 44: Configuración para el análisis de verificación de estabilidad del muro de contención con 130 fibras/tensores o fuerza equivalente de 11.70 KN. ... 110
Figura 45: Configuración para el análisis de estabilidad global del talud y muro de contención con tensores. ... 111
Figura 46: Análisis de estabilidad en condición natural del talud. ... 113
Figura 47: Análisis de estabilidad global del talud y muro de contención sin tensores. ... 113
Figura 48: Análisis de verificación de estabilidad del muro de contención con tensores (130 fibras por tensor de fibra de polietileno reciclado). ... 114
Figura 49: Análisis de estabilidad global del talud y muro de contención con tensores (130 fibras por tensor de fibra de polietileno reciclado). ... 113
Figura 50: Configuración de sección de muro para el análisis de estabilidad del muro de contención planteado con tensores. ... 117
Figura 51: Resultados de las verificaciones estáticas del factor de seguridad al vuelco y deslizamiento de la sección de muro de contención planteado con tensores. . 117
13 Figura 52: Resultados de las verificaciones pseudoestaticas del factor de seguridad al
vuelco y deslizamiento de la sección de muro de contención planteado con
tensores. ... 118
Figura 53: Resultados del análisis estático de estabilidad global del talud y muro de contención de sección planteada con tensores. ... 118
Figura 54: Resultados del análisis pseudoestático de estabilidad global del talud y muro de contención de sección planteada con tensores. ... 118
Figura 55: Configuración de sección de muro para el análisis de estabilidad del muro de contención con sección aumentada. ... 119
Figura 56: Resultados de las verificaciones estáticas de la sección de muro de contención con sección aumentada planteado... 119
Figura 57: Resultados de las verificaciones pseudoestaticas de la sección de muro de contención con sección aumentada planteado... 120
Figura 58: Resultados del análisis estático de estabilidad global del talud y muro de contención con sección aumentada planteado... 120
Figura 59: Resultados del análisis Pseudoestatico de estabilidad global del talud y muro de contención con sección aumentada planteado. ... 120
Figura 60: Laboratorio N°1 de ensayos de materiales – LEM UNI. ... 137
Figura 61: Muestras de tensores fabricados con fibras de polietileno. ... 137
Figura 62: Diferentes configuraciones o muestras de tensores. ... 138
Figura 63: Ensayo Uniaxial de tensores de polietileno. ... 138
Figura 64: Muestras ensayadas de los tensores de polietileno. ... 138
Figura 65: Muestras ensayadas de los tensores de polietileno. ... 138
14 ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Esfuerzo normal VS Esfuerzo cortante C-01. ... 100
Gráfico 2: Esfuerzo normal VS Esfuerzo cortante C-02. ... 101
Gráfico 3: Esfuerzo normal VS Esfuerzo cortante C-03. ... 103
Gráfico 4: Envolvente de falla de tensores de fibra de polietileno reciclado. ... 105
Gráfico 5: Variación del factor de seguridad del análisis de estabilidad del muro de contención con tensores. ... 114
Gráfico 6: Variación del factor de seguridad del análisis de estabilidad del talud y muro de contención con tensores. ... 115
15 RESUMEN
La investigación científica titulado: “Evaluación de un Sistema de Tensores de Polietileno Reciclado como refuerzo en la estabilidad de Muros de Contención aplicado a Obras Viales Huancayo –2019”, tiene como objetivo principal evaluar un sistema de tensores empleando fibras de polietileno reciclado como refuerzo en la estabilidad de muros de contención aplicado Obras viales, con caso de estudio en el proyecto definitivo de la carretera Chupuro - Huasicancha, provincia de Huancayo, región Junín.
Desarrollando para ello diferentes casos de los factores de seguridad en muros de contención. Para alcanzar el objetivo del trabajo de tesis, se realizó dos mediciones en dos tiempos distintos de la variable Factor de Seguridad, un primer Pre test (muro sin tensor) y luego el post test (muro con tensor). Con este fin se realizaron estudios mecánica de las fibras de polietileno reciclado en laboratorio y luego se ejecutó la inserción de sus propiedades en los análisis de los modelos de estabilidad como fuerza resistente horizontal.
Los resultados alcanzados del trabajo de tesis reflejan que las muestras de tensor con 130 fibras ofrecen una resistencia de 11.7 KN, este esfuerzo se introduce en el modelo de estabilidad como anclaje de refuerzo horizontal para mejorar lo bien construido que está el muro de contención analizado (sección mínima). Los factores de seguridad de estabilidad global aumentan un +40,30% con respecto al muro sin tensores (estudio estático) y un +39,82%. El factor de seguridad al vuelco logra una mejora del 22.10%
(análisis estático) y 21.05% pseudoestático, y seguridad deslizamiento mejora 90.91%
(análisis estático) y 50.00% (análisis pseudoestático). La mejora en los factores de seguridad permite reducir la sección de un muro convencional en un 54% con la aplicación de un sistema de tensores con fibras de polietileno reciclado.
