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Patologías

54 - Contenciones especiales. Suelos reforzados. Tierra armada

El afán de construir en lugares donde el área disponible para ello es reducida, el suelo de cimentación es compresible y/o se tienen serias limitaciones ambientales ha llevado a que las soluciones de ingeniería, en lo que tiene que ver con estructuras de contención y construcción de taludes de alta pendiente, hayan estado en permanente evolución.

Fue en la década de los 60 cuando el Ingeniero francés M. Henri Vidal investigó la confección de terraplenes reforzados con bandas de acero. Este “nuevo” sistema  compuesto se comportaba como un material con fricción y cohesión, lo que permitía no sólo que el terraplén admitiera grandes cargas sino que aceptara cortes verticales de gran altura sin obras de contención. En el año 1963, M. Henri Vidal patentó el sistema con el nombre de “Terre Armée”.

Ya durante la década de los 70 comenzaron a utilizarse nuevos materiales poliméricos que por su configuración de textil se denominaron geotextiles, que sustituirían a las bandas de acero utilizadas por Vidal.

Aun siendo un sistema mas extendido en Obra Civil desde hace unos años ha experimentado un notable desarrollo también en Edificación como solución para la contención de tierras.

2. TIPOS DE SUELOS REFORZADOS.

Existen dos grandes grupos principales atendiendo al material con el que se refuerza, además existe otro sistema que se ejecuta directamente sobre el terreno natural.

Con armadura inextensible. Perfiles metálicos. El sistema se basa en el armado del macizo de relleno con unas bandas metálicas que movilizan el rozamiento del terreno haciendo, de esta manera, que el macizo sea su propio muro de contención, con lo que no necesita cimentación alguna al ampliar su base de apoyo a toda la superficie del terraplén.Las armaduras se componen de bandas metálicas galvanizadas de 45 y 50 milímetros de ancho, denominadas de alta adherencia por sus resaltes diseñados para mejorar e incrementar las tensiones tangenciales producidas entre terreno y armadura.El paramento habitual lo componen las escamas de hormigón que dotan al sistema de su aspecto característico. Su función principal es la de dar un acabado al muro, y no aportan ninguna labor estructural.

Con armadura extensible. Geomallas. El sistema de refuerzo del terraplén se realiza mediante la utilización de materiales geosintéticos, tipo mallas o geotextilesDebido al tejido de dichas mallas la transferencia de esfuerzo entre el suelo y el refuerzo se desarrolla en forma continua a lo largo de todo el refuerzo. El hecho de ser un material de tipo malla hace que tenga una apertura suficiente para que en el paramento exterior del muro pueda crecer vegetación sembrada (muro verde).

Soil Nailing o Suelo Claveteado. Este refuerzo se ejecuta a medida que avanza la excavación, mediante la introducción de barras pasivas, generalmente subhorizontales, que trabajan fundamentalmente a tracción. Dicho sistema consiste en mejorar la resistencia al corte a lo largo de superficies potenciales de plastificación o rotura del talud de terreno. Las barras se colocan en sondeos perforados previamente, rellenos posteriormente con una lechada o mortero de inyección. El Talud se completa con la ejecución de un paramento vertical que impida la caída de  la tierra mediante la ejecución de una piel de hormigón proyectado, que suele reforzarse mediante una malla de acero.

3. VENTAJAS E INCONVENIENTES.

La contención de terrenos con muros tierra armada es un sistema económico comparándolo a los otros sistemas de contención. Es apropiado en zonas donde la superficie de trabajo es limitada y/o se requiere de una rápida ejecución, debido a su carácter prefabricado (caso de la tierra armada).

Es una técnica flexible tanto a nivel de adaptabilidad topográfica, ya que asume cualquier forma, como a nivel de absorción de asiento en cimentación. Estéticamente en algunos casos permite la revegetación de la superficie exterior, integrándose con el medio natural.

Los problemas principales que presentan estos tipos de contenciones son principalmente en su ejecución, ya que debe cuidarse metódicamente, teniendo especial relevancia la elección del material de relleno, que debe cumplir unas prescripciones técnicas específicas, así como la compactación, que debe hacerse de forma correcta.

