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• Flor Prosperi

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UNIDAD Nº 14

APUNTES DE CLASE GEOTÉCNIA 2012

Gaviones, colchones, sacos. Tierra armada. Geotextiles. Geomembranas.

APUNTES DE GEOTECNIA 2012 Ministerio de Cultura y Educación Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional San Rafael

Ing. MsC. Juan Guillermo Díaz

CONTENIDO GAVIONES – COLCHONES Y SACOS ................................................................................. 383 GAVIONES ......................................................................................................................... 383 Usos ................................................................................................................................. 383 COLCHONES ...................................................................................................................... 385 GAVIONES SACO .............................................................................................................. 385 TIERRA ARMADA ............................................................................................................. 386 GEOTEXTILES ................................................................................................................... 390 GEOMEMBRANAS ............................................................................................................ 397

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GAVIONES – COLCHONES Y SACOS GAVIONES

En ingeniería, los gaviones son contenedores de piedras retenidas con malla de alambre. Se colocan a pie de obra desarmados y, una vez en su sitio, se rellenan con piedras del lugar. Como las operaciones de armado y relleno de piedras no requiere ninguna pericia, utilizando gaviones se pueden ejecutar obras que de otro modo requerirían mucho más tiempo y operarios especializados. Los gaviones se fabrican con mallas (de triple torsión y escuadradas tipo 8x10) de alambre de acero (con bajo contenido de carbono) de 2,7 mm, al que se le da tres capas de galvanizado, con 270 gramos de cinc. Las aristas de los gaviones se refuerzan también con alambre de 3,4 mm También se utiliza alambre para el amarre de las piezas de 2,2 mm. Los gaviones pueden tener diferentes aspectos, es muy frecuente encontrarlos con forma de cajas, que pueden tener largos de 1,5, 2, 3 y 4 metros, un ancho de 1 metro y una altura de 0,5 ó 1,0 metros. USOS

- Muros de contención: los muros de Gaviones están diseñados para mantener una diferencia en los niveles de suelo en sus dos lados constituyendo un grupo importante de elementos de soporte y protección cuando se localiza en lechos de ríos. - Conservación de suelos: la erosión hídrica acelerada es considerada sumamente perjudicial para los suelos, pues debido a este fenómeno, grandes superficies de suelos fértiles se pierden; ya que el material sólido que se desprende en las partes media y alta de la cuenca provoca el azolvamiento de la infraestructura hidráulica, eléctrica, agrícola y de comunicaciones que existe en la parte baja. - Control de Ríos: en ríos, el gavión acelera el estado de equilibrio del cauce. Evita erosiones, transporte de materiales y derrumbamientos de márgenes, además el gavión controla crecientes protegiendo valles y poblaciones contra inundaciones. El gráfico Nº 1 ilustra el procedimiento de armado, llenado y colocación de los gaviones.

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COLCHONES Los Colchones Reno son estructuras rectangulares caracterizadas por su gran área y pequeño espesor, fabricados con malla hexagonal de doble torsión producida con alambres de bajo contenido de carbono revestidos con recubrimiento Galfan® y protegidos, adicionalmente, por una camada continua de material plástico (aplicada por extrusión). Los Colchones Reno son subdivididos en células por diafragmas de pared doble, espaciados en intervalos regulares. Sus bases, paredes laterales y de cerramiento (extremidades) son formadas a partir de un único paño continuo de malla, obteniéndose un recipiente multicelular abierto. Para fortalecer la estructura, todas las extremidades de los paños de malla son reforzadas con alambre de mayor diámetro que el utilizado para la fabricación de la malla. Cuando los Colchones Reno son instalados y rellenados con piedras, se convierten en elementos drenantes, armados que, debido a su flexibilidad y pequeño espesor, son especialmente indicados en la construcción de revestimientos para canales, diques en tierra, escaleras disipadoras y otros.