El presente trabajo de tesis concluye, que las propiedades de resistencia de un sistema de tensores de polietileno reciclado logran mejorar la estabilidad de muros de contención en obras viales y lo hacen eficientes para competir con materiales tradicionales o sistemas convencionales, como resultado, esto proporciona una opción novedosa y respetuosa con el medio ambiente para el reciclaje generalizado de los escombros de obras de construcción.
Palabras clave: Tensores de Polietileno de tereftalato, Estabilidad de Muros de Contención, Polietileno reciclado.
16 ABSTRACT
The scientific research entitled: "Evaluation of a Tensile System of Recycled Polyethylene as reinforcement in the stability of Retaining Walls applied to Road Works Huancayo - 2019", has as main objective to evaluate a tensile system using recycled polyethylene fibers as reinforcement in the stability of retaining walls applied to Road Works, with case study in the final project of the Chupuro - Huasicancha road, province of Huancayo, Junin region. Developing for this purpose different analyses of the safety factors of retaining walls. To achieve the objective of the thesis work, two measurements were made at two different times of the Factor of Safety variable, a first pre-test (wall without tensor) and then the post-test (wall with tensor). For this purpose, mechanical studies of the recycled polyethylene fibers were carried out in the laboratory and then the insertion of their properties in the analysis of the stability models as horizontal resisting force was performed.
The results achieved from the thesis work reflect that the tensor specimens with 130 fibers offer a resistance of 11.7 KN, this stress is introduced in the stability model as horizontal reinforcement anchorage to improve how well constructed the analyzed retaining wall is (minimum section). The overall stability safety factors increase by +40.30% with respect to the wall without tensioners (static study) and by +39.82%, the overturning safety factor achieves an improvement of 22.10% (static analysis) and 21.05% pseudo-static, and the sliding safety factor improves by 90.91% (static analysis) and 50.00% (pseudo-static analysis). The improvement in the safety factors allows reducing the section of a conventional wall by 54% with the application of a tensioning system with recycled polyethylene fibers.
This thesis work concludes that the strength properties of a recycled polyethylene tensile system improve the stability of retaining walls in road works and make it efficient to compete with traditional materials or conventional systems. As a result, this provides a novel and environmentally friendly option for the generalized recycling of construction debris.
Keywords: Polyethylene Terephthalate Tensioner, Retaining wall stability, recycled polyethylene.
17 INTRODUCCIÓN
El trabajo de tesis tiene como antecedentes el uso de tensores de anclaje en muros de contención a través de barras de acero de alta resistencia que trabajan a tracción, y son capaces de soportar las fuerzas que cargan sobre el muro, esta técnica es conocida en el Perú como “Soil Nailing” (Mendo Taquire, 2018) .
La problemática que motivó el presente trabajo de tesis se enfoca en los proyectos de obras viales desarrollados en la sierra peruana, donde se tiene la particularidad de una topografía accidentada por la presencia de la cordillera de los andes, siendo necesario la construcción de estructuras complementarias (obras de arte) como los muros de contención, generándose inconvenientes como un mayor tiempo de ejecución e incremento de costos. También se busca abordar el problema ambiental por contaminación de residuos plásticos de botellas de polietileno tereftalato (PET), ya que, el plástico constituye casi el 10% de la basura total de Perú, mientras que solo el 0,3%
de todo el plástico desperdiciado se recicla (Ministerio del Ambiente, 2018).
El trabajo de tesis tiene como propósito de estudio evaluar un sistema de tensores de polietileno reciclado como refuerzo en la estabilidad de muros de contención aplicado a obras viales, aportando así un valor explicativo y científico sobre la mejora en los factores de seguridad con el potencial uso de elementos reciclados como material alternativo dentro del proceso constructivo, por ello, se planteó el objetivo general de determinar el comportamiento de un sistema de tensores de polietileno reciclado en la estabilidad de muro de contención.
Para alcanzar la meta esencial del trabajo de investigación, se realizó dos mediciones en dos tiempos distintos de la variable Factor de Seguridad, un primer Pre test (muro sin tensor) y luego el post test (muro con tensor). Las siguientes pruebas de caracterización de suelos se realizaron en la carretera Chupuro - Huasicancha en base a los resultados de las pruebas realizadas en la progresiva del km 07+034, de los resultados de resistencia mecánica a la tensión uniaxial de las fibras de polietileno reciclado en laboratorio, se ejecutó la evaluación del esfuerzo de carga máxima en tensores de 80 hilos, 100 hilos y 130 hilos, las fuerzas de tensión obtenido para los distintos casos contribuyen a resistir los empujes horizontales de suelos, mejorando de esta forma los factores de seguridad en los análisis de estabilidad.
El trabajo de tesis está compuesto por V apartados:
18 En el primer capítulo se expone la metodología de la investigación, incluyendo detalles sobre el tema, los objetivos, la justificación, los límites de la investigación, el desarrollo de hipótesis y las variables de estudio/investigación.
La estabilización de taludes y muros de contención, los procedimientos de estabilización con diferentes materiales, la resistencia a cortante de los suelos y el factor de seguridad frente a deslizamientos de taludes son sólo algunos de los temas tratados en el capítulo II, "Marco teórico", que proporciona el contexto para el trabajo presentado en la tesis.
