INTRODUCCIONEl Hombre siempre se ha visto obligado a enfrentarse tenazmente a todas las dificultades y problemas, para ello ha tenido la necesidad de buscar y crearles respuestas y soluciones. La solucin es una consecuencia de esa bsqueda de creacin. A lo largo de estos siglos se ha ocupado en realizar diversos cambios en su medio ambiente, tales como la estabilizacin, cortes y rellenos, para facilitar el desenvolvimiento en el mismo. Los rellenos se ven afectados por la accin gravitacional, lo que hace que se desplace su centro de gravedad en su misma direccin.Esto depende de los tipos de suelos existentes en el terreno, las condiciones hidrolgicas, profundidad de excavacin o altura de relleno, inclinacin, peso de la estructura y muchos otros factores, que tomando en cuenta estos, podran ser necesarias la colocacin de algn tipo de sostenimiento.El concepto o la idea que se manej en los inicios de los muros de suelo reforzado estn directamente relacionado con el concepto de Tierra Armada, el cual fue introducido por el francs Henri Vidal y patentado en 1963. En el Per la primera obra que aplic esta tcnica fue ejecutada en el ao 1972. Es a partir del concepto de Tierra Armada, suelo reforzado con elementos inextensibles, que surge el concepto de Muro de Suelo Reforzado, el cual no solamente involucra la tcnica de Tierra Armada, sino tambin la tcnica de Muros de Suelo Reforzado con elementos extensibles, como es el caso de los geo sintticos. Desde ese entonces se han construido en todo el mundo ms de 40000 estructuras de muro de suelo reforzado, las cuales cubren alrededor de 30 millones de metros cuadrados.

MESOPOTANIA (2500 AC)

TIERRA ARMADA

El sistema Tierra Armada est basado en el refuerzo del macizo de relleno gracias a unos flejes, metlicos o sintticos, que provocan el rozamiento con el terreno. As, el propio macizo se convierte en muro de contencin, con lo que no necesita cimentacin alguna, ya que su base de apoyo es toda la superficie del terrapln. Esto hace que su utilizacin sea muy indicada en suelos compresibles y de baja capacidad portante.

La tierra armada es una asociacin de tierra y elementos lineales capaces de soportar fuerzas de tensin importantes; estos ltimos elementos suelen ser tiras metlicas o de plstico. El refuerzo de tales tiras da al conjunto una resistencia a tensin de la que el suelo carece en s mismo, con la ventaja adicional de que la masa puede reforzarse nica o principalmente en las direcciones ms convenientes. La fuente de esta resistencia a la tensin es la friccin interna del suelo, debido a que las fuerzas que se producen en la masa se transfieren del suelo a las tiras de refuerzo por friccin.

Como es sabido, todo suelo en estado confinado resiste adecuadamente esfuerzos de compresin pero no as a traccin. La resistencia a traccin en el suelo, que naturalmente se obtiene por efecto cohesivo y por friccin interna de los granos, puede entonces ser incrementada mediante la incorporacin de algn material de refuerzo, que interacte con el mismo.

MUROS DE TIERRA ARMADA

Los muros de gravedad y contencin han existido siempre y para construirlos se han tomado en cuenta importantes variables, como la conveniencia de su utilizacin, las condiciones originales del terreno, la ubicacin del mismo, costo esfuerzo y tiempo. Se han utilizado materiales tradicionales como el concreto armado; pero la evolucin social necesita aprovechar mejor del tiempo con la celeridad de la construccin y dadas las circunstancias econmicas contemporneas, hay necesidad de aprovechar mejor los recursos mediante la optimizacin de su uso y la bsqueda de nuevas tecnologas. El ahorro de estos dos elementos: tiempo y dinero, ha llevado a la bsqueda de nuevos materiales de construccin que satisfagan las mencionadas expectativas. Precisamente, para alcanzar estos objetivos, se considera conveniente la utilizacin de geo sintticos como muros de gravedad, tierra armada, anclajes, aptos para cumplir la funcin que de ellos se espera para alcanzar la prolongada duracin, para ser realizados en el menor tiempo posible y con una inversin monetaria ms reducida.Los materiales y mtodos de estabilizacin han despertado gran inters en la construccin actual porque adems de las ventajas de orden econmico y de tiempo, ofrecen maleabilidad, variedad de usos y aplicaciones, calidad y resistencia a la degradacin biolgica y qumica.

