I.
DATOS INFORMATIVOS
1. Título Estabilización de taludes con el sistema de suelo reforzado en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo.
2. Re Resspon ponsa sabl blee Jhonel Jínez Flores ara
3. Dura Duraci ción ón prob probab able le !or razones acad"micas durante el semestre #$%& – I
. Asesor Ing. Henr' !inedo (cu)a
!. "o#asesor *o se contará con un co+asesor.
8
II.
$%ANT&AMI&NTO D&% $RO'%&MA
1. Selecc Selección ión ( )un* )un*a+e a+enta ntació ción n ,as -ías de comunicación ue se /ro'ectan o constru'en en nuestro /aís /aís00 ue ue /ose /osee e una una to/o to/ogr graf afía ía acci accide dent ntad ada0 a0 se -en -en frec frecue uent ntem emen ente te afecta afectada dass /or /or los los desli deslizam zamien ientos tos ' derru derrumb mbes1 es1 estos estos fenóme fenómenos nos crean crean /roblemas ' dificultan la e2/ansión ' la conser-ación de las carreteras. 3on la ins/ección ' estudio de los suelos ue denoten inestabilidad0 /odremos tener una idea clara de las características ' riesgos ue in-olucra un suelo suelo ' las las /osib /osibili ilida dades des ' reuer reuerimi imien entos tos /ara /ara su estab estabili ilizac zación ión00 o /odremos establecer medidas de control ue garanticen la seguridad.
2. For+u For+ulac lación ión ( *es *escri cripci pción ón 2.1.
$roble+a ,eneral 43uál será el com/ortamiento estructural del talud estabilizado con el
sistema de suelo reforzado en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo5
2.2 .2.. •
$rob roble le+a +ass es esp pec ecí) í)ic icos os
43uáles son las causas de los deslizamientos ue se /roducen en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo5
•
43uáles son las características geot"cnicas de los suelos a usarse /ara la estabilización de taludes en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo5
•
43uál es la metodología de dise)o del sistema de suelo reforzado /ara la estabilización de taludes en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo5
3. De)ini De)inicio ciones nes operac operacion ionale aless 3.1.
Talu* Es una su/erficie inclinada res/ecto de la horizontal ue ado/tan las
estructuras de tierra. 3uando se /roduce en forma natural0 se denomina ladera ' cuando son hechos /or el hombre se denominan cortes o taludes artificiales0 artificiales0 seg6n el origen de su formación.
9
3.2.
Desli-a+iento Es la ru/tura ' des/lazamiento /endiente abajo0 de una masa de suelo0
roca o mezcla de ambos en forma lenta o rá/ida.
3.3.
Muro *e suelo re)or-a*o Es un módulo construido ue se constitu'e al suelo reforzado con
elementos a tracción0 tales como tiras metálicas0 geote2tiles0 geomallas0 etc. El uso de este refuerzo im/lica una ma'or resistencia a la tracción del suelo ' resistencia al corte generado /or la fricción del conjunto suelo–refuerzo.
. Releancia social ,as carreteras son medios de comunicación mu' im/ortantes /ara el desarrollo de un /aís ' de una determinada localidad0 con las cuales se logra el aumento de la /roducción ' la economía1 tambi"n es necesario /ara o/timizar los recursos de comunicación con los ue cuenta nuestro /aís 7en este caso0 las carreteras80 /ara brindar al usuario la comodidad0 seguridad ' fluidez adecuadas0 además contribuir al desarrollo económico deseado0 al hacer in-ersiones rentables a lo largo del tiem/o. (demás debe de considerarse el em/leo de mano de obra de la misma localidad0 /or lo ue el sistema de suelo reforzado /or su fácil /rocedimiento constructi-o es una alternati-a de solución eficaz ' necesaria /ara reducir los efectos de los deslizamientos ue se /roducen ' ocasionan /"rdidas de -idas ' económicas0 en todas las localidades cercanas a lo largo de toda la carretera Huánuco – Ingenio Bajo.
10
III.
