Uso de gaviones en muro de contención y cortina en cauce

USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
1. DESCRIPCIÓN DEL GAVION
1.1 INTRODUCCION
A través del tiempo la erosión ha transformado de manera gradual y continua la
corteza terrestre. Este proceso es el resultado de la acción combinada de diversos
factores de la naturaleza, como lo son la lluvia y el viento que transportan las
partículas del suelo. De esta forma se han abierto cauces y ríos, se han formado
deltas y estos cambian lentamente el entorno en los que tienen contacto. La rapidez
con que se efectúa este fenómeno depende de las características geológicas y
climáticas de cada región y en casos particulares de la alteración del medio causada
por el hombre.
La presencia de cárcavas en un terreno indica el grado avanzado de erosión ya que
por lo general parte del suelo superficial ha sido arrastrado a causa de una fuerte
erosión laminar, cuando el lecho de los cauces de los ríos son de fuerte pendiente, y
las crecidas son regidas por las tormentas, las aguas adquieren, por lo tanto,
grandes velocidades como ocurre en la mayoría de los ríos, de aquí se origina los
tres grandes daños característicos en el lecho:
1. Transporte de tierra
2. Transporte de piedra
3. Sedimentación de los mismos.
La erosión que se produce en la cuenca de los ríos además del resultado natural es
a menudo acelerada cuando el hombre cambia las condiciones naturales del suelo
como son la tala indiscriminada de los bosques, los incendios, la construcción de
vías de comunicación, presas, etc.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
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Los suelos así como otros materiales tienen un ángulo de reposo propio, para lograr
una pendiente mayor que la proporcionada por dicho ángulo se requiere de algún
tipo de muro o soporte que evite el deslizamiento, con este fin se emplean los muros
de contención o sostenimiento, así como todas las obras de construcción que
involucre relleno de material.
La erosión y sostenimiento del suelo es un problema en particular al que se enfrenta
el hombre. Existen diversas técnicas para su regulación y control. Entre una de ellas
esta la aplicación del gavión metálico, siendo usada desde el siglo XVI, en Europa.
El uso de este método ha venido demostrando a través de los años que los gaviones
metálicos tienen un sinnúmero de características elementales que sirven para
contrarrestar los problemas debidos a la erosión hídrica.
El sistema de gaviones consiste principalmente en una caja de forma prismática
rectangular, elaborada con enrejado metálico de mallas hexagonales tejido con
alambre de acero suave galvanizado reforzado, y opcionalmente según necesidades,
plastificado con PVC.
Estas canastas se rellenan con piedra bolón o material adecuado del que se
disponga en el sitio de la obra.
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1.2 GENERALIDADES
El uso de los gaviones data del siglo XVI, siendo utilizado por ingenieros en Europa,
que eran “unas cestas de mimbres rellenas de tierra –denominada por sus inventores
italianos gabbioni, o jaulas grandes”1 (figura #1, ver anexo Página # II) siendo usada
para fortificar los emplazamientos militares y reforzar las orillas de los ríos. Hoy se
utilizan como bloques de construcción en las estructuras hidráulicas de bajo costo y
larga duración en los países de vías de desarrollo.
Algunas aplicaciones de los gaviones son: Construcción y reparación de presas,
construcción de espigones, defensas de pilas y estribos de puentes, utilización de
cortinas en cauces, muro de sostenimientos de suelos en obras de terraplén.
En Nicaragua, algunos usos que se ha dado son: Protección de talud en cauces que
tienen erosionadas sus orillas (p.e. Bo. Camilo Chamorro, Bo. 18 de Mayo) Cortinas
en cauces (p.e. Bo. 18 de Mayo) Protección de estribos en puente (p.e. Puente de
Calabaza) Protección de lecho de ríos (p.e. Puente de Calabaza) Represa (p.e.
Molino Norte, Matagalpa).
Para este trabajo monográfico no fue posible la realización de todos los ensayos que
conllevan al conocimiento de sus propiedades mecánicas, tales como la resistencia a
los esfuerzos cortante entre gavión y gavión, resistencia a la flexión, flexo –
compresión, etc. Sin embargo, la empresa que distribuyen este sistema han
elaborado sus ensayos para determinar sus características y propiedades
mecánicas. Lo que nos conducen a establecer conclusiones y recomendaciones
técnicas que serán de gran utilidad en el diseño de obras con gaviones.
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Tipos de Construcciones, Estévez A., Tesis Universidad Católica de Maule
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1.3 OBJETIVOS
1.3.1 GENERAL
1. Proponer el gavión como una alternativa para recuperar el lecho de cauces
erosionados, y el uso de los mismos en muros de contención.
1.3.2 ESPECIFICOS
1. Dar a conocer este sistema de construcción así como sus propiedades y
ventajas.
2. Proponer los criterios para el diseño de muro de contención.
3. Considerar los criterios necesarios para el diseño en la protección del suelo de
la erosión en cauces.
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1.4 DEFINICION DE GAVION
Él termino gavión tiene su origen en la palabra latina gabbia. Que traducida al
español significa jaula. Los gaviones son cajas de alambre que se rellenan de piedra.
Varias son las ventajas de este sistema. La primera buena cualidad estriba en el
hecho de que no pierden contacto con el fondo cuando se va socavando este, pues,
el gavión se va deformando paulatinamente hasta tocar nuevo fondo.
La estructura en gaviones presentan muchas características, algunas de ellas son
exclusivas, haciéndola sumamente interesantes, desde el punto de vista técnico,
constructivo y económico.
En la obra los gaviones son montados en forma individual por medio de costuras
continuas con alambres de las mismas características de la red de los gaviones. Las
costuras son muy simples, pero es necesario que sean realizadas con cuidado para
garantizar el perfecto funcionamiento de la estructura. Las mismas costuras son
utilizadas a lo largo de las aristas en contacto, para la unión de los diferentes
módulos, sea lado a lado o sea sobrepuesto. 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, garantiza que, una vez llenado 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 en general
de menor diámetro, lo cual lo vuelve más manejable, pero con resistencia suficiente
para absorber las exigencias de la estructura.