Los muros de tierra armada son sistemas en los cuales se utiliza materiales trreos como elementos de Construccin. La estabilidad de un muro de retencin que se construya con tierra armada debe comprender principalmente dos clases de anlisis.Un muro de contencin de tierra armada est constituido por un suelo granular compactado en el que se colocan bandas de refuerzos horizontales y verticales a intervalos regulares. Por lo general las bandas son de acero galvanizado, pero tambin pueden ser en acero inoxidable, aluminio, plstico o materiales no biodegradables.

En cuanto al material de relleno o suelo reforzado:

Para escoger de una manera adecuada el material de relleno que se va a emplear y que posteriormente va a ser reforzado, es muy importante considerar el rendimiento que tendr dicho material en un perodo de largo plazo, en su correspondiente etapa de construccin y la degradacin de los refuerzos producto del medio ambiente lo cual afecta directamente la estabilidad de la estructura. Lo que se recomienda por norma como material de relleno son los suelos granulares, los cuales a su vez deben estar libres de materiales nocivos orgnicos, debido a que pueden llegar afectar de una manera negativa el rendimiento de la estructura. Se recomienda que el material que vaya a ser utilizado como material de relleno reforzado tenga las siguientes propiedades:

Gradaciones recomendadas y requisitos de plasticidad para relleno reforzado

En cuanto a los refuerzos, se pueden considerar de 2 tipos:

Tiras, barras y rejillas de acero; Una capa de tiras de acero, barras, y las rejillas se caracterizan por el rea de la seccin, el espesor y el permetro del elemento de refuerzo, y la distancia horizontal de centro a centro entre los elementos.

Geo textiles y geo mallas; una capa de tiras geo sintticas est caracterizada por su ancho y la distancia horizontal de centro a centro entre las tiras. El rea transversal no es requerida ya que la fuerza del geo sinttico esta expresada en trminos de la traccin por unidad de ancho.

Refuerzos de acero

Refuerzos sintticos

En cuanto al diseo debemos de considerar los siguientes criterios:

Tomar el elemento como un conjunto que no ser diferente de un muro convencional del tipo de gravedad. Realizar anlisis de estabilidad interna bsicamente para definir la longitud de las tiras de refuerzo y separacin horizontal y vertical, esto para que no se produzca deslizamiento del material trreo respecto a las tiras.

Para el diseo de una estructura de suelo reforzado se consideran los siguientes parmetros:

Altura del muro (vertical, >80) o talud inclinado. Pendiente del talud Propiedades mecnicas del suelo Resistencia de la interface suelo-refuerzo (entre 70 y 100% del ngulo de friccin interna) Resistencia, largo y separacin del refuerzo (mallas metlicas) Grado de compactacin del suelo Cargas externas Factores de seguridad y estabilidad.

Construccin de Muros de tierra armada

Se encuentran tres tipos de estudios realizados a tierra armada:

Estudios con vistas a elaborar mtodos de diseo. Por lo general se ha procurado aplicar al caso la metodologa disponible, con aplicacin de las teoras tradicionales del empuje de tierras. Estudios de modelos bidimensionales en el laboratorio, en los que la tierra se ha representado por medio de barritas metlicas de longitud relativamente grande en comparacin con su dimetro. Las tiras de armado se han hecho con el mismo material usado en los prototipos. Se trata principalmente de modelos cualitativos y en ellos se estudiaron, sobre todo, los tipos de falla susceptibles de presentarse. Mediciones en prototipos construidos para resolver especficos de vas terrestres.

De todos los anlisis que se le realizan a este tipo de estabilidad, pueden ocurrir ciertos tipos de fallas que impiden un buen funcionamiento de stos:

Una falla en la cual la tierra armada colapsa como un conjunto, sin deformacin importante dentro de s misma. Esta falla puede ocurrir por deslizamiento o volcadura y es anloga a la de un muro de retencin convencional que falle por las mismas causas.

Falla por deslizamiento de la tierra en relacin a las tiras de armado, acompaada de una desorganizacin dentro del cuerpo de tierra armada.

Falla por rotura de las tiras de refuerzo, que parece estar asociada a mecanismos de falla progresiva.

Otras fallas como: vuelco, fundacin y falla global

USO Y APLICACIN

El material a usarse para estas estructuras debe ser los de naturaleza friccionante y se estima que falta investigacin en el uso de materiales puramente cohesivos.

Sin embargo se han construido estructuras con contenido de finos que pasaron la malla N 200 del orden de 10 y 20%, usando materiales naturales, sin procesos especiales de fabricacin.

