Titulo : MUROS DE PLACAS DE HORMIGÓN PREFABRICADAS CON RELLENO COMPACTADO Y REFORZADO CON GEOMALLAS (MPRR)
Fecha de Creación : 06/06/2005
Autor : Ing. Patricio Torres G.
Artículo :1. EL SISTEMA DEL SUELO REFORZADO

Por muchos años la ingeniería ha tratado de obtener métodos efectivos de construcción de estructuras de contención de suelos, muchas estructuras centenarias y algunas milenarias, que perduran hasta la actualidad, incorporaron elementos naturales de refuerzo del suelo para construir una estructura estable.

En el contexto moderno, sólo en las últimas décadas, el suelo reforzado se ha convertido en una técnica viable y de costo conveniente, esto es gracias al desarrollo de los geosintéticos diseñados para la ingeniería y a partir de los polímeros resistentes y durables. Los refuerzos geosintéticos permiten aplicar fuerzas de tensión a un sistema combinado suelo - refuerzo, las cargas pueden ser soportadas con deformaciones controladas extendiendo la vida de diseño de una estructura y dándola mayor estabilidad.

A la inclusión de refuerzos se suman técnicas de drenaje, protección, confinamiento, inyección, anclaje, relleno y otras, que juntas dan una variada gama de posibilidades con múltiples aplicaciones, ventajas técnicas y económicas en la construcción de obras civiles. Entre las técnicas más comunes que se aplican en carreteras están los Muros de Placas con Suelo Reforzado MPRR, técnica también conocida como "La Tierra Armada", los Muros de Gaviones con Malla de Cola y Relleno Reforzado MGRR, los muros de bloques con relleno reforzado MBRR.

El suelo reforzado es una técnica donde los elementos resistentes a tensión son colocados en el interior del suelo para mejorar su resistencia y controlar las deformaciones, las fuerzas de tensión actúan como una restricción a los movimientos del suelo y por lo tanto mejoran la capacidad de carga y soporte. El resultado final es un "material compuesto” que tiene una resistencia al corte significativamente más grande que la masa sola del suelo.

El suelo reforzado por si sólo es una técnica constructiva de menor costo, si se la compara con las técnicas regulares de contención, retensión y cimentación, además se la ejecuta en menores tiempos con mayor seguridad.

Los mayores beneficios del suelo reforzado están dados por:

• La inclusión de los refuerzos en el suelo, que mejora la resistencia al corte del relleno, controla las deformaciones y por tanto su capacidad estructural.
• La inclusión de los refuerzos permite usar suelos de baja calidad y que pueden ser utilizados como componentes estructurales de un sistema de confinamiento, retención y cimentación, produciendo un "mejoramiento del terreno".
• Se recuperan áreas que por sus características topográficas, morfológicas y geotécnicas no podrían ser usadas sino sólo mediante la construcción de estructuras grandes y costosas.
• Los tiempos de construcción se reducen y las soluciones permiten el uso de materiales locales y maquinaria utilizada en la construcción común ó vial de tamaño mediano y con un resultado final compatible con el medio ambiente, lo que se logra mediante la incorporación de elementos naturales, decorativos y de mejoramiento estético.

Las aplicaciones actuales de los sistemas con suelo reforzado se han extendido a un gran número de situaciones, entre las más importantes están justamente las siguientes: terraplenes de carreteras, accesos a puentes, diques de tierra, rellenos sanitarios, contención de rellenos, estabilización de taludes y de excavaciones, recuperación de áreas para plataformas de desarrollos industriales y residenciales, desarrollo de áreas recreacionales, construcciones en fuertes pendientes y otras.

El objetivo es el de construir obras en sitios marginados por sus pobres características geotécnicas y de difícil topografía, aprovechando el comportamiento mecánico de la combinación pantalla de placas – refuerzo de geomallas – relleno.

La mayor ventaja de la construcción de estos muros es la de poder recuperar áreas de terreno, en donde la construcción se hace difícil y costosa por acceso, tipo de obras necesarias, especialmente en sitios de desarrollo habitacional, industrial y vial.

Los MPRR permiten paredes verticales que habilitan el 100% del área a ser construida, y permiten la construcción de casi todo tipo de estructura directamente sobre la zona del relleno reforzado.