MAR"O T&/RI"O 0 'AS&S T&/RI"AS
1. Antece*entes estu*ios anteriores 1.1.
Antece*entes nacionales
a8 ,a em/resa Ingeniería 9.(.3. en el a)o #$$: realizó el estudio definiti-o de la obra;
refuerzo8. b8 ,a em/resa ?(33(FE@@I del !er60 en el a)o #$$: /ublicó el Boletín A"cnico;
1.2.
Antece*entes internacionales
a8 El Ing. 3onstructor Conzalo (ndr"s J(@( ?D@I de la !ontificia ni-ersidad 3atólica de al/araíso – 3hile0 realizó una Aesis octoral en ma'o del #$$G denominado;
11
En la denominada Aesis octoral se llegó a las siguientes conclusiones; %8 El em/leo de materiales com/uestos /resenta m6lti/les -entajas de uso en áreas tan di-ersas. En a/licaciones de ingeniería ci-il su uso no está e2tendido0 debido /rinci/almente al desconocimiento ue a6n e2iste de estos materiales en cuanto a las /restaciones estructurales ue son ca/aces de a/ortar '0 /orue materiales tradicionales como son el concreto ' el acero están am/liamente contrastados en todo el mundo. #8 El estudio de di-ersas ti/ologías de muros ha /ermitido manejar muchas /osibilidades en donde los materiales com/uestos /ueden tener a/licación.
2. Ob4etios 2.1.
Ob4etio ,eneral E-aluar el com/ortamiento estructural del talud estabilizado con el
sistema de suelo reforzado /ara reducir los efectos de los deslizamientos en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo.
2.2. •
Ob4etios especí)icos
E-aluar las causas de los deslizamientos ue se /roducen en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo.
•
E-aluar las características geot"cnicas de los suelos a usarse /ara la estabilización de taludes en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo.
•
eterminar la metodología de dise)o del sistema de suelo reforzado /ara la estabilización de taludes en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo.
3. 5ipótesis 3.1.
5ipótesis ,eneral ,a e-aluación del com/ortamiento estructural del talud estabilizado con
el sistema de suelo reforzado0 contribuirá a reducir los efectos de los deslizamientos en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo.
12
3.2. •
5ipótesis especí)icas
,a e-aluación de las causas de los deslizamientos0 contribuirá a reducir los efectos ue se /roducen en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo.
•
,a e-aluación de las características geot"cnicas de los suelos a usarse en la estabilización de taludes0 contribuirá a reducir los efectos ue se /roducen en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo.
•
,a determinación de una metodología /ara el dise)o del sistema de suelo reforzado /ara la estabilización de taludes0 contribuirá a reducir los efectos de los deslizamientos ue se /roducen en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo.
. Variables .1.
Variable in*epen*iente E-aluación del com/ortamiento estructural del talud estabilizado con el
sistema de suelo reforzado.
.2.
Variable *epen*iente Efectos de los deslizamientos en la carretera Huánuco – Ingenio Bajo.
!. In*ica*ores !.1.
In*ica*ores in*epen*ientes
•
,a longitud del refuerzo /ara el suelo reforzado 7m8.
•
,a se/aración horizontal ' -ertical del refuerzo /ara el suelo reforzado 7m8.
•
El esfuerzo a la tracción del refuerzo /ara el suelo reforzado 7gcm #8.
•
El coeficiente de seguridad /ara asegurar la estabilidad del talud del muro de contención 7adimensional8.
!.2.
In*ica*ores *epen*ientes
•
Factor de e2/ansión del suelo 78.
•
olumen del deslizamiento 7m &8.
•
@esistencia media al corte
13
6. 'ases teóricas 6.1.