Se recomienda para la masa de tierra armada una seccin prxima a la rectangular, en la que el ancho sea del orden de la altura del muro.

La estabilidad interna de la masa de tierra armada puede analizarse por los mtodos de: Coulomb y Rankine.

El coeficiente de presin activa, KA, puede ser obtenido usando la frmula derivada de la teora general de Coulomb o la teora Rankine para suelos cohesivos, asumiendo la cohesin efectiva del suelo detrs de la pared c ' = 0, en la condicin de carga a largo plazo. Segn la teora de Coulomb:

Donde, los parmetros de KA han sido definidos previamente.

En la teora de Rankine para muros, con ngulo < 8 y suelo seco, inclinado detrs del muro, el coeficiente de presin activa de la tierra es:

Para el caso simple de un muro vertical (por ejemplo, = 0 = 90), con terreno horizontal seco (por ejemplo = 0) detrs de la pared, la teora de Rankine proporciona el coeficiente de presin activa de la tierra, simplemente con la expresin siguiente:

VENTAJAS Y DESVENTAJAS.

Ventajas de los muros en Tierra Armada.

Los muros de suelo reforzado tienen mltiples ventajas si se compara con muros de concreto armado, Entre las principales ventajas se encuentran las que se mencionan a continuacin:

Utiliza procedimientos de construccin simples y su ejecucin es en periodos cortos, con maquinaria no muy sofisticada. No se requieren de conocimientos especiales para poder llevar a cabo su construccin. No requiere obreros especialistas en el tema. La prefabricacin de los materiales, la construccin rpida y sencilla se ha traducido en una reduccin de costos en comparacin a los muros de contencin tradicionales Requiere una preparacin del terreno muy bsica. Necesita poco espacio frontal para la construccin. No necesita estructuras costosas de cimentacin dado que los muros, pueden soportar deformaciones excesivas. Son rentables. Son tcnicamente factibles para alturas superiores a los 25 metros.

Las cantidades de materiales de fabricacin relativamente pequeas, la rpida construccin y la competencia entre empresas han dado una ventaja grande a este sistema dado sus bajos costos frente a otros tipos de muro de hormign reforzado.

Una de las mayores ventajas de estos muros son su flexibilidad y su capacidad de absorber deformaciones debido a las condiciones del terreno que afecten las fundaciones de la estructura, adems ssmicamente liberan energa de una forma ms adecuada que los muros rgidos de hormign reforzado.

Desventajas de los muros en Tierra Armada.

Las desventajas que suelen estar asociadas con las estructuras de suelo reforzado van a depender de las distintas condiciones locales y del tipo de proyecto. Algunas de estas potenciales desventajas son las que siguen a continuacin:

Necesitan un amplio espacio interno para poder comenzar a montar la estructura que se estabilizara bajo su propio peso. Los muros de suelo reforzado requieren de relleno granular cuidadosamente seleccionado. Dependiendo de la ubicacin de la obra, el flete por importacin del material de relleno adecuado puede hacer que el sistema, es decir la construccin de un muro de suelo reforzado resulte antieconmico. Se necesita una proteccin minuciosa para evitar el estado de corrosin del refuerzo, cuando este es de acero, y se necesita una proteccin constructiva cuando el refuerzo es geo sinttico. No est totalmente normalizada la construccin de estos muros por lo tanto aun en grandes proyectos la ejecucin se hace de manera no estandarizada.

PROCEDIMIENTOS COSNTRUCTIVOS:

El siguiente es un resumen de la secuencia principal de la construccin de muros de tierra armada; los sistemas especficos, accesorios especiales y requisitos especficos del proyecto pueden cambiar de la secuencia general indicada.

Construccin de muros de Tierra Armada con revestimientos prefabricados.

La construccin de muros de tierra armada con revestimientos prefabricados se lleva a cabo de la siguiente manera:

1. Preparacin de la subrasante.

Este paso consiste en la extraccin de materiales no adecuados del rea a ser ocupada por la estructura de contencin. Toda la materia orgnica, vegetacin, desechos movedizos y otros materiales inestables deben ser removidos y la subrasante compactada. En reas de cimentacin inestables, mtodos de mejora del suelo, tales como la compactacin dinmica, columnas de piedra, drenajes verticales u otros mtodos de estabilizacin y mejoramiento de la cimentacin sern construidos antes de la alzada de los muros.

