03.04.00 MURO DE CONTENCION DE SUELO REFORZADO MEDIANTE GEOCELDASLas geoceldas son sistemas de confinamiento celular de suelos, conformadas por paneles de polietileno dispuesto en forma de tiras. Estas tiras estn unidas por soldadura y conforman secciones extremadamente fuertes, que al expandirse adoptan la configuracin "panal de abejas".Este sistema ampla o mejora la capacidad del material de relleno para un amplio rango de aplicaciones, utilizando los principios de confinamiento. Los materiales de relleno confinados, se comportan sustancialmente mejor comparndolos con aquellos materiales no confinados.La geocelda toma el concepto de confinamiento en dos dimensiones (largo y ancho) y lo extiende con una tercera dimensin (profundidad). Este confinamiento vertical y horizontal en la profundidad del estrato base representa un salto cualitativo en la tecnologa de estabilizacin y tiene un gran efecto sobre el costo efectivo de su aplicacin en trminos de largo plazo.En el caso de las geoceldas, existen dos tipos de estructuras geotcnicas en las cuales se pueden utilizar; una de estas estructuras tiene el comportamiento de muro de gravedad, mientras que la otra se comporta como una estructura de suelo reforzado propiamente, como se puede ver en las figuras 00.17 y 03.18, respectivamente.

Figura 03.17 MURO DE GRAVEDAD DE CEOCELDASFigura 03.18 MURO DE SUELO REFORZADO CON GEOCELDASEl proceso de diseo de este tipo de estructura es similar al descrito anteriormente, el procedimiento de clculo se puede dividir en 3 etapas:Estabilidad Externa.Estabilidad Interna.Estabilidad Local.

ANALISIS DE ESTABILIDAD EXTERNAEn esta etapa, se tendr que considerar los siguientes modos potenciales de falla, tal como se muestra en la Figura 03.19.

Desplazamiento Horizontal.Rotacin.Capacidad de Carga.

Para ello es necesario seguir los siguientes pasos:Paso 1: Determinacin del coeficiente de empuje de tierras, Ka.Para el caso de muros de gravedad, se utiliza la Teora de Coulomb, para la determinacin del coeficiente de empuje activo

Ka:

Nota.- Para casos de anlisis de secciones individuales de geoceldas, se tiene que asumir e>,=G.Para el caso de muros de suelo reforzado, se utiliza la Teora de Rankine, para poder hallar

donde:K,Ki : coeficientes activos de empuje de tierra, f : ngulo de fri ccin del suelo retenido. w= : ngulo de la cara interior del muro con respecto a la vertical.d : ngulo de friccin entre el suelo y el muro, b : ngulo con respecto a la horizontal de la superficie del terreno retenido.Paso 2: Determinacin de las fuerzas del terreno, que actan en ia estabilidad externa.Para el caso de muros de gravedad, la altura H es la altura total de las capas de geolceldas apiladas una encima de otra.

Para el caso de muros de suelo reforzado, la altura que se considera es (H+h) la cual corresponde a la altura posterior a la del suelo reforzado; adems el coeficiente de empuje del terreno Ka: se halla considerando4>r-

P. = 05 Kd-yr [H - hf -eos fi P. = K-q-{H - h\-casfidonde:P, : fuerza debido al empuje del terreno retenido.P.: : fuerza debido a una carga uniformemente repartida.P,- : fuerza horizontal debido al terreno retenido.PLV : fuerza vertical debido al terreno retenido.Pq- : fuerza horizontal debido a carga uniformemente repartida.Pqif : fuerza vertical debido a carga uniformemente repartida.gr : peso especfico del suelo retenido, q : carga uniformemente repartida sobre el muro.H : altura del muro.h : altura de la superficie del suelo retenido sobre el refuerzo.Paso 3: Determinacin del peso dei muro para ia resistencia ai desplazamiento.Para muros de gravedad, se considera el peso total de todas las capas apiladas de geoceldas, ms el peso del suelo que se encuentra sobre el taln de la cimentacin ms la sobrecarga muerta aplicada el muro.