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 mínimo.
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1.5 TIPOS DE GAVION
Se conocen tres tipos de gaviones que son:
1. Gavión tipo caja
2. Gavión tipo reno o colchoneta.
3. Gavión tipo saco.
Estos gaviones se pueden aplicar en cualquier obra de protección dependiendo cada
uno de las características que se necesiten trabajar, en el campo ingenieríl.
1.5.1 GAVION TIPO CAJA
Son elementos estructurales en forma de prisma rectangular fabricados en malla
hexagonal a doble torsión, subdivididos en celdas por diafragmas colocados a cada
metro durante la fabricación, en los cuales además de reforzar la estructura, facilitan
su montaje y relleno. (figura # 2, ver anexo Página # II)
Las aristas de los paneles de malla son reforzadas con alambres de mayor
diámetro.- Son fabricados en alambres con revestimiento Galfan® o con
revestimiento pesado de zinc y protección adicional en material plástico (PVC).
1.5.2 GAVION TIPO RENO O COLCHONETA
Son elementos que presentan gran superficie y pequeño espesor, desarrollados
especialmente para actuar como revestimiento. (Figura # 3, ver anexo Página # III).
Base, paredes laterales, diafragmas de doble pared y paredes de las extremidades
son formadas a partir de un único paño en malla hexagonal a doble torsión.- La tapa
también es fabricada con un único paño de malla y es suministrado por separado.Las aritas de los paneles de malla son reforzados con alambre de mayor diámetro.
(Ver figura # 4, ver anexo Página # IV).
Debido al contacto con el agua son fabricados en alambre con revestimiento pesado
de zinc y protección adicional en material plástico.-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
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Desde el punto de vista económico, el gavión reno es entre los diferentes tipos de
revestimiento, uno de los más convenientes. En los taludes es colocado,
generalmente, en sentido transversal al curso del agua; es decir, la máxima
inclinación de las orillas y perpendicular al sentido de la corriente.
1.5.3 GAVION TIPO SACO
Son constituidos por un único paño de malla, que en sus bordes libres presentan un
alambre grueso que pasa alternativamente por las mallas para permitir su montaje en
la obra. (Figura # 5, ver anexo Página # V). Es un tipo de gavión extremadamente
versátil, debido a su formato cilíndrico y método de construcción.- Esas característica
hacen que se torne una herramienta fundamental en obras emergenciales,
sumergidas, en lugares de difícil acceso, o cuando van apoyadas sobre suelo de baja
capacidad soporte.Debido al contacto constante con el agua son fabricados en alambres con
revestimientos pesados de zinc y protección adicional en material plástico (PVC).A diferencia de los gaviones tipo caja o tipo colchón, los gaviones saco se arman
fuera de la obra y con maquinaria pesada se colocan en su posición final.
1.5.3.1 PRINCIPALES APLICACIONES
⇒ Encauzamientos de ríos.
⇒ Protección y defensa de márgenes, incluida su integración medio ambiental.
⇒ Construcción de diques de regularización y corrección de torrentes.
⇒ Construcción de puentes y pasarelas provisionales
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2. CARACTERÍSTICAS Y APLICACIÓN DEL GAVION
2.1 CARACTERISTICAS DEL GAVION
Los gaviones son estructura que reúnen una serie de características técnicas
fundamentales; para el control de la propia naturaleza, es que pueden ser empleados
en la proyección de obras de gran envergadura, como presas, muros de contención,
restablecimientos de márgenes, control de ríos y cauces, etc.
En los países donde su empleo esta generalizado y en los que su utilización
comenzó desde el año 1890, se ha podido comprobar que este tipo de estructura con
el paso del tiempo se consolida cada vez mas a tal grado de integrarse con la propia
naturaleza.
La aplicación cada día más frecuente de los gaviones en obras de ingeniería ha
llevado a diferentes países del mundo a efectuar investigaciones mas precisas en
cuanto al comportamiento y funcionabilidad en estas obras, ya que las estructuras
con gaviones son el sustitutos o complemento de ciertas obras de ingeniería cuyo
comportamiento rígido reduce la vida útil y el aprovechamiento de las mismas.
Las aplicaciones de estas estructuras con gaviones para Nicaragua, serian de gran
provecho, porque ayudan a restablecer en gran parte el equilibrio de la naturaleza o
por lo menos a neutralizar su proceso de desequilibrio.
2.1.1 FLEXIBILIDAD
Las contenciones requieren el máximo valor de seguridad estructural al soportar,
muchas veces, el suelo o materiales de características heterogéneas, cuya
equivocada
evaluación
puede
afectar
la
integridad
de
la
estructura
consecuentemente, de bienes y personas.
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y
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Es por tanto, recomendable usar estructuras flexibles que puedan acompañar
eventuales asentamientos diferenciales o soportar concentraciones de esfuerzos, sin
perder su eficacia estructural, aun en condiciones más severas que las de diseño.
(Figura # 6, ver anexo Página # VI).
Las estructuras formadas con gaviones pueden usarse en la mayoría de los terrenos
ya sea en pendientes o planos, sin preocuparse mucho acerca de sus fundaciones,
debido a esto los gaviones pueden ser usado para casi cualquier tipo de proyectos,
en zonas de derrumbes donde otras estructuras especialmente las rígidas no
resultan económicas y en ocasiones los riegos de fallas son mas altos.
Por su características el gavión es apropiado para defensa de ríos, cualquier otro
proyecto donde se puedan sustituir obras rígidas que están constantemente
amenazadas por la erosión y que tarde o temprano están destinadas a caerse o
fracturarse.
Las construcciones de gaviones en ríos se amoldan por si solas a la socavación y
erosión del fondo del río, hasta el punto de pasar a ser parte natural de la cama del
río, y no un obstáculo, como generalmente pasa con las construcciones rígidas.
