Resumen
En la provincia de Sancti Spiritus, Cuba, la carretera
Condado – Manacas Iznaga cruza el río Ay, con un
puente de 88.00 m que incluye dos luces de 20.00 m y tres luces
de 16.00 m, con estribos abiertos protegidos por una losa de
hormigón. Su construcción data de la década
de los 90. Se enmarca en una zona montañosa y su trazado
pasa cercano a la fusión de dos ríos, estando uno
de los estribos próximo al recodo del rio provocando esto
la erosión directa sobre el mismo.
Debido a las intensas lluvias ocurridas en octubre del
2012, se ve afectado el revestimiento del derrame del talud y el
terraplén de aproche del estribo cercano a las
márgenes del río.
El objetivo es realizar la reparación de esta
afectación, aplicando un método eficaz, que
garantice la estabilidad, la protección y que minimice el
tiempo de la reparación. Además de aplicar una
técnica económica y ambiental, por lo que acudimos
al uso de muros de gaviones para la contención del derrame
del estribo y protegerlo contra la erosión. Dada la
importancia de esta vía para la localidad, en que esta
enclavada, es que se hace necesario la ejecución de una
reparación eficaz.
Palabras claves
Gavión
Muros de contención
Introducción
Los muros de contención figuran dentro de la
historia de la construcción desde sus orígenes,
primero fueron de mampostería, posteriormente fueron de
concreto ciclópeo y finalmente de concreto reforzado. El
uso de estos tipos de estructuras de contención trae
consigo ciertos problemas y dificultades en su
construcción, problemas de estética para alturas
importantes y problemas de comportamiento sobre suelos
comprensibles. A nivel mundial, las técnicas de
ejecución y protección de taludes se han ido
diversificando, ya no solamente se emplea el hormigón
armado para la protección de taludes o ejecución de
muros de contención, sino que se usan otros materiales
resistentes a los empujes del terreno, soluciones de fácil
ejecución y más económicos. Tal es el caso
de los muros de contención de gaviones, son una
alternativa para proteger un talud y al mismo tiempo
estabilizarlo.
Las estructuras de contención de Gavión
son cajas de formas prismáticas, de mallas de alambre
llenas de rocas, que se colocan unas encima de las otras formando
muros. Los cuales devienen en una estructura monolítica
flexible y permeable. Al igual que las escolleras su principal
aplicación ha estado ligada a obras de tipo
marítima y fluvial; aunque en los últimos tiempos
se han empleado con éxito para la construcción de
muros de contención. Se envían a obras plegados,
allí se abren y se cosen sus esquinas formando una caja
dejando la tapa sin abatir, se le colocan los tirantes interiores
de alambre que abarcan varias mallas de cara a cara y se
rellenan.
También se utilizan en el control de la
erosión para la estabilización de bancos,
revestimientos de canales, y presas de gavión. La fuerza
del Gavión radica en su malla hexagonal de triple
torsión hecha de alambre de acero que se ve reforzada por
costadillos de alambre más duro a lo largo de los bordes y
por diafragmas transversales. Su ensamble es fácil, no
requiere mano de obra especializada y se utiliza cualquier roca
para rellenar, siempre que cumplan con el peso (son preferibles
los materiales con mayor peso específico) y las
características satisfagan las exigencias
estáticas, funcionales y de duración de
obra.
Con el 30% de vacíos, las estructuras de
gavión ofrecen libre drenaje proporcionando una mayor
estabilidad al talud cuando se utiliza para la protección
de las orillas del río.
Con este trabajo se pretende profundizar y dar a conocer
el aprendizaje de los principios y técnicas que
intervienen en todo el proceso constructivo de los muros de
gaviones, a través de su conocimiento conceptual y
posterior aplicación a la problemática de los
estribos del puente, sobre el río Ay en la carretera
Condado – Manacas Iznaga, mediante su correspondiente
diseño.
Desarrollo:
Proyecto
En la provincia de Sancti Spiritus, la carretera Condado
– Manacas Iznaga cruza el río Ay, con un puente de
88.00 m que incluye dos luces de 20.00 m y tres luces de 16.00 m,
con estribos abiertos protegidos por una losa de hormigón.
Su construcción data de la década de los 90. Se
enmarca en una zona montañosa y su trazado pasa cercano a
la fusión de dos ríos, estando uno de los estribos
próximo al recodo del rio provocando esto la
erosión directa sobre el mismo.
El trazado en planta de la vía, en la zona de
cruce con el Río, presenta una alineación recta.
