analisis geotecnico muro gaviones

MARIO VALENZUELA O. INGENIERIA GEOTECNICA – PROYECTOS DE FUNDACIONES – ASESORIA EN OBRA CRESCENTE ERRAZURIZ 75 – LONCO NORTE – CASILLA 1212 – FONO/FAX 41 – 340629 -- CONCEPCION

ANEXO III : ANÁLISIS GEOTECNICO Y ESPECIFICACIONES TECNICAS PARA LA

CONSTRUCCION DE MURO DE GAVIONES Y RELLENO DE QUEBRADAS.

Noviembre , 2009 1. GENERAL El proyecto contempla la utilización de las quebradas existentes para botadero del material proveniente de los cortes de ladera, las especificaciones generales para la depositación de suelos son las indicadas en el ítem 6 del Informe Geotécnico, más las que se redactan a continuación : Dren de Fondo El fondo de las quebradas llevará un dren principal, construido con bolones envueltos en geotextil, de dimensiones no menores a 0.60m por 0.60m, el que se hará llegar directamente a la línea de gaviones (ver figura N°1). Sello del Escarpe El sello será recibido por el ingeniero especialista Sr. Mario Valenzuela O. En este evento se especificará el eventual mejoramiento de suelos, registrando las observaciones en Libro de Obra. Relleno de Borde Gaviones El relleno que se construye directamente en los bordes de las estructuras de gaviones deberá llevar compactación controlada en al menos 1.5 veces la altura del muro. Se compactará en capas de espesor suelto no mayor a 40 cm y se exigirán densidades superiores al 90 % del ensayo Proctor Modificado, controlando al menos una densidad cada 500m2. Adicionalmente, como elemento de refuerzo, bajo cada capa se dispondrá una membrana de geotextil en la zona de compactación controlada. La pendiente de las capas será contraria a la pendiente de la ladera, es decir, se construirán a contra pendiente (ver Figura N°2) En la interfase suelo gaviones se colocará una membrana geotextil como filtro y refuerzo del relleno estructural controlado. La membrana se anclara entre capas en al menos 2 metros. Cotas de Superficie y Pendientes Serán definidas por la ingeniería básica del proyecto.

Anexo III- pag 1


Mínimo 60cm

Mínimo 60cm Tubo Flexadren

10mm o similar

Geotextil Bidim OP20 o similar

Figura N°1 – Esquema de dren longitudinal

Membrana geotextil en Interfase suelo-gavión

Membrana geotextil en zona de compactación controlada

Dren Longitudinal

Figura N°2 – Esquema general de estructura de retención

Mínimo 1,5 H

H

Anexo III- pag 2


Membrana GeotextilSe utilizará una membrana geotextil no tejida, de la línea de estabilización, de filamentos continuos, de poliester, o de polipropileno. Se recomienda utilizar BIDIM OP 30, o similar, que cumpla con las siguientes características :

Resistencia a la Tracción ASTM D 4632 220 lbs. Mín Elongación ASTM D 4595 60 % Min Resist. Al Punzonado ASTM D 4833 70 lbs. Mín Permeabilidad Normal ASTM D 4491 0.02 cm/seg. Mín Abertura Aparente ASTM D 4751 0.20 mm. Máx Resistencia a la Rasgadura ASTM D 4751 75 lbs. Mín