Los fundamentos teóricos y la metodología de la investigación se exponen en el capítulo III. Además, se exponen la población objetivo del estudio, la muestra y las herramientas de recogida y análisis de datos.
En el capítulo IV, se presentan los resultados del análisis y la discusión, incluyendo todos los datos obtenidos, los resultados de las pruebas de suelo y fibras de polietileno reciclado, y los resultados de los procedimientos de modelización de taludes y muros de contención.
Todas las conclusiones y sugerencias formuladas a lo largo de la tesis se reúnen en el capítulo V para aportar soluciones a los problemas de la investigación. La última sección presenta los anexos, que contienen el panel fotográfico, el estudio de estabilidad del muro de contención y los resultados de las pruebas de laboratorio.
19 CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN
1.1. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.1.1. Planteamiento del problema
En la sierra peruana, la existencia de la cordillera de los Andes, con su difícil orografía, supone un reto para los diseñadores y constructores de carreteras, limitando el cumplimiento de un correcto diseño geométrico en planta y perfil de las vías locales y nacionales, esto hace necesario el planteamiento de estructuras complementarias como los muros de contención y análisis de estabilidades que permitan reducir el peligro y vulnerabilidad de la infraestructura, el inconveniente se genera porque estas estructuras de contención incrementan los tiempos de ejecución y costos de construcción (Tenorio & Santa Cruz, 2022) .
Para el desarrollo del trabajo de tesis se eligió el proyecto ejecutado por el gobierno regional de Junín, que es el Mejoramiento de la carretera tramo Chupuro – Huasicancha, donde se contempló como uno de sus componentes la construcción de 10.091 Km de muro de contención, con una ratio de 189.9 metros lineales por kilómetro de carretera, representando un 3.21% del costo de construcción. Por otro lado, se identificó el grave problema de exceso de acumulación de residuos plásticos en el medio ambiente a nivel mundial, los mismos que tardan hasta 500 años en degradarse. En Perú se producen anualmente unas 950.000 toneladas métricas de residuos plásticos. (Ministerio del Ambiente, 2018)
20 La demanda mundial de envases de plástico de polietileno tereftalato (PET) en los últimos veinte años ha crecido de manera exponencial y la tendencia indica que seguirá en aumento, poque es un material que gracias a su rigidez y dureza son de uso vital en diferentes sectores, es así que la necesidad de reciclaje toma mayor importancia cada día a nivel mundial, apuesta por la filosofía de la economía circular, que pretende sustituir a la economía lineal reduciendo la cantidad de basura que sólo se recoge para su eventual eliminación y aumentando el gasto de los consumidores (Ministerio del Ambiente, 2018).
1.1.2. Formulación del problema 1.1.2.1. Problema general
¿Cuál es la influencia del sistema de tensores de polietileno reciclado como refuerzo en la estabilidad de muros de contención aplicado a obras viales Huancayo – 2019?
21 1.1.2.2. Problemas específicos
¿Cuál es el factor de seguridad de estabilidad global del sistema de tensores de polietileno reciclado como refuerzo en la estabilidad de muros de contención aplicado a obras viales Huancayo – 2019?
¿Qué factor de seguridad al vuelco tiene el sistema de tensores de polietileno reciclado como refuerzo en la estabilidad de muros de contención aplicado a obras viales Huancayo – 2019?
¿Cuál es el factor de seguridad al deslizamiento del sistema de tensores de polietileno reciclado como refuerzo en la estabilidad de muros de contención aplicado a obras viales Huancayo – 2019?
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. Objetivo general
Determinar la influencia del sistema de tensores de polietileno reciclado como refuerzo en la estabilidad de muros de contención aplicado a obras viales Huancayo – 2019.
1.2.2. Objetivos específicos
22 1.3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
1.3.1. Justificación teórica
Según Germán Ccanto (2010) indica que la justificación teórica de un trabajo de investigación existe cuando hay aporte de nuevos conceptos y nuevas formas de entender problemas conocidos. Al respecto, en el presente trabajo de tesis se aporta evidencia con métodos científicos sobre el comportamiento mecánico de los tensores de polietileno reciclado, a través de ensayos de laboratorio de las distintas pruebas, como variable independiente y la influencia que tiene sobre la estabilidad de muros de contención de concreto ciclópeo, sugiriendo el concepto que las fuerzas estabilizadoras de estas estructuras que son principalmente por peso propio, se pueden mejorar con la incorporación de tensores horizontales, los resultados obtenidos pueden ser generalizados y servir como base de futuros estudios.
1.3.2. Justificación práctica
Como indica Germán Canto (2010) cuando una investigación ayuda a resolver problemas reales tiene una justificación práctica. En presente trabajo de tesis aporta información útil para resolver los problemas relacionados a la estabilidad de muros de contención en obras viales, el uso de secciones transversales de muro más pequeñas, que se traduce en menos hormigón por metro de muro, da lugar a valores de factor de seguridad más elevados. También se contribuye a solucionar el problema de acumulación de los residuos de envases de polietileno de tereftalato en el medio ambiente debido a su estructura química de difícil descomposición, proponiendo su uso como material de construcción de tensores que refuercen la estabilidad de muros de contención.