Respecto a la alineación vertical podemos decir que a la
entrada de la obra la rasante presenta una curva vertical
simétrica de 120.0 m de longitud a continuación de
la cual se extiende un tramo horizontal de 320.0 m.
Cálculo Hidráulico
Se obtuvo a través del Método del Dr en
Ciencias Técnica D.L.SOKOLOVSKY para cuencas mayores de 25
km², auxiliándose de una carta 1:50 000, donde se
obtuvo un área de la cuenca de 393.20 km²,la longitud
del Río L= 49.5 ml, la pendiente de la cuenca es de 13.59
%.En base a los parámetros señalados con
anterioridad y mediante las formulas implícitas en este
método se determino un gasto de diseño Q=3377.86
m³/seg., para una probabilidad de ocurrencia de 1 %
.
El proyecto tiene como finalidad, de reparar la zona
afectada del talud del estribo Manaca Iznaga, así como el
aproche del mismo , para esto se busco una solución viable
dadas las condiciones y características que presenta esta
obra y la zona donde esta enclavada.
Se debe acometer esta reparación con la
superestructura colocada, por lo que el trabajo debe realizarse
en el área comprendida entre el derrame del pie el talud
aledaño a las márgenes del río y el aproche
del apoyo afectado.
Esto nos condujo al análisis de soluciones
técnicas, que fueran factibles, duraderas, rápidas
de ejecución, compatible con el medio ambiental y a su vez
económica, además de tener en cuenta las
características geológicas, por lo que nos
inclinamos a la utilización de solución de los
muros de gaviones con paredes escalonadas en su exterior y pared
vertical en su interior.
El muro debe quedar lo mas compacto posible, por lo que
su ejecución en el llenado de las canastas se debe
acomodar la piedra de forma tal que los espacios vacíos
sean mínimos.
La zona donde se enmarca la obra pertenece a la
formación geológica llamada Condado compuesta por
conglomerados, areniscas, aleurolitas. Los conglomerados son
matriz de arcilla arenosa, arenas y fragmentos redondeados de
esquistos.
Presentándose los estratos con muy buena
disposición, denominados de la siguiente forma,
observándose estos en la columna litológica
representada en el plano.
Nº 1. Suelo de relleno.
Nº 2. Arcilla limosa carbonata con vetas de arena
color carmelita amarillento, con mica de origen eluvial y en
estado muy compacto.
Nº3. Arena de grano grueso y medio con gravas de
diversos orígenes, redondeadas, en estado suelto,
presentan vetas limo –arcillosas, color gris y origen
eluvial.
Nº4. Eluvio estructural de roca conglomerada de
compacidad alta, de textura gravosa y color gris
azuloso.
Gavión
En la práctica de la construcción de
carreteras son muy utilizados tres tipos, que se distinguen entre
sí más por su tamaño que por su
comportamiento.
1. Gaviones de Base: Son gaviones de poco espesor (por
lo general 0.50 m) y se emplean como fundación de una
estructura.
2. Gaviones de Cuerpo: Con mayor espesor que los
gaviones de base (1m), son usados para conformar la parte
exterior de la obra.
3. Gaviones de recubrimiento, también denominados
colchonetas: Son de gran área, se emplean en el
recubrimiento taludes y canales como protección contra la
erosión superficial
Materiales
1. Relleno
Si se usa sólo piedras grandes, el peso del
gavión es menor que si se usa piedras más
pequeñas, pero drena más fácilmente el agua
que le llegue. Es una de las funciones fundamentales de los muros
hechos de gaviones. Lo mejor será usar piedra de
diferentes tamaños, para que su estabilidad por peso y
facilidad de drenaje sean satisfactorios a las condiciones de un
problema específico.
En el caso de los materiales para relleno, la siguiente
tabla da diferentes tipos de materiales y sus pesos, admitiendo
una tolerancia de 40% de espacios vacíos.
El relleno estructural deberá ser constituido por
suelo de buena calidad (granular y bien seleccionado), con
ángulo de fricción y permeabilidad elevados, y
sobre todo que mantenga sus características a lo largo del
tiempo; que no contengan óxido de hierro, excesiva
alcalinidad o en cuya composición puedan existir
compuestos salinos, ya que cualquiera de esos elementos
podría atacar el alambre a pesar de su fuerte
protección de zinc. La dimensión más
adecuada de rocas está comprendida entre una y dos veces
la dimensión D de la malla de la red, para evitar la
salida de las piedras. El uso de áridos de dimensiones
menores entre 1 y 1.5 D, permite un mejor y mas económico
ajuste del relleno, una mejor distribución de los
esfuerzos y una mejor adaptabilidad a las deformaciones de la
estructura.