2. ELEMENTOS COMPONENTES DE LOS MPSR

Este sistema constructivo es la unión de tres elementos principales:

• Pantalla de placas de hormigón armado prefabricadas
• Refuerzos de geomallas
• Relleno compactado con materiales "adecuados"

2.1 Pantalla con placas de hormigón armado prefabricadas

Son los elementos de cara que permiten el confinamiento y soportan parte del empuje lateral del suelo y de las cargas superiores que están siendo retenidas. Cada placa es prefabricada, con hormigón armado de resistencia f’c = 240 kg/cm², acero de refuerzo de fy = 4.200 kg/cm², de malla electro soldada y ganchos protegidos contra la corrosión embebidos en el hormigón, que sirven para unir la placa con la geomalla. Las placas tienen bordes machihembrados ó dentados, para dar trabe entre ellas, las medias placas son similares a las enteras pero sin los ganchos de unión, las placas son de forma hexagonal ó cuadrada de 0.25, 0.50 y 1.0 m² de área.

2.2. Refuerzo con geomallas

Las geomallas son tanto el refuerzo del relleno como el anclaje para cada placa, son del tipo uniaxial, fabricada en polietileno de alta densidad y resistencia, y seleccionadas para que trabajen a una resistencia al 2% ó al 5% de elongación en una rango de 15 a 40 kN/m, la resistencia, longitud y ancho de cada banda de geomalla se la define del análisis de estabilidad y del diseño.

2.3 Relleno compactado

En la mayoría de casos se utiliza el material proveniente de las excavaciones, ó préstamo local, se utiliza suelo seleccionado en pocos casos. El relleno es compactado al 95% del valor máximo del ensayo Proctor Modificado, en capas de 25 a 30 cm. de espesor y con la humedad más cercana posible a la óptima, la compactación se realiza con compactadores mecánicos, (vibro-compactadores) planchas vibratorias y rodillos entre 3 a 10 toneladas de peso.

2.4 Cimentación del muro de placas

La cimentación de los MPRR, puede ser de varios tipos: (1) cama de grava o suelo-cemento compactado, (2) zócalo de mampostería de piedra, (3) zócalo de hormigón simple ó ciclópeo ó (4) cadena de hormigón armado. Estas formas de cimentación permiten la colocación de la primera hilera de placas de forma nivelada tanto en horizontal como en vertical.

La cadena ó el zócalo de cimentación tienen una ranura longitudinal para alojar el diente de la placa ó varillas cortas verticales para el arranque vertical de las placas, este tipo de cimentación no representa un elemento estructural, ya que la estabilidad interna y general del muro no depende de ella, como en otras estructuras de contención y retención.

Estas formas de cimentación se adaptan a la topografía longitudinal y en elevación del terreno natural, en la que se aprovecha de la mejor forma posible el funcionamiento estructural de los MPRR, en algunos casos no se requiere ninguna de estas formas de cimentación sino únicamente una berma nivelada y compacta en el suelo natural. La cadena también puede ser prefabricada, para convertir a este tipo de muro en una estructura “desarmable” y “transportable.”

2.5 Filtro – dren

El control y disposición del agua de infiltración al relleno se lo hace con un filtro – dren de grava vertical, instalado en toda el área posterior a la pantalla de placas. Este tiene un espesor mínimo de 20 cm, y puede ó no estar conectado a un dren inferior. El dren inferior puede ser una zanja rellena de la misma grava con una ligera pendiente, ó un dren con tubo perforado recolector embebido en material granular, en varias ocasiones, como en el caso de muros interiores de edificios se ha utilizado geodrenes compuestos.

2.6 Otros elementos complementarios

La modulación de los muros exige la inclusión de columnas de hormigón armado en las esquinas, cambios fuertes de dirección ó para dar un mejor confinamiento lateral al relleno. Se ha construido muros de placas con relleno reforzado de varias decenas de metros de longitud y varios metros de altura sin columnas intermedias, que soportan estructuras de diversos tipos como carreteras, estribos de puentes, edificios, tanques de almacenamiento, canchas deportivas, plataformas de almacenamiento y viviendas.

La unión entre cada placa y la geomalla de refuerzo se lo hace con un elemento de transmisión de las fuerzas de tensión que toma la geomalla con las de empuje que soportan las placas. Esta consiste de un tubo de polietileno de alta densidad ó de PVC reforzado de una longitud mayor a la del gancho de unión.

3. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

El análisis de estabilidad se realiza para las características más críticas tanto de topografía como del suelo, para las condiciones de sobrecarga, y para sismo. Se utiliza programas de computadora específicos para este tipo de estructura, basados en los principios de la mecánica del suelo, hidráulica y de resistencia de materiales los más utilizados son: 1) Reslope 3.0, para estructuras de contención con refuerzo y 2) Macstars 1.1, para el caso de muros con gaviones y refuerzo. Se utiliza también otros como el Xstabl 4.1 basado en los métodos de equilibrio límite de Bishop y Jambú.