1.3.3. Justificación metodológica
El presente trabajo de tesis plantea nuevas formas de aplicar los métodos constructivos y diseños conocidos de muros de contención en obras viales, planteando el uso de tensores fabricados con fibras de polietileno reciclado.
Esta estrategia puede ser modificada para futuros estudios en los que sea importante comprender el impacto del uso de diferentes tipos de materiales reciclados como opciones estabilizadoras.
23 1.4. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1. Conceptual
El estudio científico de tesis consta de definiciones estables de muros contención en obras viales, específicamente muros de concreto ciclópeo, ya que es común el planteamiento de estas estructuras para la protección de la plataforma vial.
1.4.2. Espacial
1.4.3. Temporal
1.5. HIPÓTESIS 1.5.1. Hipótesis general
La aplicación del sistema de tensores de polietileno reciclado como refuerzo, mejora la estabilidad de muros de contención aplicado a obras viales Huancayo – 2019.
1.5.2. Hipótesis específicas
24 El valor del factor de seguridad al deslizamiento se incrementa, en el sistema de tensores de polietileno reciclado como refuerzo en la estabilidad de muros de contención aplicado a obras viales Huancayo – 2019.
1.6. VARIABLES
1.6.1. Variable independiente
✓ Sistema de tensores.
1.6.2. Variable dependiente
✓ Estabilidad del muro de contención.
25
1.8. MODELO DE PRUEBA DE HIPÓTESIS 1.8.1. Prueba de hipotesis 1
26 1.8.2. Prueba de hipotesis 2
1.8.3. Prueba de hipotesis 3
27 CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
2.1.1. Antecedentes nacionales
28
29 2.1.2. Antecedentes internacionales
30 Rodríguez Gonzales & Oscar Egidio (2016), para optar el grado de realizó la investigación denominada: “Estandarización de técnicas de diseño y
31
construcción de
2.2. BASES TEÓRICAS
Estabilidad de taludes
32 Figura 1: Detalle de un talud y de una ladera.
Fuente: (Suarez, 2006).
2.2.1.1. Factores que afectan la estabilidad
33 El estudio de laderas, taludes y corrimientos de tierras incluyen la recopilación de tantos datos como sea posible sobre las características topográficas, geológicas, geotécnicas y medioambientales que contribuyen a los problemas, de modo que pueda realizarse un diagnóstico adecuado y diseñarse un remedio apropiado. Por eso es importante tener un conocimiento práctico de las dos categorías de elementos sintetizados que influyen en la estabilidad hoy en día. El primer conjunto de factores, conocidos como condicionantes intrínsecos, son las características inherentes de la ladera; el segundo conjunto, conocido como factores desencadenantes externos, están relacionados con condiciones externas y suelen ser los culpables de la inestabilidad de una ladera porque incluso un pequeño cambio en ellas puede desencadenar el deslizamiento de masas de tierra ladera abajo.(Suarez, 2006)
Tabla 2: Factores que influyen en la estabilidad de taludes.
FACTORES INFLUYENTES EN LA INESTABILIDAD DE UN TALUD
FACTORES CONDICIONANTES
Geológicos Litología, estratigrafía, discontinuidades.
Hidrológicos Cambios en las presiones de poros o hidrostáticas.
Geomorfológicos Áreas con altas pendientes, topografía irregular.
Climáticos Efectos erosivos
FACTORES DESENCADENANTES
Naturales Precipitaciones extraordinarias, infiltraciones, variación de temperatura, sismos.
Antrópicos Deforestación, asentamientos humanos en laderas, minería, vialidad.
Fuente: Análisis Geotécnico, (Suarez, 2006).
34 Parámetros geológicos: Las cualidades del suelo y de las rocas suelen ser definidas por los geólogos. Los movimientos a lo largo de ciertos planos de debilidad pueden verse facilitados por discontinuidades, y la existencia de materiales de alta o baja resistencia viene determinada por la formación geológica subyacente. La formación geológica, la estructura y las discontinuidades, así como la meteorización, son las principales características geológicas que deben investigarse (Suarez, 2006)
2.2.1.2. Análisis de estabilidad de taludes
Factor de Seguridad (F.S.)
35 Peligro sísmico
Coeficientes para el análisis pseudoestático
Las fuerzas de inercia creadas por un terremoto pueden causar inestabilidad incluso en suelos que no pierden mucha resistencia. Esta fuerza horizontal puede ser obtenido utilizando los criterios de la aceleración superficial, la cual viene a ser la evaluación sísmica o pseudoestático. Los valores del coeficiente sísmico (k) recomendados en el análisis pseudoestático pueden ser tomados
36 en función a la aceleración pico superficial, la cual para en la presente tesis hemos utilizado entre un tercio y la mitad de la aceleración espectral calculada por Marcuson y Franklin (1983). (Suarez Diaz, 2009)
2.2.1.3. Método de análisis de equilibrio limite
Jaime Suárez (2006) señala que los ingenieros geotécnicos modelan y evalúan los taludes para comprender mejor la estabilidad de los taludes naturales y garantizar la seguridad y eficacia del diseño de los artificiales.