Las estructuras formadas con gaviones resultan relevantes en Nicaragua, debido a
las características sismológicas del país, pues al poseer estas estructuras una gran
flexibilidad, les permite adaptarse a los asentamientos y vibraciones producida por
los sismos sin que sufran fracturas y deformaciones que deterioren su
funcionamiento.
2.1.2 ADAPTABILIDAD Y RESISTENCIA A ESFUERZOS DE
COMPRESIÓN.
La canasta de malla que forma el gavión además de contener la piedra de relleno,
funciona
como
esfuerzo
estructural
ella
esta
reforzada
por
tres
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planos
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perpendiculares, es decir, las paredes de la caja y por el diafragma interior, estos tres
planos tienen línea de resistencia paralelos al alambrados que hace la malla.
El relleno de piedra tiene la función de endurecer las cajas, una vez llenado y
asegurados ambos consolidan el peso y la masa permitiendo resistir presiones
exteriores y cargas gravitacionales.
La resistencia al volteo depende de la calidad de la piedra de relleno, se deberá
buscar piedras y gravas de buena dureza y un tamaño mayor al de la abertura de la
malla obteniendo así el peso especifico del gavión.
2.1.3 PERMEABILIDAD.
En las estructuras con gaviones una característica muy importante es la
permeabilidad, la cual puede ser aprovechada en beneficio del comportamiento de la
estructura misma.
Cuando los gaviones se usan en diques normales a la corriente, esta característica
del gavión ayuda a reducir la presión hidrostática que actúa sobre la estructura
aliviando considerablemente el empuje sobre la obra. (Ver figura # 7, ver anexo
Página # VI).
De esta manera, la capacidad de drenaje interna y la eliminación externa elimina el
peligro de socavar las presas, en los muros de contención
esta propiedad del
drenaje contribuye a solidificar la tierra, aumentando la eficiencia del trabajo.
Aprovechando su permeabilidad se emplean como ductos subterráneos de drenaje
en proyectos de carreteras, estos presentan una ventaja sobre los drenajes
usualmente de piedras flojas para poder aguantar movimientos de tierra y
deformación sin romperse.
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2.1.4 VERSATILIDAD.
Las obras de contención están sujeta a problemas operativos, tales como: Escasez
de mano de obra local, construcción en época de lluvias, dificultad de acceso, corto
de tiempo de ejecución, etc. Son por lo tanto ventajosas las soluciones de aplicación
simple y rápida, que entran en funcionamiento inmediatamente después de la
construcción y que no requieren de mano de obra calificada o equipamientos
especiales.
Muchas veces el aprovechamiento de mano de obra de la región es factor
determinante para la realización de la obra. En algunos casos, la construcción en
régimen comunitario, hace que la comunidad local participe en la construcción a
través de programas sociales.
En muchas situaciones debe ser considerada la posibilidad de modificaciones en la
geometría original de la estructura debido a nuevas necesidades. En otras, el flujo de
los recursos para la construcción no es constante y no garantiza la construcción de la
obra en una sola temporada. En estos casos son ideales las soluciones que permitan
la fácil unión entre las partes, sin la necesidad de demoliciones.
2.1.5 DURABILIDAD
Las obras de contención, por su importancia, exigen larga vida útil. Deben por lo
tanto ser constituidas por materiales resistentes, capaces de soportar los empujes
generados por el terreno y eventuales sobrecargas y que requieran poco
mantenimiento.
Entre las soluciones que mejor cumplen con estos requisitos, están aquellas en malla
hexagonal de doble torsión que son resistentes debido a la geometría de la malla, a
la presencia del acero y de las piedras y durables a causa del revestimiento de los
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alambres con Galfán® (aleación Zinc / aluminio)2, cuando sea necesario, con
revestimiento plástico adicional.
Algunas empresas que fabrican los gaviones varían en las fabricación de los
alambres pero conservan las especificaciones del caso. (ver figura # 8,9, ver anexo
Página # VII)
2.1.6 ECONOMIA.
Levantar estructura formadas por gaviones son trabajos que se hacen de manera
fácil y rápida: además son obras que pueden realizarse en cualquier época del año,
no necesita de ningún trabajo de carácter especializado.
Este tipo de obra se puede realizar de manera manual, o con la ayuda de equipo
sencillo ( cargadores frontales, excavadores, Back Hoe, etc…) El equipo se usa
cuando el proyecto requiere de el y además cuando se tiene que el tiempo de
ejecución es apremiante.
La canasta metálicas tiene un peso ( 10 – 14 kg/m3 ) vacíos, permitiendo de esa
manera el ser transportadas sin ningún problema. EL material de relleno siempre se
encuentra en el sitio de trabajo o en los alrededores y como consecuencia el costo
tiende a bajar.
En la figura # 10, (ver anexo Página # VIII) se compara los costo de construcción y
mano de obra de una estructura en gaviones versus otros tipos de construcción. (ver
Tablas 2.1; 2.2)
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Especificaciones Técnicas, Sinter, Gaviones Maccaferri
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Tabla 2.1 distribución de cuadrilla.
DISTRIBUCIÓN DE CUADRILLA PARA GAVION 12 PERSONAS
2
DESEMPACADO Y ARMADO
2
COLOCACIÓN EN SITIO Y ALINEACION
6
RELLENO A MANO
2
CIERRE DE TAPAS
Fuente: Manual de proceso de instalación de Gavión Lemac.
Tabla 2.2 Comparación de una estructura de gavión versus otros tipos de
construcción.
TIPOS
Gavión
PRECIO
UNIT.
703.77
COMPARACION
OBSERVACIONES
1
Cuesta 2.23 veces mas
que el gavión.
5.87
Cuesta 5.87 veces mas
Concreto Armado
4,132.21
que el gavión.
