CARACTERISTICAS DE LAS ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN EN GAVIONES

Los gaviones representan una solución extremadamente válida, desde el punto de vista técnico y económico para la construcción de obras de contención, para cualquier ambiente, condición climática y aún en zonas de muy difícil acceso.

La malla metálica posee elevada resistencia mecánica y la doble torsión impide que esta se desarme ante el cortado de un alambre, asegurando que en cada cruce se tenga un punto fijo manteniendo la flexibilidad de la malla y acotando las deformaciones posibles. La permanencia en el tiempo se asegura a través de la fuerte galvanización de los alambres y, en el caso de condiciones particularmente agresivas para el zinc, se dispone de alambre fuertemente galvanizados revestidos en pvc.

En la obra los gaviones son montados en forma individual por medio de costuras continuas con alambre de las mismas características de la red de los gaviones. Las costuras son muy simples, pero es necesario que sean realizada con cuidado para garantizar el perfecto funcionamiento de la estructura. Las mismas son utilizadas a lo largo de las aristas en contacto, para la unión de los diferentes módulos, sea lado a lado sea sobrepuestos. En el primer caso el amarre es más simple si es realizado antes del llenado, en el segundo con los gaviones superiores vacíos. El contacto entre los paños de la red, así asegurado, garantiza que, una vez llenados los gaviones, se produzca el roce en toda la superficie de la malla. De esta manera la estructura se comporta en forma monolítica manteniéndose constante la fricción interna de la piedra. El alambre utilizado en las costuras y suministrado con los gaviones, es un general de diámetro menor, los cual lo vulva más maleable, pero con resistencia suficiente para absorber las solicitaciones de la estructura.

Características del material de relleno

Las piedras para el relleno deben tener un elevado peso específico, no ser friables, poseer un tamaño mínimo superior a la mayor medida de la malla y un máximo que se encuentre en el orden del doble del mínimo, las características más destacadas de las obras en gaviones son en resumen las siguientes:

Gran flexibilidad que permite que la estructura se adapte a las deformaciones del terreno manteniendo su estabilidad y eficiencia.

Elevada resistencia debido al gran peso de la obra, la fricción entre las piedras, su resistencia a la compresión y la elevada tensión de tracción que es soportada por la malla (con baja deformación).

Permeabilidad adecuada que permite el drenaje de las aguas de infiltración eliminado el empuje hidrostático.

La puesta en obra es extremadamente sencilla y económica y no requiere equipos ni mano de obra especializada. Puede ser usado para el relleno, canto rodado o piedra partida.

El llenado puede ser realizado manualmente o con el auxilio de equipo normal de obra.

Se integra armónicamente con el paisaje, permitiendo el desarrollo de vegetación sin que esto traiga inconvenientes, asegurándose por el avance de la naturaleza la estructura construida.

Criterios de cálculo

Para determinar el valor del empuje se utiliza la teoría de Coulomb, para los cuál tendremos:

La superficie de rotura es plana La fuerza de rozamiento interno se distribuye en forma

uniforme a lo largo de la superficie de rotura. La cuña de terreno entre la superficie de rotura y el muro se

considera indeformable. Se desarrolla un esfuerzo de rozamiento entre el muro y el

suelo en contacto, lo cual hace que la recta de acción del empuje activo se incline en un ángulo δ respecto de la normal al paramento interno del muro.

La rotura se analiza como bidimensional tomando una franja unitaria del muro considerando la estructura como continua e infinita.

Para no sobredimensionar la estructura, dado que el gavión es permeable, se puede omitir el empuje hidrostático.

La estructura es armada por la malla que tiene una gran resistencia a la tracción manteniéndose la flexibilidad de la obra. Es conveniente inclinar el muro contra el terreno en un ángulo α generalmente de 6º pudiéndose alcanzar los 10º, de esta forma disminuye el valor del coeficiente de empuje activo.

Cálculo de empuje

Se adopta en el cálculo el estado límite activo del terreno. El método de Coulomb se basa en el estudio del equilibrio de una cuña de suelo indeformable sobre la que actúa el peso propio, la fuerza de rozamiento y eventualmente la cohesión. Esta cuña activa se produce cuando hay un desplazamiento de la estructura de contención, lo cual sucede sólo si la misma es deformable como en el caso de los gaviones. En el caso de muros muy rígidos se desarrollan empujes mayores que los correspondientes al empuje activo.

En el caso de muro con paramento vertical interno la superficie de empuje es el propio paramento interno del muro, en el caso de muro con escalones internos, se considera la superficie que une los extremos internos superior e inferior del muro. Queda así determinado el ángulo β formado por el plano de empuje y la horizontal.

A los efectos de conocer el valor del empuje es necesario el valor de fricción interna del suelo θ y la cohesión c. De tabla se ubica los valores originales de θ.

Debe considerarse que tanto la fricción como la cohesión se alteran cuando se modifica la humedad del terreno. Dado que ambos parámetros influyen sensiblemente en la determinación del empuje activo debe cuidarse mucho cual es el valor adoptado. Suele ser conveniente despreciar la cohesión, ya que este se modifica con el tiempo y tiene gran influencia sobre el valor final del empuje.