Los empalmes se realizarán en acuerdo a instrucción del fabricante. En caso de traslape simple, se aceptará un mínimo de 60 cm. 2. METODOLOGÍA DE ANÁLISIS DE MUROS GAVIONES Para estudiar la estabilidad de los gaviones se verifican los estados de límite último que considera el colapso de la estructura. En estos casos se consideran factores de seguridad superiores a 1,5 en estado estático, y superiores a 1,1 en estado pseudo-estático. El presente estudio, mediante el programa GGU-Gabion, verifica la estabilidad de estas estructuras al deslizamiento, volcamiento y capacidad portante del suelo de fundación. Adicionalmente, se efectúa una verificación a la compresión del material usado y la capacidad friccional entre los gaviones, de manera de disponer la resistencia mecánica necesaria para absorber los esfuerzos cortantes. 2.1. Análisis Estático Para el análisis de los gaviones, se consideró como condición estática, un modelo que soporta el empuje activo de los suelos existentes aguas arriba de la estructura de retención, sin considerar el aporte que entregan los empujes de los suelos depositados aguas abajo. En el análisis se considera estado de suelo saturado y una altura de relleno mínima de 5m, que se incrementa aguas arriba. 2.2.Análisis Sísmico El efecto del sismo se introduce mediante un análisis pseudo estático, que considera el aporte de fuerzas horizontales que incrementan el empuje lateral de los suelos en estado estático. En acuerdo a lo expuesto en el item 2.3, los coeficientes sísmicos a utilizar en el análisis de estabilidad son los siguientes:

- Kh=0,2g, coeficiente horizontal - Kv=0g, coeficiente vertical

Es importante indicar que la condición de sismo se ha estudiado en combinación con el peso propio saturado, que corresponde a una situación de doble eventualidad.

Anexo III- pag 3


2.3. Coeficiente Sísmico El Ministerio de Obras Públicas, a través de las disposiciones del Manual de Carreteras de la Dirección Nacional de Vialidad ha adoptado los conceptos básicos de la norma NCh 433, más algunas disposiciones inspiradas en el satisfactorio comportamiento sísmico que tuvieron algunas estructuras como puentes, muros de contención y otros, durante este evento sísmico. Para el estudio de la estructura de retención se adoptarán los conceptos utilizados para evaluar la componente sísmica de los empujes de tierra detallados en el tópico 3.1003.4 del Manual de Carreteras, lo que corresponde a utilizar un coeficiente sísmico dado por la expresión Kh=Cs=0,5A ' . Como el sector en estudio es definido como zona 3 por la norma, corresponde un coeficiente de aceleración efectiva máxima A ' = 0,40g, resultando un valor K

0

0 h = 0,20g. 2.4. Combinaciones de Carga En el análisis se considera dos combinaciones de carga:

- Análisis Estático: situación de suelo saturado. - Análisis Sísmico: situación de suelo saturado más sismo.

2.5. Caracterización Geotécnica Para el diseño de las estructuras de contención se considerarán los empujes de la masa de suelos en estado saturado. Los parámetros a considerar en el corto plazo son : Peso unitario saturado, γt : 2,0 T/m3 Angulo de resistencia interna, φ : 35° Cohesión efectiva, C : 1T/m3

Coeficiente de Empuje Activo Ka : 0.27 Coeficiente de Empuje en Reposo Ko : 0.38 Coeficiente de Empuje Pasivo Kp : 3.7

Como material para la construcción del gavión, se consideran bolobes o clastos de peso específico de 2,6T/m3 y una porosidad de 0,3. La construcción se realizará en acuerdo a las disposiciones del Manual de Carreteras del MOP. 4.3. Resultados Después de numerosas iteraciones computacionales, se pueden establecer los siguientes resultados :

Caso FS requerido FS obtenido Verificación Estático al Deslizamiento 1,5 > 3.0 OK Sísmico al Deslizamiento 1,1 1,95 OK Estático al Volcamiento 1,5 5.6 OK Sísmico al Volcamiento 1,1 3.1 OK Capacidad de Soporte del Suelo Estatico 3.0 > 12.1 OK Capacidad de Soporte del Suelo Sismico 2.0 > 5.3 OK

Anexo III- pag 4


Análisis de estabilidad estático

-5.0

0

0.00

-6.0

0 (1

)G

W (

-5.9

9)

16

GW

(-5

.99)

-4-2

02

46

810

1214

V ·

mue

/Hm

ue =

0.7

50

-8-6-4-202

eph+

pw/e

ah+p

w [k

N/m

²]

0.0

19.5

-27.

5-2

7.5

M [k

N·m

/m]

-0.0

-0.2

7.3

5.3

30.3

24.3

76.8

64.6

64.4 41

.8H

[kN

/m]

0.0

1.9

2.0

7.8

7.9

17.5

17.6

31.1

31.3

48.7

V [k

N/m

]

-0.0

18.8

29.2

67.3

87.8

145.