&STA'I%IDAD D& TA%7D&S
6.1.1. De)inición *e talu* 9e entiende /or talud a cualuier su/erficie inclinada res/ecto de la horizontal ue ha'an de ado/tar /ermanentemente las estructuras de tierra. ,os taludes se /ueden agru/ar en tres categorías generales; los terra/lenes0 los cortes de laderas naturales ' los muros de contención. 9e /ueden /resentar combinaciones de los di-ersos ti/os de taludes ' laderas. 6.1.2. De)inición *e estabili*a* 9e entiende /or estabilidad a la seguridad de una masa de tierra contra la falla o mo-imiento. 3omo /rimera medida es necesario definir criterios de estabilidad de taludes0 entendi"ndose /or tales algo tan sim/le como el /oder decir en un instante dado cuál será la inclinación a/ro/iada en un corte o en un terra/l"n. Este es el centro del /roblema ' la razón de estudio. 6.1.3. Desli-a+ientos 6.1.3.1.
De)inición
,os deslizamientos 7<,andslides=8 consisten en
Mec8nica *el *esli-a+iento
,a mecánica del deslizamiento0 origina un mo-imiento hacia abajo ' hacia afuera de toda masa ' /resenta las siguientes características generales; o
,a /arte su/erior del área denominada -ona *e arran9ue o raí-0 la cual -a /recedida de grietas tensionales ' asentamientos1
o
,a parte central constituida /or la su/erficie de deslizamiento0 donde se des/laza todo ti/o de material1 '
14
o
,a /arte inferior0 llamada -ona *e acu+ulación o len,ua0 la cual se le-anta con grietas radiales. 6.1.3.3.
Volu+en *e un *esli-a+iento
El -olumen a/ro2imado de un des/lazamiento /uede calcularse utilizando la e2/resión;
donde Fe2; factor de e2/ansión del suelo al ser /erturbado. Este factor es com6nmente de %.#: a %.&$. En algunas ocasiones0 como en el caso de la roca el factor de e2/ansión /uede ser hasta de un L$ 7F e2/ansión M %.L$8. 6.1.3..
Me*i*as *e corrección *e los *esli-a+ientos
3on el fin de controlar o corregir un deslizamiento se /ueden tomar las siguientes medidas;
renaje su/erficial de los flujos de agua dentro del área de deslizamiento0 mediante cunetas de coronación.
renaje /or galerías ' t6neles.
3ortina de -egetación.
?uros de contención o estructuras similares.
!ernos o anclajes en las rocas.
!or hincas de /ilotes de concreto sim/le o armado.
Im/ermeabilización o endurecimiento de las rocas o suelos /or in'ección. 6.1.. Tipos *e )allas +8s co+unes en talu*es
9e distinguen las ue afectan /rinci/almente a las laderas naturales de las ue ocurren sobre todo en los taludes artificiales; a Factores ,eo+or)oló,icos
Ao/ografía de los alrededores del talud.
istribución de las discontinuidades ' estratificaciones.
b Factores internos
!ro/iedades mecánicas de los suelos constitu'entes.
15
Estado de esfuerzos actuantes.
Factores climáticos ' concretamente el agua su/erficial ' subterránea.
6.1.!. "8lculo *e la estabili*a* El /ro/ósito del cálculo de la estabilidad se centra en dos temas /rinci/ales. El /rimero0 es determinar la resistencia media al corte
"8lculo *e la resistencia +e*ia al corte :s; *e los suelos en los *esli-a+ientos
El m"todo ue se utiliza /ara determinar la resistencia media al corte de los suelos0 en función de los datos ue se /ueden obtener de deslizamientos ocurridos -iene ilustrado /or la siguiente figura;
Figura %.%. Euilibrio de fuerzas en un deslizamiento /roducido %
!lanteando sumatoria de momentos alrededor del /unto D se obtiene;
N%; /eso de la masa de suelo situado a la derecha de la línea /unteada N#; /eso de la masa de suelo situado a la izuierda de la línea /unteada
1
Álvaro F. de Matteis, Geología y Geotecnia-Estabilidad de taludes, Universidad Nacional de Rosario, Facultad de s. !"actas, #n$enier%a & '$ri(ensura, 'r$entina, '$osto de 2003, ). 11.
1*
6.1.!.2.