Fuente: Precio unitario, Ing. Presupuetista. (Relación de la moneda 16.60 Córdobas x
Concreto Ciclópeo
1,569.06
2.23
1.00 dólar)3
Se observa también la relación mano de obra, en que los gaviones si bien es cierto
se ocupa mas mano de obra, pero esta no es calificada y por lo general siempre es
de lugares cercano al proyecto.
3
Ing. Mariano Rodolfo Canales, Presupuetista entrevista personal, ver desglose de precio en anexo.
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2.2 APLICACIONES DEL GAVION
2.2.1 MUROS DE CONTENCIÓN O SOSTENIMIENTO.
Se define como muro de contención a una obra de construcción capaz de soportar la
presiones laterales generadas por empujes de la tierra en contacto con dicha obra. El
suelo detrás de la estructura se llama relleno.
Una de la aplicación de los gaviones metálicos, es en obras de retención y apoyo en
otras áreas de una construcción tales como: muros, estribos, pilastras, defensas de
cimentaciones, fijación de taludes o terreno con peligro de erosión.
Las construcciones mas usadas son los muros de contención de tierras o de repie en
la base de los terraplenes. Un caso muy particular en estos últimos se da con
frecuencia cuando el pie del terraplén invade los dominios de un cauce.
Si se ejecutan muros con obras rígidas, como concreto reforzado o mampostería en
terrenos blandos, existe el inconveniente económico que esos muros requieren
grandes bases de cimentación, que aparte de su elevado costo, no dan al problema
una solución definitiva.
Las obras de gaviones metálicos cuya característica principal es la flexibilidad,
permiten la deformación sin alterar su estabilidad y eficiencia, resolviendo el
problema no solo en el aspecto técnico sino económico ya que se simplifican los
laboriosos trabajos de cimentación quedando asegurada la estabilidad de la obra.
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2.2.1.1 EL USO DE LOS GAVIONES ES VARIADO USADO COMO
MUROS DE CONTENCIÓN EN:
1.- CONTENCION DE TIERRAS EN LOS TALUDES DE CIERTOS
BARRANCOS.
En este caso puede proceder de cualquier forma de las que detallan, es decir como
muro de protección o simplemente como muro de repie ( figura 11, ver anexo Página
# IX)
Las características de cada caso dependerán del empuje de tierras, adaptándose la
altura a las exigencias de las mismas, si el terreno no es de cierta consistencia
puede procederse colocando una plataforma de gaviones de 0.50 metros que
formara la pared interna de la cuneta paralelamente al eje de la carretera.
2.- CONTENCION EN TERRAPLENES.
En este caso es el doble del muro de contención directa o muro de repie cuando el
derrame del material de relleno no encuentre apoyo sobre el terreno natural o que
este se encuentre muy alejado y que en la zona no hayan suficiente para completar
el perfil ( figura # 12, ver anexo Página # X)
En los casos que se proyecta una carretera o cualquier vía de acceso, la que por
restricción de diseño, tenga que correr paralelamente a cualquier cauce, se puede
encontrar con el problema de que el pie del talud invade el cauce, lo cual pondría en
un peligro constante la vía de acceso en época de lluvia.
Para este tipo de problemas la aplicación de un muro con gaviones de pequeña
altura a lo
largo del cauce dará resultado satisfactorio, desde el punto de vista
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USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
técnico y económico. Cuando se aplique esa solución de muros de pequeña altura,
protectores de taludes, se deberá adicionar un dentado a base de pequeños
salientes a manera de espigones para asegurar su permanencia contra la acción del
agua. ( figura # 13, ver anexo Página # XI).
3.- CONTENCION DE LA PISTA POR AMBOS LADOS
Cuando se trate del caso especifico de una carretera que deberá construirse casi
toda en ella en terraplén, y los terrenos en que se edificaran las bases, sub - bases y
rasantes sean de una consistencia blanda, puede adoptarse perfectamente la
solución que se indica en la figura # 14, (ver anexo Página # XII), sobre todo si estos
terrenos están afectados por la acción en limite de un desbordamiento, o como
consecuencia de una fuerte precipitación en cuyo caso seria necesario además del
dentado de salientes el establecimiento esporádico de desagües.
Otra aplicación muy corriente de este tipo de muros es cuando se utilizan para
defender las pilas o los estribos de un puente, especialmente cuando estos están
construidos con fundaciones poco profundas y como consecuencias están expuestas
a la erosión de las aguas.
En estos muros son de pequeña altura y si la obra a proteger es longitudinal, por
ejemplo otro muro de concreto, suele dotársele de un dentado de salientes como
antes se ha indicado (ver figura # 15, ver anexo Página # XIII)
Las pilas y los estribos suelen protegerse mediante cordones de un solo gavión,
encima de una plataforma o colchoneta metálica de 0.50 mt de grueso, alrededor de
los cimientos de la obra a proteger. Delante de la corriente se deberá colocar un
saliente que rompa el impulso del agua (ver figura # 16, ver anexo Página # XIV).
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En los estribos se procede de la misma manera, aun cuando en estas obras se
lleguen a construir puente casi exclusivamente con gaviones metálicos, para lo cual
se deberá construir un macizo central de concreto, cimentado en el suelo firme ya
que servirá para apoyar el tablero del puente.
Con esto se puede observar la importancia y ventajas que ofrecen estas estructuras
con gaviones, ya que pueden ser usadas como obras provisionales de emergencia y
conservarse total o definitivamente después de cumplido su cometido de
emergencia; o sea que cimientos, muros, alcantarillas, cunetas, etc. No solo se
construyen a base de gaviones con la máxima rapidez y en cualquier situación y
ambiente provisional, sino que su solidez les lleva a ser definitivas con la ventaja de
su gran economía.