El análisis de taludes se utiliza sobre todo en matemáticas para lograr los siguientes objetivos, que se han comentado brevemente más arriba:
Según En contraste con los enfoques de equilibrio límite, los métodos numéricos pueden aproximarse más a los puntos más finos de los criterios de estabilidad, como explican Doug Stead y otros (2000). Por otra parte, los enfoques de equilibrio límite son más fáciles de analizar y pueden utilizarse para estudiar fallos de traslación y rotación, así como vuelcos y cuñas.
37 Factor de Seguridad (F.S.)
La conexión entre el F.S. y el centro de rotación, así como los momentos resistivos y activos, en superficies circulares:
Superficie de Falla
38 Formas de la superficie de falla
Cuando las fallas equivalen a deslizamientos traslacionales o rotacionales en superficies de falla, se aplicarán enfoques de límites de equilibrio, como indica Suárez (2006). También analiza los modelos de superficies de falla no geométricas, incluidos los planares, circulares, logarítmicos, parabólicos y sus combinaciones.
2.2.1.4. Parámetros utilizados en los análisis de Límite de Equilibrio
39 Esfuerzos totales y efectivos
40 2.2.1.5. Limitaciones de los Métodos de Limite de Equilibrio
Según Carlos Crespo (2017), estas son algunas de las restricciones que deben tenerse en cuenta en los análisis de límites de equilibrio:
No hay teoría detrás de ellos, sólo pura estadística.
Suponen que la carga se reparte uniformemente.
Los modelos de fallo que utilizan son bastante simplistas.
Una presunción común es que la sustancia en cuestión es isótropa.
2.2.1.6. Métodos de análisis de Límite de Equilibrio
Toda la superficie de fallo se analiza utilizando técnicas de análisis de límites de equilibrio (Martínez, 2010)
41 Tabla 4: Resumen de criterios de análisis de estabilidad de taludes.
Fuente: Análisis Geotécnico, (Suarez, 2006).
a. Tablas para análisis rápidos
42 Tabla 5: Lista de tablas para el cálculo de la estabilidad de taludes.
Fuente: Análisis Geotécnico, (Suarez, 2006).
b. Análisis de bloques o cuñas
43 c. Método de la espiral logarítmica
44 d. Métodos de círculos de falla
45 Método del Arco Circular
46 Métodos de Dovelas
Las presiones aplicadas a los cambios de nivel de las rodajas también difieren entre los métodos basados en la dovela. Estas presiones entre cortes son ignoradas por la técnica tradicional o de Fellenius.(Suarez, 2006).
47
Método de Bishop Simplificado
48 Para tener en cuenta el impacto de las fuerzas entre dovelas, Bishop (1955) propuso un enfoque basado en los segmentos. Bishop ignora las fuerzas cortantes porque considera que actúan horizontalmente entre dovelas.
Donde:
Por la misma razón que la técnica de Bishop, el F.S. puede calcularse utilizando la ecuación dada. Sin embargo, debido a la naturaleza no lineal de la conexión, se requiere una técnica iterativa para el cálculo.
tiene en cuenta la fuerza normal intersticial. Observe el diagrama siguiente para ver las fuerzas que se han tenido en cuenta:
49 Método de Janbú
Método Spencer
50 Método de Morgenstern y Price
51 2.2.1.7. Comparación de los diversos métodos para determinar la
estabilidad
Debido a la gran variedad de enfoques utilizados, el análisis de estabilidad suele arrojar conclusiones incoherentes e incluso contradictorias. El método simplificado de Bishop y las técnicas exactas de Morgenstern y Price and Spencer son las opciones más populares entre los ingenieros geotécnicos de todo el mundo. Los distintos métodos calculan el factor de seguridad de forma diferente.(Braja, 2018)
1977, Duncan y Wright, 1980). Los métodos de equilibrio completo no difieren considerablemente entre sí en cuanto a precisión.
• En el estudio de = 0 con superficies de fallo circulares, el factor de seguridad es el mismo independientemente de la técnica utilizada para alcanzar el Momento de Equilibrio.
• En la situación de > 0, el Método de Voussoir Ordinario (Fellenius) arroja un error conservador. Los errores en las evaluaciones de la tensión total y la tensión efectiva son inferiores al 10% para presiones de poro bajas.
Una presión de poros de más de 50 pascales puede causar una inexactitud de más del 50% en taludes casi nivelados.
52
• Para el análisis de fallo circular, la técnica simplificada de Bishop es suficiente y fiable para = 0 o > 0 con presiones de poros bajas o altas.
• Los problemas de convergencia sólo surgen numéricamente cuando los extremos de la superficie de fallo son muy estacionarios, prácticamente verticales.
• El factor de seguridad en las técnicas que sólo requieren que se satisfaga el equilibrio de fuerzas es muy sensible al ángulo adoptado por las fuerzas laterales. Para los análisis en los que >0, la técnica de Lowe y Karafiath es adecuada, pero cuando =0, es excesivamente optimista en un factor del 10-15%.
Un error de factor de seguridad inferior al 5% es típico si se cumplen todos los criterios de equilibrio.