2. Malla
Es un tejido de alambre galvanizado, en zonas de aguas
agresivas o en obras marinas se utilizan materiales de este tipo
y además plastificados con PVC. Presenta diferentes formas
de cada una de las cuadrículas que conforman la red. El
tamaño y la forma de estas cuadrículas dependen del
uso que se la vaya a dar a la estructura de gavión;
existen 3 tipos de malla:
– Malla eslabonada simple
– malla hexagonal o de triple torsión
– malla electrosoldada
Todos los alambres deben estar galvanizados y
reforzados. El alambre para cosidos y atirantados será
galvanizado reforzado, y se tendrá que proveer junto con
los gaviones una cantidad suficiente para la construcción
de la obra.
La cantidad estimada de alambre es de 8% para los
gaviones de 1.0 m de altura, y de 6% para los de 0.5 m con
relación al peso de los gaviones suministrados.
3. Tirantes
Son alambres preferiblemente del mismo calibre al de la
malla se ubican a medida que se colocan las capas de roca. Es
aconsejable cada 30 cm en forma horizontal o vertical
según el requerimiento, para hacer solidarias las caras
opuestas de la estructura, y así evitar las deformaciones
ocasionadas por el peso del material de relleno. Además de
los tirantes horizontales y verticales se utilizan los diagonales
que son ubicados especialmente en los extremos de cada hilada de
la estructura.
4. Armado
Pasos para el armado de las canastas de
gavión
Colocación de tirantes en las cajas de
gaviones
Diseño
Los muros de gaviones se pueden diseñar con
escalones externos o escalones internos. Los de escalones
internos, es decir con paramento exterior plano, algunas veces
son preferidos por razones funcionales o estéticas, pero
desde el punto de vista estático resultan en general mas
adecuados los de escalones externos, incluso por razones de
altura, para altura mayores de 5 m ó 6 m se aconsejan
muros de escalones externos. En el caso de escalonamiento interno
se advierte la necesidad de inclinar la obra al menos
6° (a).
El diseño de obras de contención a
gravedad se basa en las teorías de Coulomb y Rankine. La
experiencia de obras realizadas demuestran que los resultados
obtenidos, conducen a dimensionamientos a favor de la seguridad y
muy conservadores. Estas teorías tratan de determinar los
diferentes empujes que se producen en la tierra, tanto en caso
pasivo como en activo.
En el proceso de diseño de gaviones se comprueba
la seguridad al deslizamiento, al volteo y a la
distribución de presiones, en cuanto al proceso de
diseño del muro de contención de hormigón
ciclópeo se realiza las verificaciones a la
compresión, tracción, al volteo y al deslizamiento
en las dos secciones superior e inferior Las estructuras de
contención deben proveer una adecuada estabilidad contra
deslizamientos.
El factor de seguridad contra deslizamiento debe ser
por lo menos 1.5 para rellenos de baja cohesión y
cerca de 2.0 para rellenos cohesivos.
El Factor de seguridad contra el vuelco es de
1.5, con un valor sugerido de 2.0 para suelos cohesivos
respectivamente.Aspectos a tener en cuenta en el
diseño:– Uso que tendrá el terreno sobre el muro
de gaviones.– Tipo e importancia de la obra a construirse
sobre este terreno.– Relleno en la parte posterior del
muro.– Posibilidad de hacer gradas en el frente
expuesto del muro, con el fin de aplicar el mayor peso
sobre la parte posterior del mismo, lo cual permite una
mejor resistencia al vuelco.– Tipo de piedras o material de relleno de los
gaviones.– Se desprecia la resistencia o
disminución de presión debida a la
cohesión– No existen las presiones de agua.
– Fricción suelo – estructura d =
¾ ? del suelo, para suelos duros.– Fricción suelo – estructura d = ?