En vías de comunicación, oleoductos, tuberías de centrales eléctricas, etc; se suelen
construir cordones de gaviones empotrados o no en el terreno para el drenaje y
protección de otras obras principales. En carreteras este dispositivo, acompañado de
un drenaje simple a través de la calle, se coloca cada diez metros, como aliviadero
de la misma, consiguiéndose así la completa estabilización y saneamiento de la capa
de rodamiento, en lugares donde el terreno es arcilloso, húmedo o movedizo.
2.2.2 CORTINA PARA PREVENCION EN FONDO Y PAREDES DE
CAUCES
Se define como cortina a toda estructura que trabaja transversalmente a las
corrientes de agua, cuyo propósito es para recuperar el lecho del fondo de un cauce.
Las precipitaciones por tiempos muy prolongados da como resultado arrastre de
partículas del suelo las que son depositadas en las depresiones y también estas
corren por las laderas.
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De igual manera las corrientes alcanzan altas velocidades por lo regular arrastran y
transportan las capas superficiales del suelo.
El paso del huracán Mitch por Nicaragua, dejó un efecto destructivo en los ríos
erosionado su fondo y paredes en algunos casos desbordamientos provocando
deltas , Ejemplo : Río Grande de Matagalpa. Los cauces que no estaban revestidos
en Managua sufriendo socavación en las paredes y fondo.
Las lluvias torrenciales del 2004 al norte del país, provocaron deslaves en el cerro
Musún ( Río Blanco, Matagalpa ).
La utilización de estructuras con gaviones para conservar el suelo y evitar la erosión
en Nicaragua, son de gran necesidad ya que en todo el territorio se presentan
problemas de conservación de suelo y erosión, las cuales pueden ser resueltos en su
mayoría por medio de cortinas o muros de contención de gaviones.
El uso de gaviones permite formar terrazas en cuencas cuya pendiente es alta y
tienden a erosionarse, otra aplicación del gavión puede ser un simple obstáculo para
reducir la velocidad del escurrimiento, se construyen pequeños muros que sirven
como interceptores y que drenan a un cauce protegido.
Los gaviones metálicos y las obras con ellos estructuradas tienen una cierta
movilidad que les permite amoldarse, deformarse e incluso desplazarse ligeramente
de su primitiva situación sin merma de su solidez, hasta encontrar un asiento
definitivo obligado por la propia corriente, con lo cual acaba por ser el mejor
obstáculo defensivo contra la misma.
En el control de ríos o cauces con estructuras de gaviones; se puede contar con tres
modelos de control, cada uno es aplicado dependiendo de la clase de trabajo para la
que se usan, ejemplo: trabajos normales en las orillas, diques y trabajos
longitudinales.
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USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Los modelos o estructuras para el control de orillas, serán estudiados cuando se trate
en el inciso de espigones.
Los diques son estructuras con gaviones, que trabajan transversalmente a las
corrientes de agua y en muchos casos sustituyen por su economía a las estructuras
con gaviones longitudinales.
Este tipo de modelo de control que se ha denominado dique su mayor aplicación
cuando se proyectan estabilizaciones de los fondos ya sean de ríos o cauces
naturales.
Para comprender la utilidad y ventajas que el empleo de gaviones metálicos brinda a
las obras destinadas a la corrección de cauces o ríos, es necesario esbozar una
breve idea de lo que realmente es la técnica de esta corrección.
Por lo general la mayor parte de los cauces naturales de Nicaragua tienen
características similares a los torrentes por los cuales circula agua muy poca o casi
ninguna, pero de fuertes pendientes, secciones angostas y laderas escarpadas
desprovistas de vegetación. Estas características y condiciones climatológicas
propicias a la rápida formación de lluvias o chubasco, determinan un previsto y
desmesurado crecimiento del caudal, alcanzando la corriente la velocidad y un peso
especifico superiores a la densidad del agua clara, cuando esta ocurre en
condiciones normales. Este incremento sustancial en el peso especifico y la
velocidad del agua imprimen a la corriente una fuerza de arrastre que se dedica en
su transitar a trasladar grandes masas de suelo, o materiales sólidos hasta ser
depositados aguas abajo en donde las pendientes son menores y cuando la fuerza
ha perdido su intensidad.
Este fenómeno de traslado del material o gasto sólido en las zonas de pendientes
menores es muy notable en diferentes puntos de la ciudad de Managua, los cuales
se ven la mayor parte depositados en calles y cauces revestidos, causando graves
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problemas de circulación por calles ya que al disminuir la sección hidráulica de un
cauce por este azolve, comienza el cauce a desbordarse.
2.2.2.1. ESTABILIZACIÓN DEL PROCESO TORRENCIAL.
Existe una determinada pendiente del cauce denominada de estabilización o de
equilibrio, que se define como: “aquella pendiente a partir de la cual el proceso
torrencial o de erosión de fondo se detiene o estabiliza”4. Dada esta condición el
volumen de arrastre se reduce en lo sucesivo a un mínimo el peso especifico sin que
sea afectado por la disminución de la pendiente.
En la figura # 17 A y B, (ver anexo Página # XV) se reproducen las curvas de
pendientes de estabilización o equilibrio para cauces con cuencas hasta de cuatro
millas cuadradas en área.
La figura # 17 A, es aplicable a los cauces que transportan material pesado (mayor
de 6” de diámetro) desde arena áspera hasta perdigones y la figura # 17 B, es
aplicable a cauces que transportan desde arena fina (menor de 6” de diámetro) hasta
arcillas.
En todo este presente trabajo cuando se califica la pendiente como pronunciada o
fuerte, se quiere decir pendientes mayores que la de equilibrio del suelo; capaz de
erosionarse bajo la acción del agua. Lo mismo cuando se dice pendientes normales,
bajas o menores se refiere a las pendientes que tienden a la de equilibrio.
2.2.2.2. ESTABILIZACIÓN DE LAS LADERAS.
4
Información del sitio web: www.maccaferri.com.br
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
20
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Siendo la reforestación la principal medida para normalizar la fuerza erosiva de la
corriente, parece lógico que se pudiera comenzar de inmediato, pero para lograrlo es
condición primordial, que la pendiente de las laderas sea inferior al talud de las
tierras, debido a que estas se hallan en equilibrio inestable hacen impracticables las
plantaciones.