2.2.1.8. Medidas de estabilización
53
54 Figura 13: Muro de gaviones.
Fuente: (Suarez Diaz, 2009).
• Debe tenerse en cuenta el impacto potencial de la actividad sísmica en la región.
• Las medidas para mantener la estabilidad podrían incluir:
• Cambios geométricos en las pendientes
• Arreglos del sistema de drenaje.
• Refuerzo del talud añadiendo elementos estructurales resistentes a la erosión.
• Colocación de muros u otros tipos de retenciones.
2.2.1.9. Métodos de estabilización
2.2.1.9.1. Modificación de la geometría
55 Figura 14: Tendido del ángulo del talud.
Fuente: (Suarez, 2006)
Figura 15: Contrapeso para estabilización de un deslizamiento activo.
Fuente: (Suarez Diaz, 2009)
56 2.2.1.9.2. Medidas de drenajes
2.2.1.9.3. Elementos estructurales resistentes
57 Figura 16: Refuerzo con anclajes.
Fuente: (Suarez, 2006)
58 Figura 17: Estabilización de talud con micropilotes.
Fuente: (Suarez, 2006)
Figura 18: Partes de un anclaje.
Fuente: (Suarez, 2006)
59 Figura 19: Talud estabilizado mediante anclajes.
Fuente: (Suarez, 2006)
2.2.1.9.4. Muros y elementos de contención
60 Figura 20: Muro de gaviones.
Fuente: (Suarez, 2006)
61 Figura 21: Tipos de muros de retención y/o contención.
Fuente: (Braja, 2018)
62 Figura 22: Muro de tierra armada – sistema Terramesh.
Fuente: (Suarez, 2006)
2.2.1.10. Diseño de muro de contención
Crespo Villalaz (2017) Indica el tipo de muro a seleccionar en el proceso de diseño en funcion a la altura de la pantalla, recomendando los muros de gravedad para alturas menores de 4.5m, los muros pantalla o cantilever para alturas de hasta 6.5m, y si la altura es mayor recomienda el uso de contrafuertes.
2.2.1.10.1. Dimensionamiento de muros de contención
63 prueba por estabilidad. Si la revisión de la estabilidad no da buenos resultados, las secciones se cambian y vuelven a revisarse. (Braja, 2018)
Según Braja M. Das (2018) se muestran las proporciones generales de varios muros de contención que se usan para revisiones iniciales.
Figura23: Dimensiones aproximadas para revisiones iniciales de muro de contención, (a) muro por gravedad, (b) muro en voladizo.
Fuente: (Braja, 2018)
2.2.1.10.2. Teoría de la presión de tierra de Rankine
64 Figura 24: Cálculo de la presión lateral de tierra, muro en voladizo, teoría de
Rankine.
Fuente: (Braja, 2018)
Figura 25: Calculo de la presión lateral de tierra, muro de gravedad, teoría de Rankine.
Fuente: (Braja, 2018)
Empuje activo:
Pa =1
2 𝐾𝑎. γ. 𝐻´2
65 a) Chequeo por vuelco
b) Chequeo por deslizamiento
66 Σ𝐹𝑣 : Suma de las fuerzas verticales x coeficiente de fricción, (f) (f = tanø ≤ 0.60, se basa en el principio de la fuerza de inercia durante un sismo, propuesto por Mononobe Okabe).
Σ𝐹ℎ : Suma de las fuerzas actuantes horizontales.
c) Chequeo de la presión sobre el terreno
2.2.1. Sistema de tensores de polietileno reciclado
Un sistema de tensores son elementos estructurales externos a un muro de contención, el cual va anclado hacia el terreno y está sometidos a esfuerzos de tracción al oponerse a deformaciones del suelo inestable o de la estructura.
Entre los sistemas conocidos están los tensores de acero de alta resistencia, pudiendo ser anclajes pasivos o activos cuando se someten a un postensado, los suelos reforzados con geomallas también ofrecen esfuerzos que ayudan a contrarrestar los empujes laterales. (Braja, 2018)
67 En el presente trabajo de tesis se realizó la fabricación de estos tensores a partir de fibras de envases de polietileno reciclado, para su posterior evaluación como refuerzo de la estabilidad en muros de contención.
2.2.2.1. Polietileno Tereftalato (PET)
68 Figura 26: Fibras de polietileno cortadas de botellas PET.
2.2.2.2. Propiedades mecánicas de resistencia de fibras de polietileno La norma europea EN ISO 2307 (2011) indica el procedimiento para determinar la resistencia de cuerdas de fibras plásticas y las fuerzas de carga máxima que posee el material. La norma que hace referencia a las cuerdas de fibra, y hace referencia a las siguientes características:
a. Densidad lineal b. Longitud de paso c. Paso de trenzado d. Alargamiento e. Fuerza de rotura
69 Figura 27: Entrelazado de fibras de polietileno reciclado.
70 Figura 28: Ensayo uniaxial (EN ISO 2307).
2.2.3. Propiedades del suelo
2.2.3.1. Propiedades físicas del suelo
a. Humedad natural del suelo
b. Análisis granulométrico del suelo
71 Tabla 7: Tamaño de partículas.
72 Figura 29: Curva granulométrica de un suelo e interpretación de la
curva.