Talu*es irre,ulares en suelos no uni)or+es. M
9i el talud tiene una su/erficie irregular de modo ue no /uede ser re/resentado /or una línea recta0 o si e2iste la /osibilidad de ue la su/erficie de deslizamiento /ase a tra-"s de -arios materiales con diferentes -alores de cohesión 7c8 ' del ángulo de fricción interna 7O80 la estabilidad se /uede analizar con-enientemente utilizando el m"todo de las fajas.
Figura %.#. @elaciones geom"tricas /ara una su/erficie de deslizamiento circular ' diagrama de cuer/o libre de una faja#
6.1.6. 7so *e so)t=are El a-ance de la informática tambi"n /ro-ee herramientas /ara el cálculo de la estabilidad de taludes0 las más conocidas /ueden ser;
9lide :.$
9lo/eN
9AB #$%$
2
Álvaro F. de Matteis, Geología y Geotecnia-Estabilidad de taludes, Universidad Nacional de Rosario, Facultad de s. !"actas, #n$enier%a & '$ri(ensura, 'r$entina, '$osto de 2003, ). 13.
1+
6.2.
&% SIST&MA D& S7&%O R&FOR>ADO
6.2.1. ?enerali*a*es El suelo reforzado es un material de construcción ue com/rende el uso del suelo ' reforzado /or elementos a tensión como barras 'o tiras metálicas0 geote2tiles0 geomallas ' otros elementos similares. Fue en la d"cada de los P$ cuando el Ingeniero franc"s ?. Henri idal in-estigó la confección de terra/lenes reforzados con bandas de acero. Este
18
a Fallas *ebi*as a estabili*a* ,eneral 3orres/onden a roturas en las ue el suelo reforzado cola/sa como un conjunto0 sin deformación im/ortante dentro de sí mismo. Estas fallas /ueden ocurrir /or deslizamiento0 -uelco o afección de la estabilidad global.
Figura #.%. Fallas debidas a estabilidad general
b Fallas intrínsecas entro del análisis de la estabilidad interna del muro reforzado0 el as/ecto del adecuado com/ortamiento tensional del refuerzo es del má2imo inter"s. 9on es/ecíficos del dise)o de estructuras de suelo reforzado; el análisis de la rotura a tracción del refuerzo ' el arrancamiento del mismo.
Figura #.#. Fallas intrínsecas
6.2.. 7so *e so)t=are El a-ance de la informática tambi"n /ro-ee herramientas /ara el dise)o del sistema de suelo reforzado0 la más conocida se considera;
?ac9tars #$$$
19
IV.
M&TODO%O?A
1. Niel *e inesti,ación Inesti,ación *escriptia !ara dise)ar un muro con el sistema de suelo reforzado se debe de conocer las características geot"cnicas del suelo0 tales como; la distribución granulom"trica0 los límites de (tterberg 7límites líuido ' /lástico80 la /ermeabilidad hidráulica del suelo ' su grado de com/acidad relati-a0 /ara lo cual se realizará una -isita de cam/o en los tramos de la carretera donde son susce/tibles a /roducirse el deslizamiento. 2. Tipo *e inesti,ación Inesti,ación no e@peri+ental 9e realizará el dise)o usando los softQares a/licati-os /ara el cálculo de la estabilidad del talud ' el muro de contención con el sistema de suelo reforzado0 se consideran; ♦
9lide -:.$
♦
?ac9tars #$$$
3. 7bicación ,eo,r8)ica @egión
; Huánuco
!ro-incia
; Huánuco
istrito
; 9anta ?aría del alle
,ocalidad
; Huánuco + Ingenio Bajo
. $roce*i+ientos 0 DiseBo ,os /rocedimientos necesarios /ara el análisis ' dise)o de la estabilización de taludes son; .1.
Inesti,ación ,eoló,ica *e los *esli-a+ientos ,a in-estigación geológica de los deslizamientos com/rende los
estudios en cam/o ' análisis en laboratorio siguientes; a &stu*ios en ca+po %. @econocimiento del área de deslizamiento. #. ,e-antamiento to/ográfico ' toma de fotografías.