También existen programas que usan el método de los elementos finitos, pero se los utiliza en programas investigativos de estos sistemas constructivos.

4. Método constructivo

Este tipo de estructura aparte de las ventajas de comportamiento estructural, presenta una metodología de construcción simple, que no requiere de equipos de construcción diferente al utilizado en la construcción de cualquier carretera ó edificación común, con mano de obra bien entrenada, pero requiere de una dirección técnica y control de calidad apropiados.

Se deberá seguir las normas particulares y cumplir con las especificaciones concernientes a cada uno de los elementos componentes además seguir los procesos y secuencia de construcción en forma correcta.
5. REALIZACIONES

Este tipo de obra se ha realizado en el Ecuador en proyectos de carreteras, recuperación de terrenos para desarrollo de conjuntos habitacionales, construcciones de vivienda en sitios de difícil topografía, estabilización de taludes, protección de instalaciones y recuperación de la obra básica de vías, ejecutando muros del tipo MPRR que son una forma de “Muros Estabilizados Mecánicamente” (MEM) como se los conoce en la literatura técnica.

Ø Conjunto residencial El Zaidín, Norte de Quito,1992:

MPRR de 100 m de longitud y 5 m de altura, construido en un terreno de 50º de pendiente en el borde superior de la quebrada El Colegio, sector de Carcelén, fue la alternativa a uno de hormigón armado inicialmente proyectado a un mayor costo el MPRR fue construido a un costo menor en 35% al del hormigón armado, en un tiempo de 10 semanas. Este muro permitió la recuperación del terreno y la construcción de 13 casas de dos pisos.

Ø Conjunto “Colomba”, Miravalle - Cumbayá 1998:

El MPRR posterior a las casas, permitió recuperar un área de terreno para los patios posteriores en un área aproximada de 50 m² para cada una y también se logró estabilizar el terreno, en el borde superior de la quebrada San Francisco, que en este sitio tiene una pendiente de 70º y una profundidad aproximada de 80 m. El muro tiene una longitud de 60 m, y una altura variable entre 3 y 5 m, fue construido a un menor costo que los muros - cajón de hormigón armado proyectados inicialmente.

Ø Colegio “Camilo Gallegos”, Sur de Quito, 1998.

La calle colindante donde está ubicado el colegio, se encuentra a lo largo del borde superior de un talud de 45 m de altura y fuerte pendiente, primero se contrató un muro de gravedad de hormigón ciclópeo con contrafuertes, el que no pudo ser concluido ya que este falló por volcamiento y deslizamiento, produciendo daños severos a las aulas del pie del talud.

En lugar de este muro de hormigón ciclópeo, se construyó un MPRR, que permitió la recuperación de la calle, de la vereda, en un ancho de 4.0 m y en una longitud de 60 m. que se completó con el cerramiento construido directamente sobre la pantalla de placas.

Ø Conjunto residencial “Tanda”, Nor- Oriente de Quito, 1999:

Un MPSR de 21 m de longitud y 6.5 m de altura, fue construido en un terreno natural inclinado y en el borde inferior de un talud deslizado.

El muro fue la alternativa a uno de hormigón armado, y fue construido a un costo menor en 30% y en un tiempo de 4 semanas. Este muro permitió la recuperación del terreno y la construcción de 1 casa de dos pisos en la parte superior dando solución al conflicto con la construcción vecina.

Ø Residencia en Miravalle – Cumbayá, 2003:

La obra consistió en un MPRR con placas hexagonales de 21.5 m de longitud y 3.5 m de altura en la parte posterior del terreno y 2 muros laterales, permitió disponer de un espacio verde posterior y la implantación de la edificación a 2 m más arriba del nivel inicial. El muro fue la alternativa a uno de hormigón, construido a un costo menor en 25% al del hormigón y en un tiempo de 5 semanas.

Ø Otras construcciones:

En varios otros lugares tales como la carretera Otavalo – Selva Alegre, se construyó un MPRR, para ensanchar en 4 m la vía y estabilizar un talud deslizado.

En el Bloque 14 operado por la petrolera Elf, se construyó un MPRR para recuperar la mesa del camino de acceso a la estación de producción y tratamiento de petróleo. En la fábrica Inmadec en el sector de Quito – Norte, se construyó un MPRR en la esquina posterior del terreno para conformar una plataforma de entrada para camiones y plataformas abastecedoras de materiales.

Por Patricio Torres G.
Ing. Civil – Geotécnico M.Sc.
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