Para terraplenes compactados puede adoptarse un valor de θ=30º. Tras el muro se admite una distribución unifórmenle variada de presiones, con lo cuál el empuje toma una configuración triangular.

El empuje activo es calculado en función del peso y de la altura del muro, siendo su valor reducido, debido al coeficiente del empuje activo K.

Como se dijo el valor del coeficiente de empuje activo depende del ángulo β ya mencionado, de ε que es el ángulo de talud sobre el muro con la horizontal, de φ ángulo de fricción interna del terreno, de δ ángulo fricción entre muro y terreno. En los muros en gaviones, se puede asumir δ = φ. Si tras el muro hay un geotextil δ= 0.9φ.

Estos valores favorables, se deben a la alta rugosidad de la estructura en gaviones que aumenta sensiblemente la fricción. δ se determina también el ángulos entre la dirección del empuje y la norma a su plano de aplicación. El valor del coeficiente de empuje activo Ka, es determinado por la expresión:

Ka = sen² (β + φ ) 1 sen²β sen(β-δ) (1+ (√( Sen (φ+δ) Sen(φ-ε))/((sen (β-δ)sen(β+ε))))²

El empuje activo está determinado por la expresión:

Ea = 0.5 γs H²Ka – 2 c H √ Ka (t/m)

donde:

γs = peso específico del suelo

c = cohesión

H= (h + (b-a) tg α) cos α, altura de actuación del empuje

donde:

h= altura del muro

b=base del muro despreciando los escalones externos

a= ancho del muro en la cima

En el caso de sobrecarga sobre el terraplén, siendo q el valor de la

misma, esta es asimilada a un relleno de altura hs, de las mismas

características del terreno siendo hs= q/γs. Luego el empuje será:

Ea = 0.5 γs H²Ka (1+ (2hs/H))-2cH√Ka

Normalmente con sobrecargas debido a vehículos, se adopta: q=1.5

a 2.0 t/m². La altura del punto de aplicación del empuje es de difícil

evaluación y varía bastante en la práctica, normalmente puede

producirse a una altura comprendida entre 1/2H y 1/3H. Las

variaciones se deben en algunos casos al desplazamiento del muro, a

su rigidez e inclinación a modificaciones en las características del

terreno y sobrecarga. Normalmente se considera a 1/3H, con

sobrecarga tendremos:

d = H (H + 3hs ) - B senα 3 (H + 2hs)

En la cual d es la altura de aplicación del empuje activo, medida en

forma vertical de la horizontal que pasa por el punto de rotación F y B

es la base del muro. Si no hay sobre carga d = H/3 – B sen α, si α = 0

, d = H/3

Criterios de verificación de la estabilidad

Se debe calcular:

Seguridad al deslizamiento

Seguridad al vuelco

Carga sobre el terreno

Verificación en secciones intermedias

Seguridad de rotura global

Las fuerzas estabilizantes y desestabilizantes son indicadas en los

diseños para muros con escalones internos y externos. Al enterrar un

muro aparece un estado de empuje pasivo que es conveniente

despreciar para estar de lado de la seguridad.

Verificación de seguridad al deslizamiento

Se considera el plano ortogonal que pasa por el muro, tendremos:

η´= F en Tgφ + F eh ≥ 1.5 Fd

En la cual:

Fen= fuerza estabilizante normal

Feh = Fuerza estabilizante horizontal

Fd = Fuerza desestabilizante

η´= (W + E) cos α + E h senα ) tg φ + ( W+ E v ) sen α + cB ≥ 1.5 Eh cosα

En la cual

W= Peso propio de la estructura

Depende de la sección del muro y el peso especifico del relleno en el

gavión se considera un porcentaje de vacíos (n) alrededor de 0.3, es

decir 30%, en lo cual tendremos γg según la expresión:

γg = γp (1- n)

γp se obtiene de tabla en la cual son relacionado los pesos específicos

por diferentes tipo de roca.

Normalmente el peso específico del gavión llenado con piedra partida

de cantera se considera igual a 1.7 t/m³.

Ev = Ea sen (90º+δ- β); componente vertical del empuje activo

Eh = Ea cos (90º+ δ- β); componente horizontal del empuje activo

c= cohesión (es conveniente despreciarla)

B = ancho de la base del muro

α = inclinación del muro

Para la verificación del deslizamiento se ha transformado la fuerza

normal en horizontal multiplicándola por el coeficiente F. Este valor

es el coeficiente de fricción, suelo - gavión. Por seguridad se adopta

el valor F=tgφ independiente de la cohesión, admitiéndose que el

deslizamiento se produce entre terreno y terreno.

Verificación de la seguridad al vuelco

Se considera como fuerza estabilizante, el peso propio del muro y la

componente vertical del empuje activo y como desestabilizante, la

componente horizontal del empuje activo.