En los muros de tierra armada, también hay que hacer hincapié en la protección de las armaduras frente a la corrosión que puede poner en peligro todo el sistema.

4. POSIBLES PATOLOGÍAS DE SUELOS REFORZADOS.

Será necesario distinguir entre las patologías que sufra la propia estructura, en si misma y las que pueda producir a las edificaciones a las que este asociada.

4.1. Mecanismos de rotura de suelos reforzados

La estabilidad de un muro de contención que se construya con tierra armada debe comprender principalmente dos clases de análisis. En primer lugar tomar el elemento como un conjunto que no será diferente de un muro convencional, del tipo de gravedad. En segundo lugar se harán análisis de estabilidad interna, básicamente para definir la longitud de las tiras de refuerzo y separación horizontal y vertical, esto para que no se produzca deslizamiento del material térreo respecto a las tiras

4.1.1. Fallas debidas a Estabilidad General

Se corresponden a roturas en las que el suelo reforzado colapsa como un conjunto, sin deformación importante dentro de sí mismo. Estas fallas pueden ocurrir por deslizamiento, vuelco o afección de la estabilidad global.

 


Deslizamiento lateral del terraplén

Se puede presentar una inestabilidad horizontal del terraplén si:
  1. Desliza sobre  del refuerzo.
  2. Falla el refuerzo por un sobreesfuerzo y el relleno desliza a lo largo del suelo de desplante.
La rotura por falta de adherencia ocurre cuando un refuerzo tiene poca interacción con el suelo al cual se encuentra reforzando, generalmente con suelos puramente cohesivos o arcillosos. Este mecanismo de falla potencial se asocia generalmente con terraplenes reforzados formados con suelos arcillosos suaves.

Para evitar estas roturas, la resistencia debe de ser mayor que el empuje activo. Será preciso que el refuerzo de diseño trabaje sin  una carga excesiva.

Asentamientos del terraplén.

Debe de esperarse siempre, sin importar el refuerzo, que un terraplén desplantado sobre suelos compresibles tenga asentamientos. Si los suelos de desplante son arcillas o limos suaves, saturados, compresibles, sus asentamientos estarán ligados al tiempo, a la consolidación, primaria y secundaria. Se supondrá que los asentamientos elásticos sean inmediatos y ocurran siempre durante la etapa de construcción.

El uso de un de refuerzo no tendrá ninguna influencia sobre la magnitud de los asentamientos por consolidación que genere un terraplén; este se hundirá exactamente lo mismo, con y sin el refuerzo, pues la magnitud de los asentamientos depende solamente del suelo de desplante.

Estabilidad global.

La estabilidad global involucra a las fallas superficiales que se extienden a través de todo el cuerpo del terraplén, del talud o del muro y por debajo del suelo de desplante. Debe siempre  realizarse un análisis de estabilidad global, de rutina, para todo tipo de terraplenes, taludes o muros, reforzados y no reforzados. Si ocurre una falla por estabilidad global en un terraplén, talud o muro reforzado, deberá suponerse que una rotura por sobreesfuerzo del material de refuerzo o una falla por adherencia contribuyeron al colapso del terraplén.

4.1.2. Fallas Intrínsecas.

Dentro del análisis de la estabilidad interna del muro reforzado, el aspecto del adecuado comportamiento tensional del refuerzo es del máximo interés. Son específicos del diseño de estructuras de suelo reforzado: el análisis de la rotura a tracción del refuerzo y el arrancamiento del mismo. Dicha falla por rotura de las tiras de refuerzo, suele  estar asociada a mecanismos de falla progresiva.

Rotura por sobreesfuerzo.

Se presenta cuando el esfuerzo a la tensión en el refuerzo excede al de trabajo permisible, lo cual se traduce en una deformación inadmisible y posiblemente hasta la rotura del refuerzo. Este modo de falla se le conoce como “ruptura”  aunque en realidad casi nunca se alcance la fractura del material. La existencia del refuerzo en la estructura geotécnica hace que, sobre las láminas de material de refuerzo, se induzcan unas tracciones que serán tanto mayores cuanto más elevado sea el valor del coeficiente de seguridad mínimo exigido.