GAVIONES SACO

Estos gaviones están formados a partir de un único panel de malla hexagonal a doble torsión producida con alambres de bajo tenor de carbono revestidos con Galfan® y adicionalmente protegidos por una camada continua de material plástico (aplicada por extrusión). Para el cierre de las extremidades del gavión tipo saco, cada unidad es provista con alambres de acero insertados alternadamente entre las penúltimas mallas de los bordes libres. Tales alambres refuerzan cada elemento y le confieren mayor rapidez durante su instalación. Página | 385

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Debido al contacto constante con aguas de calidad en general desconocida, los gaviones tipo saco son producidos en malla hexagonal a doble torsión fabricada con alambres protegidos con aleación Zinc/Aluminio y revestidos con material plástico, tornándolos eficientes para uso en marinas, ambientes poluídos y/o químicamente agresivos. El relleno de los gaviones tipo saco puede ser realizado por sus extremidades o por el lateral, luego de esta operación, ellos son aplicados utilizando equipamientos mecánicos (eslingas, grúas, etc.). Los gaviones tipo saco son usados principalmente en obras de emergencia, en obras hidráulicas donde las condiciones locales requieren una rápida intervención o cuando el agua no permite un fácil acceso al lugar (instalaciones subacuáticas) o cuando el suelo de apoyo presenta baja capacidad soporte. TIERRA ARMADA

Los elementos del Terramesh® System son fabricados con paneles de malla hexagonal de doble torsión producida con alambres de bajo contenido de carbono revestido con Galfan® y adicionalmente protegido por una camada continua de material plástico (aplicada por extrusión). La tapa, el frente y la base (panel de refuerzo) del sistema son formados por un único paño de malla, otro forma las paredes laterales y posterior. El panel posterior es cosido a la base, durante el proceso de fabricación del elemento, a través de un espiral. El diafragma debe ser insertado durante la construcción en obra, antes de proceder al llenado de las piedras. Cuando el Terramesh® System es rellenado con las piedras, se torna en un sistema óptimo para contenciones debido a que es económico, de fácil ejecución y a que presenta importantes características como monoliticidad, flexibilidad y permeabilidad. El Terramesh® System, debido su versatilidad, se puede adaptar a diferentes ambientes, pudiendo ser empleado en contención de taludes, canalizaciones, defensas ribereñas, marinas y protección de rellenos de encuentro de puentes.

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GEOTEXTILES

Los geotextiles son geosintéticos desarrollados por el hombre y se utilizan en obras de ingeniería, geotecnia e hidráulicas, especialmente cuando se trata de construcciones donde intervienen diferentes tipos de suelo o roca mejorando sus cualidades, cumpliendo diversas funciones. Dichas funciones son: * Separación: Separar estratos diferentes (en granulometría, capacidad, densidad, etc.) evitando la mezcla y contaminación indeseada de los materiales. Refuerzo: Por su proceso de fabricación algunos geotextiles son resistentes a la tensión, lo cual aumenta la resistencia del suelo al verse sometido a diferentes esfuerzos. * Filtración y Drenaje: Otros geotextiles por su proceso de fabricación poseen excelentes características hidráulicas y sirven de filtro y plano drenante. Estos geotextiles pueden ser fabricados a base de diferentes resinas poliméricas, tales como: * Polipropileno. * Poliéster. * Polietileno. * Nylon. Tipos según su método de fabricación: No Tejidos. Los geotextiles no tejidos se fabrican ya sea con fibras cortas (generalmente de 1 a 4 pulgadas de longitud) o con filamentos continuos distribuidos al azar en capas sobre una banda en movimiento para formar una especie de “panal”, el cual se pasa a través de un “telar” de agujas y/o por otro tipo de máquina para entrelazar o unir las fibras/filamentos. Los geotextiles no tejidos son altamente recomendables para el drenaje de subsuelo y para el control de la erosión, así como para la estabilización de caminos sobre suelos húmedos o saturados. Tejidos. El tejido es un proceso de entrelazados de hilos para fabricar una tela. Los geotextiles tejidos se hacen tejiendo monofilamentos, multifilamentos o fibras de películas cortas. Las fibras de películas cortas posteriormente pueden subdividirse en cintas planas y tejidos fibrilados (o tejidos como tela de araña). Hay dos pasos en este proceso de fabricación de un geotextil tejido: primero, la manufactura de los filamentos o el corte de la película para obtener tejidos; y segundo tejer los hilos para obtener el geotextil. Las telas de películas cortas se usan generalmente para control de sedimentos, por ejemplo cortinas de retención, y para estabilizar caminos, pero es una alternativa poco recomendable para usarse en drenaje de subsuelo y en control de erosión. Aunque los tejidos de cinta plana de películas cortas son bastante resistentes, forman una tela que tiene una permeabilidad relativamente baja (pobre). Por otra parte, las telas hechas con cintas fibriladas tienen una menor permeabilidad y aberturas mas uniformes que los productos hechos con cintas planas. Beneficios Impide la contaminación de los agregados del suelo, garantizando que las propiedades de los materiales permanezcan durante la vida útil del proyecto Evita el deterioro del medio ambiente por la explotación excesiva de recursos naturales no renovables Proporcionan una mayor estabilidad a la obras Página | 390