W'= jff - 3.^.)- fp.5 - H - - lan^)]-yi W'=W, -w2 -LTtAhora, p ara c*, < 0; Hr = r

Para el caso de los muros de suelo reforzado, el peso que se considera para fines de la resistencia al desplazamiento, ser el de toda la estructura incluyendo la zona desuelo reforzado.

donde:W,Wr : peso del muro.E^., : base del muro.wf : ngulo con respecto a la vertical de la cara exterior del muro.g : ngulo defriccin del suelo de relleno.Ls : longitud de la componente horizontal de la cara interior del muro.L : longitud adicional del refuerzo.Paso 4: Determinacin dei Factor de Seguridad ai Desplazamiento.Este factor de seguridad es el correspondiente a la resistencia que ejerce la estructura a desplazarse a lo largo de su base debido a los empujes ejercidos por las fuerzas externas; en la Figura 03.19 se muestra el mecanismo de esta falla. El Factor de Seguridad al Desplazamiento FS* deber de ser mayor a 1.5 (FSg>1.5), para que un diseo se pueda considerar un diseo como aceptable.En la determinacin de este factor de seguridad para muros de gravedad, para el desplazamiento a lo largo de la base Bw, se tendr que considerar el menor valor deiji o^f.

En lo que se refiere a los muros de suelo reforzado, la resistencia al desplazamiento es provista tambin en la base a lo largo de la toda longitud de la zona de retuerzo L; usando el menor valor de ,, O 4Para el caso de los muros de gravedad, los momentos se consideran teniendo como punto de rotacin el extremo exterior de la base Bw como se puede ver en la Figura 03.17..

Nota.- Para fines ilustrativos, en ambos casos se ha utilizado el valor dedonde:FS* : factor de seguridad contra deslizamiento, t : ngulo defriccin del suelo de cimentacin.Cf : cohesin del suelo de cimentacin.Paso 5: Determinacin del Factor de Seguridad al Vuelco. Este factor depende de las fuerzas que actan sobre la estructura, las cuales generan momentos resistentes y momentos actuantes; estos ltimos son los que tienden a volcar a la estructura, mientras que los momentos resistentes evitan el vuelco. Para fines de diseo se recomienda que el Factor de Seguridad al Vuelco FS^, sea mayor a 2.0 {FS>2) para un diseo ptimo.

donde:FSo, : factor de seguridad contra el vuelco.

En el caso de muras de suelo reforzado, los momentos tambin tienen como punto de rotacin el extremo exterior de la base; la base a considerar tiene una longitud L, que corresponde a la longitud del refuerzo de geosintticotal y como se muestra en la Figura 03.18.

Paso 6: Determinacin del Factor de Seguridad a la Capacidad de Carga FStc Para obtener este factor de seguridad simplemente se realiza la comparacin entre la capacidad de carga ltima del terreno y los esfuerzos aplicados al terreno por la estructura. La capacidad ltma del terreno se halla mediante los procedimientos convencionales de la mecnica de suelos o mediante ensayos de campo; mientras que para determinar los esfuerzos aplicados, se tendr que usar el mtodo conservador de Meyerhof para distribucin de cargas.Con fines de diseo, este factor de seguridad tendr que ser mayor a 2.0 (FS^:>2.0) para muras de gravedad, mientras que para muros de suelos reforzados este tendr que ser mayor a 2.5 (FSb:>2.5), para lograr un diseo aceptable.

donde:FSbc : factor de seguridad contra la capacidad de carga.ANA LISIS DE ESTABILIDAD INTERNAEn el caso de la estabilidad interna, en este tipo de estructuras se tendr que considerar los siguientes modos de falla mostrados en la figura 03.20.

Deslizamiento interno.Vuelco interno.Diseo de los refuerzos.Resistencia de cada capa de refuerzo.Fatiga.Anclaje de cada capa.