2. Colocacin de una plataforma de nivelacin para la alzada de los elementos de revestimiento.

Esta plataforma de concreto generalmente sin refuerzo usualmente es de tan solo 30 cm de ancho y 15 cm de espesor y se utiliza nicamente para la construccin de los muros de Tierra Armada, donde los paneles de concreto se levantan posteriormente. Una capa de grava normalmente es reemplazada por la construccin del muro de bloques modulares. El propsito de esta plataforma es funcionar como una gua para levantar el panel de revestimiento y no pretende ser un soporte de cimentacin estructural.

3. Construccin de la primera fila de paneles de revestimiento sobre la base de nivelacin preparada.

Los revestimientos pueden consistir en paneles de concreto prefabricado, paneles de metal, o bloques de yeso seco modulares. La primera fila de paneles de revestimiento pueden ser completos, o paneles de media altura, dependiendo del tipo de revestimiento usado. El primer nivel de paneles debe ser apuntalado para mantener estabilidad y alineamiento. Para construccin con bloques de yeso seco modulares, bloques de tamao completo son usados en todas partes sin apuntalar. La alzada de los paneles de revestimiento y la colocacin del suelo de relleno se realizan simultneamente.

Proceso de transporte y colocacin de los paneles

4. Colocacin y compactacin del relleno sobre el subsuelo hasta el nivel de la primera capa de refuerzo y su compactacin.

El relleno debe estar compactado a la densidad especificada, normalmente 95 a 100% de la densidad mxima de la AASHTO T-99 (Mtodo Estndar de prueba para relaciones de Humedad-Densidad de suelos utilizando un pisn a 305 mm del suelo) dentro del rango de contenido de humedad ptimo. Una clave para el buen desempeo es una compactacin y colocacin consistente. La elevacin de espesor de relleno del muro debe ser controlada basada en requisitos de la especificacin y distribucin vertical de los elementos de refuerzo. El espesor uniforme de elevacin del relleno reforzado no debe exceder 300 mm. El relleno reforzado debe ser descargado en la parte trasera y en medio del refuerzo y paleado hacia la parte frontal. Simultneamente se procede a colocar sin un orden estricto el lleno detrs del volumen reforzado.

5. Colocacin de la primera capa de elementos de refuerzo en el relleno.

Los refuerzos son colocados y conectados a los paneles de revestimiento, cuando el lleno compactado ha sido elevado hasta el nivel de la conexin estos son generalmente colocados perpendiculares a la parte trasera de los paneles.

6. Colocacin del relleno sobre los elementos de refuerzo hasta el nivel de la prxima capa de refuerzo y compactacin del relleno.

Los pasos mencionados anteriormente se repiten sucesivamente para cada capa.

Colocacin y compactacin del material de relleno sobre los elementos de refuerzo del suelo

7. Construccin de barreras de trfico y albardillas.

Esta secuencia final de la construccin se lleva a cabo despus que los paneles finales han sido colocados, y el relleno ha sido completado hasta su altura final.

COSTOS

Costos por metro cuadrado de Muro de Suelo Reforzado

Para poder realizar una comparacin econmica bajo el criterio de costo por metro cuadrado de muro de suelo reforzado se tuvo en consideracin los costos de los elementos o materiales necesarios para la construccin as como tambin los costos de instalacin de cada uno de los sistemas de muros de suelo reforzado.En las tablas que se muestran a continuacin se presentan los costos por metro cuadrado para cada una de las alturas de diseo, descritas anteriormente, para cada uno de los dos sistemas de muros de suelo reforzado.

Costos por metro lineal de rea de Muro de Suelo Reforzado

Para poder realizar una comparacin econmica bajo el criterio de costo por metro lineal de muro de suelo reforzado se tuvo en consideracin los costos de los elementos o materiales necesarios para la construccin as como tambin los costos de instalacin de cada uno de los sistemas de muros de suelo reforzado. En las tablas que se muestran a continuacin se presentan los costos por metro lineal para cada una de las alturas de diseo, descritas anteriormente, para cada uno de los dos sistemas de muros de suelo reforzado (con refuerzos extensibles y no extensibles)

Comparacin econmica entre ambos sistemas en porcentajes

De acuerdo a los grficos que se acaban de presentar, a continuacin se establecer la comparacin econmica en porcentajes de un muro de suelo reforzado con elementos inextensibles respecto a un muro de suelo reforzado con elementos extensibles.

Incidencia en Costos de los materiales constituyentes:

Muro de Suelo Reforzado con elementos extensibles

Muro de Suelo Reforzado con elementos inextensibles