517

6.2

253.

325

4.1

333.

7

10.0

00 7.25

810

.000

8.37

66.

483

8.10

48.

376

7.49

16.

227

7.32

77.

491

6.08

76.

098

5.14

2

5.97

66.

087

67.7 kN/m²

99.1 kN/m²

Set

tlem

ents

:C

onst

r. m

od. p

rofil

e an

dse

ttlem

ent c

ompo

nent

s at

the

char

acte

ristic

poi

nts

D

epth

E

s

s(le

ft)

s

(rig

ht)

[m b

. FB]

[M

N/m

²]

[

cm]

[cm

] >

0.0

0

1

0.00

2

.51

2.9

3Li

mit

dept

h w

ith p

= 2

0.0

%Li

mit

dept

h =

5.33

m u

. GS

a =

100

0.00

mb

= 4

.00

m

sigm

a (le

ft) =

67.

75 k

N/m

²si

gma

(righ

t) =

99.0

9 kN

/m²

Settl

emen

ts in

the

char

acte

ristic

poi

nt:

Left:

s =

2.5

1 cm

Rig

ht: s

= 2

.93

cm

γγ

'ϕ

c(a)

c(p)

δ/ϕ

δ/ϕ

[kN

/m³]

[kN

/m³]

[°][k

N/m

²][k

N/m

²]A

ctiv

eP

assi

ve20

.010

.035

.010

.010

.00.

667

-0.6

67

Soil

γγ

'ϕ

c(a)

c(p)

δ/ϕ

δ/ϕ

[kN

/m³]

[kN

/m³]

[°][k

N/m

²][k

N/m

²]A

ctiv

eP

assi

ve20

.010

.035

.010

.010

.00.

667

-0.6

67

Desig

n:V(

toe)

= 3

33.7

kN

/mH(

toe)

= 4

8.7

kN/m

M(to

e) =

41.

8 kN

·m/m

Ecce

ntric

ity e

(toe)

= 0

.125

mb

= 4.

000

m ;

a =

100

0.00

0 m

b/6

= 0.

667

m ;

b/3

= 1

.333

m

η(S

lidin

g) =

(V *

tan(ϕ

) + E

p) /

H' =

(3

33.7

* ta

n(35

.0°)

+ 0

.0) /

48.

7 =

4.80

0H'

= H

(Foo

ter)

- Ep

σ 1/ σ

2(Foo

ter)

= 6

7.7

/ 99.

1 kN

/m²

η(B

earin

g ca

paci

ty) =

11.

33W

ith: ϕ

= 3

5.0°

; c =

10.

0 kN

/m²

γ 2 =

12.

72 k

N/m

²; σ

ü = 0

.0 k

N/m

²γ =

18.

00 k

N/m

³Yo

ung'

s m

od. =

2.5

00 ·

10+4

kN

/m²

Cuba

ture

= 1

3.98

5 m

³/m1s

t ker

nel w

idth

2nd

kern

el w

idth

Pres

sure

line

Basi

s fo

r ana

lyse

s:N

o ea

rth p

ress

ure

redi

strib

utio

nAc

tive

ep a

fter:

DIN

408

5Eq

uiva

lent

EP

coe

ffici

ent w

ith p

hi =

40°

Pass

ive

ep a

fter:

Caq

uot/K

eris

elη

(Pas

sive

) = 2

.00

Anexo III- pag 5


Análisis de estabilidad sísmico

-7.0

0 (1

)

GW

(-5

.99)

16

-5.0

0

0.00

GW

(-5

.99)

-4-2

02

46

810

1214

V ·

mue

/Hm

ue =

0.7

50

-8-6-4-202

eph+

pw/e

ah+p

w [k

N/m

²]

3.6 9.5 19

.0 28.5 43

.8-3

4.2

-34.

2M

[kN

·m/m

]

-0.0

-2.1

5.3

-4.9

20.0

-5.1

47.1

0.2

-0.5

-77.