Extracción del refuerzo

La extracción se produce como resultado de un excesivo movimiento de la capa del refuerzo a través del suelo. Este tipo de falla está asociado con las capas de refuerzo embebidas en suelos friccionantes. Para asegurar un comportamiento global adecuado de la estructura las tracciones deben ser soportadas por cada elemento de refuerzo.

4.1.3. Fallas debidas al agua

El drenaje adecuado de los suelos reforzados es un aspecto de especial importancia, al que dedicar especial cuidado.

  • Drenaje de las aguas superficiales: Evitar la filtración del agua superficial, realizando tareas de captación, conducción y evacuación.
  • Captación de las aguas profundas: Provenientes de los rezumes existentes en las laderas y que pueden incidir en un incremento del empuje sobre la estructura.
  • Evacuación de filtraciones: Una vez captadas las posibles filtraciones, es necesario conducirlas y evacuarlas.

4.1.4. Fallas debidas a defectos de ejecución

Al igual que en el resto de estructuras, una correcta ejecución es clave para la estabilidad del conjunto. Será preciso una ejecución acorde con las prescripciones del sistema:

  • Control sobre los rellenos a utilizar según las especificaciones a cumplir: mecánicas, físico-químico-biológicas y de puesta en obra. Los criterios se refieren a asegurar un rozamiento suficiente con la armadura, la no corrosión de ésta y una puesta en obra factible.
  • Compactación de dichos rellenos de manera metódica, en bandas paralelas a la cara exterior, no aproximándose las máquinas a una distancia inferior de 1.5 m del borde externo del talud, para evitar desperfectos en la piezas de hormigón ya montadas, esta zona será compactada mediante procedimientos de compactación ligeros.
  • Deberá evitarse que el relleno este muy húmedo para evitar fenómenos de colchoneo.

4.2. Patologías  provocadas por uso de tierra  armada.

Las patologías edificatorias que pueden presentarse como consecuencia de la utilización de este tipo de suelos reforzados serán similares a las que se produzcan con muros de contención tradicionales.

Los problemas se agravarán a medida que las construcciones se aproximen a la zona de influencia de dicho sistema y tengan conferida su estabilidad a la del propio muro.

No será conveniente cimentar mediante zapatas o losas si éstas se apoyan totalmente sobre un muro de suelo reforzado, ya que la consolidación y el asiento serán distintos por tener diferente espesor de relleno, y se produciría una diferencia de asientos de unas zonas con respecto a la otras.

Dicho problema también puede suceder si el edificio apoya parcialmente sobre terreno idoneo y sobre el muro reforzado, debido a la distorsión de apoyos y asientos en dos suelos de competencia diferente.

5. CONSIDERACIONES FINALES

Como resultado del análisis de las posibles roturas y patologías se concluye que aun teniendo una gran relevancia el calculo de la estructura, toma mas importancia la correcta ejecución del sistema que debería llevarse a cabo de manera precisa. Y más aun cuando en caso de siniestro, la reparación conllevaría la demolición y posterior reconstrucción del muro afectado, ya que no es posible actuar sobre un refuerzo puntual o sobre una capa de compactación determinada debido a la naturaleza del propio sistema.

Este control de ejecución es un punto complicado ya que aun siendo la tierra armada, un método extendido en su uso, carece de normativa reguladora, ni tan siquiera se refleja su utilización en el nuevo Código Técnico de la Edificación. Tan solo existen unas prescripciones o procedimientos recogidos en el “Manual para el Proyecto y Ejecución de Estructuras de Suelo Reforzado” publicado por el Ministerio de Obras Públicas en enero de 1989.

Es preciso recordar también que la utilización de tierra armada requiere de un mantenimiento rutinario. Este se reduce a la conservación de los drenajes y la eliminación de vegetación descontrolada en las juntas de las escamas de hormigón del paramento exterior, esto último para evitar la posible corrosión de las armaduras.

BIBLIOGRAFÍA

“Geotécnica y cimientos III” Vol. II. Jose Antonio Jiménez Salas. 1980.
“Manual para el Proyecto y Ejecución de estructuras de Suelo Reforzado” (MOPT). 1989.
“Diagnosis y causas en patología de la edificación”. Manuel Muñoz Hidalgo. 1994. Sevilla.
“Manual de técnicas de mejora del terreno”. Ana Bielza Feliú. 1999.

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