del suelo, para suelos friccionales– Fricción suelo – estructura d =
0.90 ?, para cuando se usa geotextiles entre
suelo-muro.Como norma general la base del muro se determina
utilizando la siguiente expresión.En caso de escalones externos
La altura del lugar de aplicación del
punto activo "d", medida verticalmente desde la
horizontal que pasa por el punto de giro "F", está
dada, porCHEQUEO AL DESLIZAMIENTO
CHEQUEO AL VUELCO
Mv = Eh. d Eh = 8.56 t/m (calculado), d = 1. 55
m (calculado); sustituyendo valoresMv = 8.56 (l. 55) = 13.27 t-m
La distancia horizontal entre el punto de vuelco
F y el punto de aplicación del empuje activo
obtenido del gráfico es equivalente a:S' = 1.975 m
El punto de aplicación del peso se
obtiene a partir del gráfico:S'' = 1.156 m
Cálculo del momento
resistenteVerificación de las tensiones en el
sueloDeterminación de la resultante de las
fuerzas normalesCálculo del Momento actuante de la
sección de análisisMact = Mr – Mv = 23.12 t-m
Chequeo de la excentricidad
De acuerdo con este resultado la resultante cae
dentro del núcleo central, es decir se localiza
dentro del tercio medio de la base, dado que e < B/6,
por tanto se tiene que0.40 m < 0.5 m
Cálculo de los esfuerzos
resultantesVerificación de las secciones
intermediasX = 0. 5 B – e / 0.4
B = 3. 0 m (dato), e = 0. 40 m (calculado);
sustituyendo valoresX = 0.5 (3) – 0.4 / 0.4 = 0.50 m
La resultante de las fuerzas tangenciales es
igual aSustituyendo valores
T = 8.56 cos 6º – (16.20 + 3.81) sen
6º = 6.42 t/mCálculo del ángulo de
fricción interna de los gavionesDeterminación de la cohesión de
agarre entre GavionesDeterminación de los Esfuerzo Normal y
Tensión Tangencial admisible valenChequeo de los Resultados
Cumple con las especificaciones, es decir, no se
exceden los esfuerzos normales y tangenciales
admisibles.Como un último chequeo se debe determinar
el cálculo de estabilidad del suelo debajo del
muro por el factor de seguridad global.La inestabilidad de un muro de retención
formado con gaviones puede darse para una falla del
conjunto suelo-muro a lo largo de una superficie curva de
deslizamiento, más o menos cilíndrica. Por
consiguiente, se requiere establecer las condiciones de
equilibrio de todas las fuerzas que actúan en la
masa deslizante. El análisis se realiza para
diversas superficies y se determina aquella de falla
crítica, usando para ello, por ejemplo, el
método de las fallas Fellenius ( Sueco), Bishop,
etc.Otro método simplificado aproxima la
superficie de rotura a una recta. Para el detalle de
tales procedimientos se recomienda consultar literaturas
específicas.Conclusiones
Los muros en gaviones representan una
solución extremadamente válida desde el
punto de vista técnico para construir muros de
contención en cualquier ambiente, clima y en zonas
de difícil acceso. Son estructuras eficientes, no
necesitando mano de obra especializada o medios
mecánicos particulares. El precio de los gaviones
es variable al igual que la piedra para llenar las
canastas, ya que depende de la ubicación del
proyecto. A menudo las piedras para el relleno se
encuentran en las cercaníasPrincipales ventajas:
Extrema flexibilidad que permite a la
estructura adaptarse a los movimientos del terreno
sin comprometer la estabilidad y la
eficiencia.Alta resistencia al empuje del terreno
estando calculados como estructura monolítica
a gravedad.Elevada permeabilidad que facilita el
saneamiento del terreno dejando filtrar el agua de la
escarpa.Integración paisajística,
versatilidad.
Recomendaciones
Es importante que los materiales utilizados
en las cajas de gaviones, colchones y de relleno
(piedra) cumplan con las normas y especificaciones
mínimas para el buen funcionamiento de
cualquier estructura.Para la construcción de estructuras
con gaviones y/o colchones, se necesita la
supervisión detallada del armado y amarre de
las cajas para prevenir la deformación en las
estructuras.Para la ejecución de proyectos donde
se utilizan estructuras formadas con gaviones, se
deben seguir las recomendaciones e indicaciones
mínimas mencionadas en este trabajo o
cualquier otra fuente de información, como
folletos, revistas, libros, internet, etc.Debido a que los gaviones se adaptan al
ambiente natural con facilidad se aconseja la
utilización de este sistema constructivo para
la estabilización y protección de
taludes.
Bibliografía
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Tierra. Editorial ISPJAE, La Habana.
1987.Edy Rolando Chanquín Gómez Tesis_
Diversas aplicaciones de gaviones para la
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Septiembre.2004http//www.abianchini.es
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Manual de Ingeniería de Ríos,
Comisión Nacional del Agua, México,
1992Secretaría de Obras Públicas,
"Gaviones Metálicos", Departamento de
Antioquía, Colombia.Sopena Mañas, L. M: Terraplenes. Curso
sobre Últimos Avances en la Ingeniería
Geotécnica. La Habana, Cuba. 13 al 15 de Noviembre
de 2000.Autor:
Ing. Yanexi Reguera
ArboláezIng. Orestes Espinosa
CastilloVilla Clara
2013