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Alta relación beneficio costo en sus proyectos debido a la disminución de materiales, tiempos de ejecución y mano de obra. Aplicaciones Se utilizan con éxito en una amplia gama de proyectos y soluciones de geotecnia tales como: Construcción de Vías férreas y carreteras Repavimentaciones Subdrenes Muros de contención Terraplenes Espaldones de Gaviones Muelles y puentes Presas, diques y canales Túneles Protección de las Geomembranas Entre la subrasante y la base de piedra de caminos y pistas de aterrizaje pavimentadas y no pavimentadas. Entre los suelos de cimentación y pilas de almacenamiento Como protección contra los sedimentos.

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Ventajas en el uso de los Geotextiles -Presentan una alternativa más económica comparada con métodos constructivos tradicionales. -Son versátiles, flexibles, resistentes y se adaptan a las irregularidades de las superficies y condiciones donde se colocan. -Son de fácil y rápido manejo y aplicación, y no requieren equipo especializado. -Tienen una amplia variedad de aplicaciones en la construcción y aumentan la vida útil de las instalaciones. Aplicaciones de Geotextiles no tejidos en caminos. Superficies Pavimentadas: -Entre el subsuelo y capas de estructura del pavimento de carreteras, estacionamientos y aereopuertos. -Sobre superficies deterioradas de concreto hidráulico ó carpetas asfálticas en colocación de sobre carpetas de asfalto Superficies no Pavimentadas: -Entre el subsuelo y base de caminos no pavimentados General - Filtro envolvente en subdrenes (dren ciego ó dren francés) para eliminación de presencia de agua en las capas de caminos. - Capa de rompimiento de capilaridad entre el terreno y capas de caminos para evitar humedecimiento de la estructura del pavimento. -Protección de socavación en puentes.

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Aplicaciones de Geotextiles no tejidos en los suelos base de caminos. Separación - Evita la migración indeseable de los finos del terreno hacia la base, y también evita la incrustación de los agregados de la base en la subrasante. Mantiene integra la base con lo cual se asegura su buen funcionamiento prolongando la vida útil del camino. Refuerzo (suelos blandos) - Los geotextiles proveen refuerzo por medio de posibles mecanismos como: -Restricción al desplazamiento lateral y confinamiento del material de la base y subrasante a través de fricción y amarre entre el agregado, el suelo y el geotextil, proporcionando rigidez y distribuyendo mejor las cargas. Aumento en la capacidad portante del sistema al causar que la superficie de falla por capacidad carga se extienda más y se desarrolle en un plano mayor resistencia al cortante. Filtración - El geotextil previene que los finos migren hacia el agregado debido a las altas presiones de poro inducidas por las cargas dinámicas de las ruedas y al mismo tiempo permite el paso del agua para disipar presiones hidrostáticas. Uso de Geotextil no tejido para estabilización y separación de caminos sobre suelos blandos. -Separación y filtración de suelos. -Refuerzo. -Restricción desplazamiento lateral. -Aumento capacidad portante, disminución de deformaciones.

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Beneficios - Reducir la sustitución de suelos blandos que se consideran inadecuados para la construcción tradicional de un camino. - Reducir el espesor y mantener la integridad de la base necesaria para el camino. - Reducir el asentamiento diferencial del camino, lo cual permite mantener la integridad, uniformidad y servicio del pavimento. - Prolongar el costo de mantenimiento y prolongar la vida útil del pavimento.

Uso de Geotextil no tejido para estabilización y separación de caminos Materiales aplicables comúnmente: No tejidos medianos robustos. Pasos de diseño de caminos no pavimentados y pavimentados usando Geotextil. - Determinar la capacidad de carga del suelo - Estimar la intensidad de tránsito y cargas por rueda esperadas en la vida útil del camino. - Establecer profundidad de deformación aceptable para diseño de caminos no pavimentados. - Diseñar espesor de pavimento. Para método AASHTO aplicar factor apropiado para tipo y calidad de capas de pavimento, y factor de contribución del geotextil. - Checar criterio de filtración del geotextil. - Determinar requerimientos de sobrevivencia del geotextil: o Tabla de valores mínimos establecidos por AASHTO M288 - Especificar lineamientos y requerimientos de construcción. Lineamientos de instalación del geotextil no tejido

-Aplicar el Geotextil no tejido sobre superficies lisas, libres de objetos que puedan dañar al geotextil.