4H

[kN

/m]

-0.0

6.5

6.7

22.6

22.8

48.1

48.4

83.0

83.4

123.

9V

[kN

/m]

-0.0

19.3

29.6

69.0

89.6

149.

318

0.1

260.

226

1.0

344.

9

3.33

62.

209

3.14

23.

336

2.95

12.

295

2.86

02.

951

2.79

32.

331

2.73

42.

793

2.34

6

2.08

7

2.31

52.

346

115.3 kN/m²

57.2 kN/m²

Set

tlem

ents

:C

onst

r. m

od. p

rofil

e an

dse

ttlem

ent c

ompo

nent

s at

the

char

acte

ristic

poi

nts

D

epth

E

s

s(le

ft)

s

(rig

ht)

[m b

. FB]

[M

N/m

²]

[

cm]

[cm

] >

0.0

0

1

0.00

3

.26

2.4

7Li

mit

dept

h w

ith p

= 2

0.0

%Li

mit

dept

h =

5.51

m u

. GS

a =

100

0.00

mb

= 4

.00

m

sigm

a (le

ft) =

115

.26

kN/m

²si

gma

(righ

t) =

57.1

7 kN

/m²

Settl

emen

ts in

the

char

acte

ristic

poi

nt:

Left:

s =

3.2

6 cm

Rig

ht: s

= 2

.47

cm

γγ

'ϕ

c(a)

c(p)

δ/ϕ

δ/ϕ

[kN

/m³]

[kN

/m³]

[°][k

N/m

²][k

N/m

²]A

ctiv

eP

assi

ve20

.010

.035

.010

.010

.00.

667

-0.6

67

Soil

γγ

'ϕ

c(a)

c(p)

δ/ϕ

δ/ϕ

[kN

/m³]

[kN

/m³]

[°][k

N/m

²][k

N/m

²]A

ctiv

eP

assi

ve20

.010

.035

.010

.010

.00.

667

-0.6

67

Desig

n:V(

toe)

= 3

44.9

kN

/mH(

toe)

= 1

23.9

kN/

mM

(toe)

= -7

7.4

kN·m

/mEc

cent

ricity

e(to

e) =

-0.2

25 m

b =

4.00

0 m

; a

= 1

000.

000

mb/

6 =

0.66

7 m

; b

/3 =

1.3

33 m

η(S

lidin

g) =

(V *

tan(ϕ

) + E

p) /

H' =

(3

44.9

* ta

n(35

.0°)

+ 0

.0) /

123

.9 =

1.9

48H'

= H

(Foo

ter)

- Ep

σ 1/ σ

2(Foo

ter)

= 1

15.3

/ 57

.2 k

N/m

²η(

Bea

ring

capa

city

) = 5

.32

With

: ϕ =

35.

0°; c

= 1

0.0

kN/m

²γ 2

= 1

4.76

kN

/m²; σ

ü = 0

.0 k

N/m

²Un

rein

forc

ed c

oncr

ete:

βr =

3.5

MN

/m²

γ = 1

8.00

kN/

m³

Youn

g's

mod

. = 2

.500

· 10

+4 k

N/m

²m

axim

um u

tilisa

tion

facto

r: 0.

063

at a

dep

th o

f -5.

000

mCu

batu

re =

13.

985

m³/m

1st k

erne

l widt

h2n

d ke

rnel

wid

thPr

essu

re li

ne

Basi

s fo

r ana

lyse

s:N

o ea

rth p

ress

ure

redi

strib

utio

nAc

tive

ep a

fter:

Use

r-def

ined

Equi

vale

nt E

P c

oeffi

cien

t with

phi

= 4

0°Pa

ssiv

e ep

afte

r: D

IN 4

085

(neu

)η

(Pas

sive

) = 2

.00

Seis

mic

s w

ith a

h / g

= 0

.200

Anexo III- pag 6


Gavión formado por cubos de 1m x 1m x 1m, o serie equivalente

1m

1m1m

Figura N°3 – Esquema de gavión diseñado

Anexo III- pag 7

analisis geotecnico muro gaviones

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