Fuente: (Bañon & Bevia Garcia, 2012)
c. Consistencia del suelo
Figura 30: Límites de Atterberg.
73 Límite líquido
Limite plástico
Índice de plasticidad
Es un modelo de cómo actúa el suelo en función de su nivel de humedad, y permite que el suelo funcione de una manera que lo hace resistente a los fallos bajo tensión. (MTC M. d., 2016)
Límite de contracción
La Norma Técnica Peruana NTP 339.140 (2014) es el nivel de humedad más alto en el que un suelo no experimentará un cambio de volumen debido a una disminución del contenido de humedad.
74 d. Clasificación de los suelos mediante el sistema SUCS
Dado que en la naturaleza pueden encontrarse varios tipos de suelos, con diferencias en el tamaño de las partículas y la plasticidad, la mecánica de suelos ha creado algunas formas de categorizar los suelos (Crespo, 2017)
Suelos gruesos
Suelos finos
75 Tabla 10: Clasificación SUCS para suelos gruesos.
Fuente: (Braja, 2018)
Tabla 11: Clasificación SUCS para suelos finos.
Fuente: (Braja, 2018)
76 Figura 31: Carta de Casagrande (Suelos finos y orgánicos).
Fuente: (Braja, 2018)
e. Clasificación de los suelos mediante el sistema AASHTO
Tabla 12: Clasificación AASHTO para suelos granulares y finos.
Fuente: (Braja, 2018)
77 2.2.3.2. Propiedades mecánicas del suelo
2.2.3.2.1. Resistencia del suelo al esfuerzo cortante
Figura 32: Envolvente de falla.
Fuente: (Braja Das, 2008)
2.2.3.2.2. Ecuación de falla de Mohr – Coulomb
Las tensiones efectivas se utilizan como entrada para la ecuación de fallo de Mohr-Coulomb.
78 el aparato de cizallamiento directo desarrollado por Arthur Casagrande y (b) el ensayo de compresión triaxial.
2.2.3.2.3. Ensayo de corte directo
Figura 33: Ensayo de corte directo.
Fuente: (Braja Das, 2008)
Resistencia máxima o resistencia pico.
79 Resistencia residual
Es la resistencia al corte que posee el material después de haber ocurrido la falla. (Crespo, 2017)
2.2.4. Ensayos de suelos
a. Ensayo para determinar el contenido de humedad
b. Ensayo para determinar la granulometría por tamizado
Este experimento emplea tamices estándar de 76,200 mm (3") hasta el N°200 para establecer la gama de tamaños de las partículas del suelo (0,074 mm).
El tamaño máximo de las partículas determinó la cantidad de suelo que debía muestrearse para las pruebas.
Tabla 13: Masa mínima de la porción de suelo según el tamaño máximo.
Diámetro Nominal de Partículas más grandes pulg.
(mm)
Porción Aproximada de Masa Mínima (gr)
3/8” (9.5) 500
3/4” (19.0) 1000
1” (25.4) 2000
1 ½” (38.1) 3000
2” (50.8) 4000
3” (76.2) 5000
Fuente: NTP 339.128.
Procedimiento:
80 1. En primer lugar, dividiendo la muestra natural en cuatro mitades
iguales, conseguimos la homogeneidad.
2. Como es más probable que se formen terrones en arcillas y arenas con limos, estas muestras se manipularán en húmedo cubriéndolas con agua para ablandar las partículas.
3. En tercer lugar, la muestra se limpia cuidadosamente utilizando el tamiz Nº 200 para que no se pierdan partículas diminutas en el proceso. Tras el lavado, la muestra se seca en un horno.
4. Se registran los pesos mantenidos en cada tamiz de 3" a N° 200 después de pasar la muestra seca por ellos.
c. Ensayo para determinar el Límite Líquido de suelos
1. Se utilizará una muestra mayor que un tamiz no. 40 y se machacará con una espátula en unos 15 a 20 cc de agua. La dosis estándar oscilará entre uno y tres mililitros (ml) de agua.
81 8. Pueden obtenerse muestras con una consistencia cercana a la requerida cerrando la superficie del suelo con golpes en los intervalos de 25-35, 20-30 y 15-25.
d. Ensayo para determinar el Límite Plástico e Índice de Plasticidad de suelos
La determinación del nivel crítico de humedad por debajo del cual pueden producirse cilindros de tierra de unos 3 mm de diámetro sin desintegrarse es el límite plástico.
Procedimiento del límite plástico:
1. En primer lugar, se hacen formas elipsoidales con los dedos sobre la superficie plana del vaso para preparar la mezcla de tierra para la prueba de límite líquido y, a continuación, se da a la mezcla la forma de cilindros.
2. Si los cilindros no se han agrietado o desmoronado cuando alcanzan los 3,2 mm de diámetro, se repetirá el proceso tantas veces como sea necesario hasta conseguir el resultado deseado.