2.2.2.3. LA DEFENSA DE LOS TERRENOS AMENAZADOS POR LA
EROSION.
Muchas veces la defensa obligada de edificios o instalaciones lleva consigo la
necesidad de suprimir de raíz todo gasto sólido o poder destructivo del cauce, lo que
solo se consigue con la adopción de pendientes reducidas. (las de equilibrios).
La utilización de estos diques en Nicaragua, serian de gran provecho, porque
ayudaran a frenar en gran parte las grandes socavaciones que están padeciendo
tanto en el fondo como en las orillas nuestros cauces naturales y ríos.
2.2.3 ESPIGONES
Un espigón fluvial es una estructura realizada en las márgenes del curso de agua y
tiene como propósito principal recuperar la sección original del cauce, mediante el
deposito de sólidos que arrastra el flujo de agua que quedan atrapadas por el
espigón.
Los espigones son empleados para proteger bancos de arena, playas ó para
controlar el curso de agua, son de construcción más dificultosa y están más
expuestos a daños, pero siempre son más económicos que los revestimientos de
márgenes.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
21
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Hay unas pocas circunstancias donde se pueden usar, principalmente donde el canal
del río no debe ser restringido ó donde hay cursos afluentes en la zona, que aportan
sedimentos que no pueden ser bien evaluados, en tales casos se emplean defensas
longitudinales.
Los espigones no deben ocasionar súbitos cambios en la dirección del flujo, pero
tienen que redirigir la corriente nuevamente dentro del curso.
El control podría iniciarse aguas arriba del punto al que se quiere cambiar la
dirección de la corriente. El efecto del espigón se extiende desde el punto en el cual
la corriente es controlada hasta el lugar donde el curso es definitivamente
establecido. Deberían evitarse estructuras aisladas, no sólo porque son poco
efectivas sino por que podrían provocar remansos dañinos.
La sedimentación entre espigones está en función de la relación entre la longitud del
brazo del espigón y la separación entre ellos.
En la práctica la relación entre largo y separación entre espigones puede variar
según la forma que adopte el banco, 1:4 para curvas cóncavas á 1:6 para curvas
convexas.
Primero se depositan los materiales más toscos, decreciendo el tamaño del grano
desde el canal al banco, quedando en la parte superior el material más fino.
El arreglo entre espigones y la forma tienen efecto sobre la profundidad y posición
del depósito, usualmente los espigones inclinados aguas arriba producen más
sedimentación en su cara expuesta y viceversa. Los espigones cabeza de martillo
son más eficientes pero su costo es mayor.
La importancia del arreglo ó disposición de los espigones y su forma está vinculada
al tamaño del material transportado.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
22
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Los espigones en gaviones no requieren excavación para cimentarlos, esto permite
mayor altura del espigón, debiendo ser la cota de cimentación a nivel del punto más
bajo del lecho en la zona de emplazamiento.
Las estructuras de espigones con gaviones pueden ser recrecidas a medida que los
mismos están en operación, estas son protegidas a su alrededor con zampeados en
colchonetas Reno. La flexibilidad es necesaria para la seguridad del espigón, el
zampeado debe seguir el nivel del lecho del río alrededor del morro del espigón para
dar protección a la superestructura en gaviones ó cuerpo del espigón, así la erosión
alcanzará ciertos límites hasta adquirir un perfil de equilibrio.
2.2.3.1 CARACTERISTICAS
Los espigones son estructuras que partiendo de la margen o de un dique
longitudinal, avanzan hacia el centro del río, desviando las corrientes para que la
orilla no llegue a erosionarse. Parte de la obra está en tierra y sirve de liga entre el
terreno y el espigón mismo mientras que el resto está dentro de la corriente.
Los espigones son usados para:
⇒
Protección de márgenes.
⇒
Control del curso del canal de máxima profundidad.
Su construcción es más dificultosa que la de los revestimientos para defensa de
márgenes pero el costo de la obra es muy inferior en el caso de espigones, que en el
caso de los revestimientos.
El trabajo de los espigones es alejar de la orilla en que se apoyan, a las líneas de
corriente con fuerte velocidad. Se crean así zonas de calma relativa entre espigón y
espigón, las cuales se llenan paulatinamente con materiales arrastrados, hasta que
se forma otra nueva orilla estable.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
23
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Normalmente la protección con espigones es más económica que la protección
longitudinal, dado que su construcción es menos complicada y su mantenimiento,
además de ser más simple, disminuye con el tiempo.
Hay sitios donde los espigones no pueden ser utilizados y se impone el recurso de la
obra longitudinal, por lo regular son aquellos lugares donde no se puede disminuir el
área hidráulica del río o curvas con un radio muy reducido.
Los espigones construidos con gaviones pueden clasificarse de la siguiente manera
(ver figura #18, ver anexo Página # XVI):
De acuerdo a su orientación:
⇒
Inclinantes o contra corriente.
⇒
Normales a la corriente.
⇒
Declinantes o a favor de la corriente.
De acuerdo a su forma:
⇒
Rectos.
⇒
Martillo.
⇒
Bayoneta.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
24
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
3. REQUERIMIENTO MINIMO PARA EL ARMADO DE GAVIONES
Los muros y cualquier otro tipo de estructura con el uso de gaviones son formadas
por cajas las cuales son ensambladas y erigidas insitu, las mismas son relativamente
sencillas en comparación con obras similares (concreto reforzado, concreto
ciclópeo).
3.1 SUMINISTRO Y DISPOSICION EN OBRA.
Para facilitar la manipulación y el transporte los gaviones son suministrados y
agrupados en bultos con código de colores pintados en cada bulto para facilitarla
identificación de las dimensiones de los gaviones. (Ver figura # 19, ver anexo Página
# XVI).
3.2 DIMENSIONES DE LA CANASTA Y CARACTERÍSTICA DE LA
MALLA QUE LO FORMAN.