Paso 1: Determinacin del Factor de Seguridad al Desplazamiento Interno FSs/. Este anlisis es muy similar al del desplazamiento externo visto anteriormente, excepto que la superficie de falla ocurre entre capas, o a menor altura que la altura total H.Esta es una forma de verificar que la disminucin del ancho de las capas sean los correctos conforme exista ms altura, en el caso de los muros de gravedad; mientras que en los muros de suelo reforzado, asegura queel incremento de la separacin de los refuerzos de geosintticos en las capas superiores, no cree una superficie de desplazamiento ms crtica que aquella resultado de considerar la altura total de la estructura (ver Paso 4, Estabilidad Externa). Generalmente este factor deber de ser mayor que 1.5 (FS, >1.5) para un diseo aceptable.

Para muros de gravedad, se determina las cargas laterales aplicadas, para cada incremento de altura del muro, Hi. Este incremento se mide desde la parte superior del muro hasta cada capa de geocelda analizada; luego se comprueba la resistencia al deslizamiento de cada capa considerando una base B:w para cada una, como se puede ver en la Figura 03.17.En el caso de los muros de suelo reforzado, se realiza el mismo procedimiento que en los muros de gravedad a excepcin que la base de desplazamiento para cada capa ser tal y como se muestra en la Figura 03.18.

Paso 2: Determinacin del Factor de Seguridad de Vuelco Interno FSc. Este se halla para cada incremento de altura Hi, usando una base B:w para cada capa de geocelda, como se puede ver en la Figura 03.08. Este valor de FS^ (FSb^.O) tendr que ser mayor que 2.0 para que se de por aceptado el diseo.

Para el caso de muros de gravedad, se tiene que hallar los momentos que actan sobre la estructura con respecto al taln exterior de la base; para esto se tiene que considerar una base

B:w para cada capa de geocelda de altura H, como se puede ver en la Figura 03.17.En lo que respecta a muros de gravedad, con este ltimo paso concluye el diseo de la estructura de contencin; los siguientes pasos descritos a continuacin slo son aplicables al diseo de muros de suelo reforzado.Paso 3: Determinacin dei diseo de los refuerzos de geosintticos.Este consiste en hallar la Fuerza de Resistencia en la Longitud Final de Diseo (LTDS) y un coeficiente de interaccin Ci. Los datos de la resistencia a los esfuerzos de los refuerzos de geosintticoson dados de fbrica; entonces el procedimiento para hallar el esfuerzo LTDS incluye la determinacin de los siguientes factores de seguridad: (1) falla porfatiga o creep, (2) daos en construccin, (3) durabilidad qumica, (4) durabilidad biclgca y (5) otros factores.Paso 4: Determinacin de la resistencia a las cargas aplicadas a cada capa de geosinttico de refuerzo. Esto se refiere a los esfuerzos laterales que la estructura tendr que resistir para ser internamente estable. En este caso se hallar un coeficiente de empuje Ka:, el cual se hallar en funcin de iji.

Paso 5: Determinacin del Factor de Seguridad al Esfuerzo de FatigaFStos. Este factor es el que compara la carga aplicada debido a los esfuerzos laterales en los refuerzos con la resistencia a la tensin de losPara hallar el espaciamiento vertical de cada refuerzo, se considerar el rea tributaria Ac para cada capa de refuerzo, esta rea es aquella entre los puntos medios de la distancia que existe entre cada capa de refuerzo. La fuerza aplicada para cada capa de refuerzo Fg, ser igual al esfuerzo lateral aplicado en la distancia D (entre puntos medios) del rea tributaria, como se muestra en la siguiente ecuacin:

refuerzos.. Para estructuras pequeas y sin importancia este valor de FSte deber de ser mayor a la unidad (FS-^>1.0); mientras que para estructuras ms importantes este deber de ser mayor a 1.2 (FS1cra>1.2), para que se d por aceptado un diseo. Este factor de seguridad esta definido como:

El FS,^ podra ser calculado para cada capa de geosinttico en el diseo de refuerzo propuesto (espaciamiento vertical) para muros de suelo reforzado.