3. Un diámetro de 3 mm es más o menos el adecuado para cuando un cilindro empieza a deformarse o romperse.
4. Se necesitan muestras desecadas de entre 6 y 8 gramos para poder determinar el grado de humedad.
5. El índice de plasticidad del suelo se determina restando el límite líquido del límite plástico.
e. Ensayo para determinar el Peso volumétrico de suelo cohesivo
82 Procedimiento del peso específico de suelos:
1. En primer lugar, tendrá que tallar una muestra que no tenga defectos, como agujeros o fracturas, y asegurarse de que tiene el tamaño adecuado para caber en su cilindro de medición de volumen.
2. El peso y la medida de la muestra tallada son obligatorios.
3. En tercer lugar, precalentar el horno o la estufa para derretir el queroseno.
4. Una vez que el queroseno se haya enfriado un poco, cubre la muestra con él para que quede hermética. Se recomienda aplicar una fina capa de queroseno a la muestra de suelo para que no penetre en los poros del suelo.
5. Una vez realizado el paso 5, debe pesar la muestra después de haberla sumergido completamente en el queroseno.
6. A continuación, mida la cantidad de agua en el cilindro para obtener una lectura de referencia y anótela.
7. Coloca la muestra parafinada en la probeta y anota el cambio de volumen.
8. Una vez recopilada toda la información, se pueden realizar los cálculos.
Normas de referencias:
NTP 339.139: Un método para medir la densidad del suelo cohesivo por volumen.
f. Ensayo de Corte Directo
83 Procedimiento:
1. Pesar la muestra de suelo para las 3 probetas que se van a ensayar (en este caso, 1 kg) y, a continuación, pasarla por un filtro N°4 para garantizar una densidad y un contenido de humedad uniformes durante todo el ensayo.
2. Para empezar, tomamos una muestra del suelo y la colocamos encima de una piedra porosa.
3. Lo ideal es que la muestra de ensayo tenga al menos una sexta parte del tamaño máximo de las partículas del suelo, pero no menos de 12 mm (1/2").
4. Coloque el pistón de carga en posición vertical, asegúrese de que está nivelado y, a continuación, ajuste el dial al desplazamiento vertical deseado.
5. Consolidar durante 30 minutos entre cada prueba, hacer tres pruebas para cada una y utilizar pesos de 2, 4 y 8 kg como estándar.
6. El espesor inicial y la cantidad en que ha cambiado durante el cizallamiento pueden determinarse ajustando el dial una vez colocado el dispositivo de carga.
7. Siete, antes de añadir más fuerza durante la fase de consolidación, hay que medir la deformación normal.
Expresión de resultados:
84 2.3. MARCO CONCEPTUAL
• Factor de Estabilidad Global: Es la relación de fuerzas calculadas en la superficie potencial de falla del talud. Las fuerzas resistentes esta dado por la fricción a lo largo de la superficie de deslizamiento y la cohesión del suelo, mientras que las fuerzas que estimulas el deslizamiento son en dirección tangencial a dicha superficie. (E.050, 2020)
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• Análisis Pseudoestático: Tenemos en cuenta las fuerzas seudoestáticas horizontales y verticales inducidos sísmicamente que actúan sobre la pendiente, que se suponen proporcionales al potencial de deslizamiento de la masa y a los coeficientes sísmicos Kh y Kv, que a su vez dependen de la aceleración, duración y frecuencia del terremoto. (Braja, 2018)
• Propiedades físicas del suelo: El contenido de humedad del suelo, las limitaciones de consistencia, la granulometría, etc., son ejemplos de cualidades físicas que pueden medirse, pero no las pruebas de resistencia (Suarez Diaz, 2009)
• Análisis de estabilidad de talud: Esto significa contrastar la resistencia al cizallamiento del suelo con la cantidad de fuerza ejercida a lo largo de la superficie donde es más probable que se produzca el fallo (Alva, 2019)
• Muro de contención: En el contexto de la construcción, los muros de contención se utilizan para crear recintos y resistir las presiones horizontales provocadas por la presión del suelo (Alva, 2015)
• Fibras de Polietileno PET: Son elementos alargados con medidas aproximadas de 5mm anchos y largo variable de 1m hasta 8m, que se obtienen a partir de envases PET. (Brent, 2006)
• Tensor de Polietileno PET: Son elementos fabricados a partir de la unión de varias fibras (50, 80 y 130 fibras) en una longitud variable.
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• Nivel de Significancia o nivel alfa: También conocido como el nivel de probabilidad de equivocarse, oscila desde cero (0) que representa la improbabilidad que un evento ocurra, y uno (1) la certeza que sucederá el fenómeno. El investigador fija esta cifra; sin embargo, los expertos en técnicas de investigación desaconsejan utilizar valores P superiores a 0,05, lo que indicaría un 95% de probabilidades de generalización correcta y un 5% de probabilidades de inexactitud (Hernandez, Fernandez, & Baptista, 2018)
87 CAPÍTULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
3.1. METODOLOGÍA Y RECOLECCIÓN DE DATOS 3.1.1. Tipo de investigación
3.1.2. Nivel de investigación
3.1.3. Diseño de investigación
El trabajo de tesis siguió un diseño cuasi experimental, porque según Ccanto (2010) los grupos de estudio no fueron seleccionados aleatoriamente y están