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- El Geotextil puede desenrollarse a mano o utilizando algún equipo adaptado para esta función, evitando en lo posible las arrugas. - La unión o traslape no debe ser menos de 30 cms. o la indicada por especificaciones de diseño, también pueden usar uniones cosidas o grapadas

- El Geotextil no se puede fijar al suelo por medio de anclas o broches, ó piedras lisas.

- El material no debe ser pisado directamente por equipos de construcción. Debe existir una capa de 20 ó 30 cms. de relleno para proteger el material de estos equipos y proporcionar confinamiento.

- Es recomendable no tener expuesto el material geotextil al sol por más de quince días.

Lineamientos de instalación del geotextil no tejido - El Geotextil no se puede fijar al suelo por medio de anclas o broches, ó piedras lisas. - El material no debe ser pisado directamente por equipos de construcción. Debe existir una capa de 20 ó 30 cms. de relleno para proteger el material de estos equipos y proporcionar confinamiento. - Es recomendable no tener expuesto el material geotextil al sol por más de quince días. Filtración El funcionamiento equilibrado del sistema geotextil-suelo que permita el flujo del líquido a través del plano del geotextil y que a la vez retenga las partículas de grano fino del suelo de acuerdo a los requerimientos del diseño.

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Sustitución de filtro granular por Geotextil no tejido

Factores a considerar para aplicaciones de filtración. -Definir tipo de obra, identificar si la naturaleza del proyecto es crítica ó severa. -Analizar condiciones de flujo. Determinar propiedades del suelo con el que se interactúa. -Aplicar criterio de diseño adecuado para la filtración: retención, taponamiento, permeabilidad. - Considerar para condiciones extremas llevar a cabo pruebas que simulen condiciones reales de filtración. -Resistencia adecuada a la sobrevivencia al procedimiento de construcción (Tabla AASHTO M288). - Definir procedimiento de construcción apropiado.

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Ejemplos de usos de Filtros Geotextiles no tejidos en caminos

Geotextiles no tejidos usados en sobrecarpetas asfálticas Los Geotextiles no tejidos pueden aplicarse sobre pavimentos deteriorados de concreto asfáltico o hidráulico en colocación de sobrecarpetas asfálticas Funciones del Geotextil. -Impermeabilización: al ser impregnado con asfalto forma una barrera impermeable que protege de la humedad a la estructura del pavimento subyacente evitando así el ablandamiento de la base portante y posterior degradación del pavimento. -Capa disipadora de esfuerzos: con lo que se retarda la reflexión de grietas existentes en el pavimento deteriorado hacia la sobrecarpeta. Ventajas - Aumenta la vida útil del pavimento - Disminuye los costos de mantenimiento - Incrementa el tiempo con condiciones satisfactorias de servicio del pavimento. GEOMEMBRANAS

Las Geomembranas se definen como un revestimiento o barrera de líquidos y vapores. Las cuales por lo general, son fabricadas a partir de combinaciones de polímeros termoestables o termoplásticos. Aunque las Geomembranas no son totalmente impermeables, se comportan casi de esta manera cuando se les compara con los otros materiales y con algunos suelos, incluso suelos arcillosos, considerándose el material más impermeable que se consigue en la actualidad. La principal función de las Geomembranas es servir como aislante entre diferentes medios para impedir que se presenten filtraciones no deseadas. Por esta razón las obras en las cuales se Página | 397

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encuentra aplicación a las Geomembranas va creciendo día a día, gracias al estimulo brindado por regulaciones gubernamentales. El crecimiento en la conciencia ambiental, así como el desarrollo de nuevas tecnologías es claramente unos de los medios que ayudan a controlar agentes contaminantes, no solo los producidos en el manejo de basuras, sino también en el manejo de residuos generados por las grandes industrias. Es así como las Geomembranas ayudan al desarrollo ambiental y a la protección del ecosistema. Algunas de las Geomembranas más comerciales son de: * Polietileno de alta densidad (HDPE) * Polivinil Cloruro (PVC) * Etileno inter polimérico Modificado (EIA) * Caucho (EPDM) * Haypalon * Polipropileno (PP) Su principal función es ser una barrera IMPERMEABLE

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