20
&. Arazo del ma/a geológico de los taludes ' deslizamientos. . Estudios hidrológicos. :. 3álculo del -olumen de material des/lazado. P. eterminación de las causas del deslizamiento. L. E-aluación de los da)os /roducidos. G. Aoma de muestras /ara el análisis en laboratorio. b An8lisis en laboratorio %. (nálisis de granulometría. #. (nálisis de los límites de (tterberg 7límites /lástico ' líuido8. &. 3álculo del grado de com/acidad relati-a de la muestra. . eterminación de la /ermeabilidad hidráulica del suelo. .2.
M
/aso es cuantificarlo0 de forma ue /odamos hacernos una idea de cómo deberán dise)arse los taludes /ara ue sean estables. !ara efectuar este análisis cuantitati-o e2isten di-ersos m"todos de cálculo –la ma'oría de ellos de origen semiem/írico+ ue tratan de relacionar las características del suelo con las solicitaciones a las ue "ste se -e sometido. e entre ellos0 destaca /or su sim/licidad0 racionalidad ' -alidez didáctica el m"todo de Fellenius0 /osteriormente tabulado /or Aa'lor. a Cbaco *e Ta(lor Basándose en el m"todo de Fellenius0 Aa'lor 7%K&L8 confeccionó un ábaco ue /ermite determinar la má2ima inclinación /osible del talud 7R8 en función de su altura 7H80 cohesión 7c80 ángulo de rozamiento interno 7O80 /eso es/ecífico 7S8 ' del coeficiente de seguridad 7F8 e2igido. !ara dotar de una ma'or sencillez ' funcionalidad a esta herramienta de cálculo0 ideó el llamado n+ero *e estabili*a* 7*80 definido /or la siguiente e2/resión adimensional;
donde; c; es la cohesión en Am# S; es el /eso es/ecífico del terreno en Am &
21
H; es la altura del talud en m F; es el coeficiente de seguridad al deslizamiento 9i fijamos ciertos -alores en la anterior e2/resión –lo normal es conocer el /eso es/ecífico0 el ángulo de rozamiento interno0 la cohesión ' el coeficiente de seguridad+ /odemos hallar la altura má2ima ue /uede alcanzar el talud /ara distintos -alores de su /endiente. ebe recalcarse ue esta altura crítica está directamente relacionada la carga -ertical0 com/uesta no solo /or el -olumen de tierra0 sino tambi"n /or las sobrecargas muertas ' de uso ue /osea dicho talud. b So)t=are Sli*e !.E 9lide :.$ es un softQare dis/onible /ara el análisis de estabilidad de taludes. Este /rograma en # tiene un atracti-o interfaz 3( 7dise)o con a'uda del ordenador8 basado en la interfaz gráfica con una am/lia -ariedad de modelos ' tiene o/ciones de inter/retación de datos ue /ermiten realizar un análisis com/leto ' rá/ido. .3.
DiseBo *el siste+a *e suelo re)or-a*o na -ez determinado el factor de seguridad del talud reforzado se
re-isa el factor de seguridad de la su/erficie /otencial de falla /ara las condiciones de refuerzo establecidas. a $roce*i+iento El /rocedimiento /ro/uesto consiste en; %. Establecer los /arámetros de dise)o del geote2til a usar como refuerzo 7resistencia a la tracción0 criterios de durabilidad0 interacción suelo + refuerzo8. #. eterminar el factor de seguridad del talud no reforzado. &. eterminar el refuerzo necesario /ara estabilizar el talud. . 3heuear la estabilidad e2terna. :. Establecer los sistemas de drenaje ' subdrenaje del terra/l"n. b So)t=are MacStars 2EEE El /rograma ?acstars0 -ersión #$$$0 ha sido desarrollado /or ?accaferri0 /ara -erificar la estabilidad del suelo reforzado0 ue son
22
estructuras ue /ro-een la estabilidad usando unidades reforzadas ca/aces de absorber las fuerzas de tracción. ?acstars#$$$ /ermite al usuario realizar los siguientes cálculos;
(nálisis de estabilidad global
(nálisis de estabilidad interna
erificación de estabilidad de muros (nálisis de estabilidad de deslizamientos 3álculos de asentamiento
23
V.