El dimensionamiento de los gaviones viene dado por medidas que presenta cada
empresa, en tablas estándar. La empresa Maccaferri presenta las siguientes
medidas para gavión tipo caja, colchoneta y saco (ver tabla 3.1, 3.2, 3.3, 3.4).
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
25
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Tabla 3.1 Gaviones Caja – Malla tipo 8 x 10 Ø 2.4 mm Galfán
Medidas
Largo (L)
Volumen
m3
Diafragma
n
Código de
colores
Ancho (c)
m
Alto (A)
m
1.50
1
0.50
0.75
-
rojo – rojo
2
1
0.50
1
1
rojo
3
1
0.50
1.50
2
verde
4
1
0.50
2
3
amarillo
1.50
1
1
1.50
-
Marrón
2
1
1
2
1
azul
3
1
1
3
2
blanco
1
1
4
Fuente: Sinter, Nicaragua, Gaviones Maccaferri
3
negro
m
4
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
26
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Tabla 3.2 Gaviones Caja – Malla tipo 8 x 10 Ø 2.4 mm Plastificado
Medidas
Volumen
m3
Diafragma
n
Código de
colores
0.75
-
rojo – rojo
Largo (L)
m
1.50
Ancho (c)
m
1
Alto (A)
m
0.50
2
1
0.50
1
1
rojo
3
1
0.50
1.50
2
verde
4
1
0.50
2
3
amarillo
1.50
1
1
1.50
-
Marrón
2
1
1
2
1
azul
3
1
1
3
2
blanco
1
1
4
Fuente: Sinter, Nicaragua, Gaviones Maccaferri
3
negro
4
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
27
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Tabla 3.3 Colchones Reno – Malla tipo 6 x 8
Largo
(L) m
4
Medidas
Ancho
(C) m
2
Área
m2
Bolsas
n
Código de
colores
Alto
(A) m
0.17
8
4
naranja – rojo - blanco
5
2
0.17
10
5
naranja – verde - blanco
6
2
0.17
12
6
naranja – amarillo - blanco
4
2
0.23
8
4
naranja – rojo - verde
5
2
0.23
10
5
naranja – verde - verde
6
2
0.23
12
6
naranja – amarillo - verde
4
2
0.30
8
4
naranja – rojo - amarillo
5
2
0.30
10
5
naranja – verde - amarillo
6
naranja – amarillo - amarillo
6
2
0.30
12
Fuente: Sinter, Nicaragua, Gaviones Maccaferri
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
28
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Tabla 3.4 Gaviones Saco – Malla tipo 8 x 10 Ø 2.40 mm Plastificado
Medidas
Volumen
m3
Largo
Diámetro
(L) m
(D) m
2
0.65
0.65
3
0.65
1
4
0.65
1.30
Fuente: Sinter, Nicaragua, Gaviones Maccaferri
La malla esta constituida por una red tejida de forma hexagonal obtenida por el
resultante de encruzar dos hilos de alambres por tres medios giros. El tipo de malla
es de 8x10 cm. (ver figura # 64, ver anexo Página # XLIV).
Debido a que las estructuras están sometidas a tensiones producidas por
asentamientos diferenciales del terreno, empujes externos, etc. No se recomienda
utilizar gaviones con abertura de malla mayores a 8x10 cm.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
29
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
3.3 REQUISITO DEL MATERIAL DE RELLENO DE LA CANASTA.
El material con que se rellena el gavión tiene un diámetro que varia entre 10 y 20 cm,
esto ayuda a que se trabaje adecuadamente con equipo mecánico y se obtiene un
buen acomodamiento al vaciarlo dentro de la canasta. De prueba realizada con
materiales de diferentes formas y tamaño se han encontrados que al utilizar una
porosidad de 30% en el calculo del peso especifico unitario de un gavión lleno da
buenos resultados. Con la ayuda de la figura # 36, (ver anexo Página # XXVII) se
obtiene el peso especifico unitario en función de la gravedad especifica y en la tabla
4.5 aparece los valores usuales de los pesos específicos para los diferentes tipos de
materiales.
3.4 ARMADO Y COLOCACIÓN DE LOS GAVIONES.
Antes de proceder al armado en si del gavión deberá disponerse de un área lo
suficientemente amplia y cuyas dimensiones estarán de acuerdo a la obra
proyectada, puesto que los gaviones, una vez desplegado y armados, ocupan una
gran área, y no es conveniente almacenarlos cuando están armado; uno encima de
otro, ya que las canastas carecen de relleno por alguna causa podrían caerse o
golpearse.
Este problema aunque pareciera insignificante, radica, que cuando se trate de
enderezar algún borde, este proceso podría fatigar demasiado el alambre que
constituye el gavión y seria un punto potencial de falla, ya erigida la estructura.
Teniendo disponible el área se procede a desatar cada lote y a separar cada gavión
plegado, procediendo al despliegue de cada cara y diafragma si los hubiere.
Si el proyecto se ejecuta con obreros que desconocen los criterios de ensamblaje, el
primer gavión deberá ser armado, por una persona que tenga el conocimiento de
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
30
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
estos criterios y en el transcurso del proceso de armado deberá explicar a las futuras
cuadrillas de armadores cada paso y la importancia de cada uno.
El proceso de armado como ya se ha expresado anteriormente es muy sencillo, pero
los correctos amarres en cada gavión son la parte básica de estas estructuras. Otro
factor importante para evitar desperdicio del material o alambre de amarre, es que,
se establezcan las dimensiones de cada trozo de alambre a cortar dependiendo a
cual arista corresponda.
Al iniciar el proceso de adiestramiento del personal es conveniente que cada gavión
sea armado por dos operarios, ubicados uno afuera y el otro dentro del gavión,
mientras se acostumbran por si solos a pasar el alambre de amarre entre los
hexágonos de la malla. (ver figura # 20, ver anexo Página # XVII), tabla 3.5.