Paso 6: Determinacin del Factor de Seguridad al Anclaje FSCp para cada capa. Este factor de seguridad verifica que los esfuerzos laterales transmitidos al suelo a travs de los refuerzos., no sean superiores a la capacidad de anclaje del terreno. Este factor de seguridad FSof tendr que ser mayor a 1.5 (FS3>1.5) para que se de por ptimo el diseo. Se calcula de la siguiente forma:

La capacidad de anclaje AC para cada refuerzo, puede ser calculada teniendo en cuenta las propiedades de anclaje del terreno o cohesin C , la cual se aplica en toda la longitud de anclaje del refuerzo Ly en una profundidad d, al punto medio de la longitud de anclaje; esto se puede ver en la siguiente ecuacin:

ANA LISIS DE ESTABIL IDAD L O CALLos anlisis de estabilidad local para los modos de falla mostrados en la Figura 03.21, se realizan para tener la seguridad de que la cara exterior

de geoceldas y el suelo reforzado mediante geosintticos, formen una sola estructura.Paso 1: Determinacin del Factor de Seguridad por Falla de Conexin FSEste factor de seguridad se refiere a la unin que hay entre el refuerzo de geosinttico y la cara de geoceldas. El esfuerzo de conexin C^, generalmente es hallado mediante ensayos de laboratorio en modelos a escala. En sistemas de geoceldas, generalmente basados en suelos granulares, la conexin predominantemente es de caracterstica friccionante, es por eso que puede ser calculada con cierto grado de certeza; para un diseo aceptable el factor de seguridad FScs {FScs>1.5) deber ser mayor a 1.5, el cual se tendr que calcular para cada conexin entre la geocelda y la capa de refuerzo, de la siguiente manera:

Paso 2: Probabilidad de pandeo entre capas. Se refiere a las capas de geosintticos de refuerzo, se determina analizando la capacidad al corte que existe entre las capas de geoceldas debido a la aplicacin de una fuerza cortante. La fuerza cortante aplicada en el fondo de cualquier capa est determinada por la fuerza de empuje lateral del terreno total, menos la fuerza aplicada calculada sobre la capa de geosinttico anteriora esta capa; la capacidad de corte S entre capas de geoceldas ha sido determinada usando un modelamiento a escala real.La capacidad de carga S; puede ser calculada en el fondo de cada capa de geocelda. El factor de seguridad para capacidad de corte FS^es calculado como se muestra:

Figura 03.21 MODOS DE FALLA DE ESTABILIDAD LOCALPaso 3: Altura mxima de capas sin refuerzo Esto se refiere a la altura de muro superior a la capa superior de refuerzo de geosinttico, la cual deber de ser analizada como un muro de gravedad para as asegurar que no existan fallas por deslizamiento, ni por vuelco, tal y como se describe en los pasos 7 y 8 del anlisis de estabilidad externa.Paso 4: Diseo de drenaje apropiado Este es fundamental para una buena actuacin de los muros de contencin de geoceldas. Generalmente, el relleno granular usado en los muros de geoceldas, constituye un buen medio de drenaje para la disipacin de la presin hidrosttica y deber de ser extendida unos 300 mm a 600 mm detrs de la seccin de geocelda como se puede ver en la Figura 03.22.Si el suelo que se est reteniendo tiene una gradacin ms fina que la del suelo de relleno, se deber proteger con un filtro de geotextiles. Para muros sumergidos, estructuras en la costa o zonas que tengan un flujo considerable de agua subterrnea, se requerir de un sistema de drenaje ms completo.

*En el caso de los muros de gravedad, los esfuerzos aplicados se distribuirn considerando como base Bw, en una longitud efectiva de acuertlo a la excentricidad.En el caso de los muros de suelos reforzados, la base a considerar para toda la estructura ser la longitud L del refuerzo, tal como se aprecia en la Figura 03.18.