ADMINISTRA"I/N D&% $RO&"TO
1. "rono,ra+a *e e4ecución Actii*a*es
A,ost
Setie+bre
o a &stu*ios en ca+po •
@econocimiento del área de deslizamiento
•
,e-antamiento to/ográfico ' toma de fotografías
•
Arazo del ma/a geológico de los taludes ' deslizamientos
•
Estudios hidrológicos
•
3álculo del -olumen de material des/lazado
•
eterminación de las causas del deslizamiento
•
E-aluación de los da)os /roducidos
Aoma de muestras /ara los análisis en laboratorio b An8lisis en laboratorio •
•
(nálisis de granulometría
•
(nálisis de los límites de (tterberg 7límites /lástico ' líuido8
•
3álculo del grado de com/acidad relati-a de la muestra
eterminación de la /ermeabilidad hidráulica del suelo c "8lculo ( *iseBo en ,abinete •
•
(nálisis de estabilidad de taludes
ise)o del sistema de suelo reforzado * Re*acción )inal *e tesis •
•
Im/resión de tesis 7original ' tres co/ias8
•
9ustentación de tesis
24
Oct ubre
Noie+bre
Dici e+bre
&nero
25
2. $resupuesto ( )inancia+iento "osto Actii*a*es
apro@i+a*o SG. SG. 22!E
a &stu*ios en ca+po •
,e-antamiento to/ográfico ' toma de fotografías
%:$$
•
Estudios hidrológicos
:$$ #:$
Aoma de muestras /ara los análisis en laboratorio b An8lisis en laboratorio •
SG. 2!EE
•
(nálisis de granulometría
%:$$
•
(nálisis de los límites de (tterberg 7límites /lástico ' líuido8
:$$
3álculo del grado de com/acidad relati-a de la muestra
#:$
•
#:$
eterminación de la /ermeabilidad hidráulica del suelo c "8lculos en ,abinete
SG. 1EEE
(nálisis ' dise)o d8 @edacción de tesis
9. %$$$ SG. HEE
•
•
•
Im/resión de tesis
•
9ustentación de tesis
:$$ TOTA%
#$$ SG. 6!E
El financiamiento se realizará con ingresos /ro/ios del tesista.
3. Recursos u+anos El /ersonal necesario /ara realizar esta tesis son; o
Ao/ógrafo ' sus asistentes.
o
,aboratorista de suelo.
o
3adista /ara el dibujo de los dise)os en (utocad.
o
Aesista.
2*
VI.
'I'%IO?RAFA
%. Ba)ón Blázuez0 ,uis 7%KKG8. Estabilidad de taludes. Editorial ,imusa 9.(. ?"2ico .F. #. Braja ?. as 7julio del #$$#8. !rinci/ios de Ingeniería de 3imentaciones. Editorial 3olor 9.(. de 3.. ?"2ico .F. &. 3ámara
3hilena
de
la
3onstrucción
7no-iembre
del
#$$#8.
@ecomendaciones /ara el dise)o0 ejecución ' control de suelo mecánicamente estabilizado con armadura ine2tensible. 9antiago de 3hile. . F. de ?atteis0 Tl-aro 7agosto del #$$&8. Ceología ' Ceotecnia – Estabilidad de taludes. Facultad de 3s. E2actas0 Ingeniería ' (grimensura. ni-ersidad del @osario. (rgentina. :. Ingeniería 9.(.3. 7#$$:8. @ehabilitación ' reconstrucción de /untos críticos de la carretera !anamericana 9ur. Estudio definiti-o. ,ima – !er6. P. Jara ?ori0 Conzalo (ndr"s 7ma'o del #$$G8.
2+
%#. @endón @odas0 Eric Ja-ier 7octubre del #$$:8.
28