3.5 REQUERIMIENTO MINIMO PARA EL DETALLE ENTRE
CANASTAS.
Una vez el gavión desplegado por cada cara, deberá procederse a unir cada arista
adyacente, cosiéndola con alambre galvanizado y específicamente para el amarre
(ver figura #21, #22, ver anexo Página # XVII, # XVIII).
Es conveniente observar que el amarre deberá efectuarse del piso del gavión al
borde donde se coserá una vez relleno, la tapa del mismo, los inicios y remates de
costuras deberán efectuarse como se muestran en la figura (21). Se deberá tener en
cuenta no atar la tapa del gavión, ya que esta será cerrada hasta que el gavión este
en su sitio definitivo y lleno de piedras.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
31
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Tabla 3.5 Tiempo de colocación para los gaviones.
TIEMPOS DE COLOCACIÓN PARA LOS GAVIONES
Altura de Gavión
OPERACION
0.50 m
1.00 m
Quitar el gavión del bulto o fardo, abrirlo, doblarlo, atar las
aristas y fijar los diagramas.
10 a 20
min/m3
20 a 30
min/m3
Construir un elemento de la obra en gaviones constituido
por 4 a 6 gaviones, ligando las cajas una a la otra a lo
largo de todas las aristas en contacto, sea en dirección
horizontal como vertical.
15 a 25
min/m3
20 a 30
min/m3
Trasladar y poner en posición los elementos
mencionados, coser los mismos a los otros elementos
adyacentes y alinear.
15 a 30
min/m3
20 a 30
min/m3
Rellenar gaviones con maquina, insertar tirantes y ajustar
manualmente el pedrisco, si fuere necesario.
30 a 40
min/m3
30 a 50
min/m3
Cerrar la cubierta de los gaviones y cocer
20 a 35
min/m3
40 a 50
min/m3
Tiempo total operario
90 a 150
min/m3
130 a 190
min/m3
Este tiempo no incluyen la nivelación previa del terreno. Cuando no se dispone de
maquinas para el llenado, se deben incrementar los tiempos en 40 a 60 minutos.
Fuente: Gaviones Maccaferri, Sinter, Nicaragua.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
32
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
3.6 DETALLES Y REQUERIMIENTOS MINIMO EN EL DOBLADO DEL
ALAMBRE CON QUE SE UNEN LOS GAVIONES.
3.6.1 REQUERIMIENTO MINIMO PARA EL DOBLADO DE LAS
ESQUINAS.
Se cortara un pedazo de 1.50 mts de largo, el que se fijara en la parte inferior de las
aristas y amarre los paneles en contactos alternando vueltas dobles y simples a cada
malla. Se repite la operación con los diafragmas (ver figura # 21, ver anexo Página #
XVII).
3.6.2 REQUERIMIENTO MINIMO PARA AMARRE ENTRE GAVION Y
GAVION.
Amarrar varias cajas en grupos siempre con el mismo tipo de costura descrito en el
ítem 3.6.1. Llevar los grupos de cajas hasta el lugar determinado en el diseño y
amarrar a las cajas ya terminadas, costurando en todas las aristas en contacto. (ver
figura # 23, ver anexo Página # XVIII).
3.7 REQUERIMIENTO PARA EL LLENADO DE GAVION.
Para los gaviones caja, durante el relleno, debe ser colocado tirantes de alambre de
la siguiente forma.
Llene cada celda del gavión de 1.00 mt de altura hasta un 1/3 de su capacidad.
Coloque 2 tirantes uniendo paredes opuestas amarrando dos mallas de cada pared.
Repita esta operación cuando el gavión se encuentre llenado hasta 2/3. (ver figura #
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
33
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
24, ver anexo Página # XIX). En casos particulares los tirantes pueden unir paredes
adyacentes. Para gaviones de 0.50 mt de altura, coloque los tirantes apenas cuando
las cajas están llenas hasta la mitad.
Eventualmente en obras de revestimiento o plataforma, los tirantes pueden ser
colocados verticalmente. En el caso de los colchones coloque los tirantes verticales
uniendo la base a la tapa. Normalmente se utiliza un tirante por metro cuadrado. En
el caso de revestimiento de superficies muy inclinadas, los tirantes pueden ser
colocados para mantener los diafragmas en la posición vertical. (ver figura # 25, ver
anexo Página # XIX). En el caso de los gaviones saco, se coloca un tirante a cada
metro.
3.8 REQUERIMIENTO PARA EL TAPADO DE GAVION.
En el caso de los gaviones caja, doble la tapa, el cosido de la tapa deberá hacerse
con un solo cordón de alambre en su contorno o si este cordón resultara poco
manejable deberá llevarse en tramos de alambres, siempre en las esquinas del
gavión; en las cuales deberán anudarse perfectamente. Para los colchones coloque
las tapas (suministradas separadamente) sobre las bases. En ambos casos unir con
alambre la tapa a los bordes superiores de la base y de los diafragmas.
Para el gavión saco, cierre con costura continua uniendo los dos bordes laterales.
Esta operación generalmente es ejecutada en la cantera para un posterior
lanzamiento (aplicación) con equipos mecánicos.
Los gaviones caja colocado arriba de una camada ya ejecutada deben ser cosidos
con alambre a lo largo de todas las aristas en contacto con la armada de los
gaviones ya llenados.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
34
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4. CRITERIOS DE GAVIONES
En este capitulo se abordara los criterios que llevan al diseño final y por ende el
dimensionamiento de las obras.
Los criterios presentados en este estudio monográfico son los que han usados
ingenieros que se dedican al diseño y ejecución de obras con gaviones. Los
resultados de dichos criterios han demostrado que las estructuras con gaviones son
confiables.
Todas las obras de ingenierías realizables con gaviones de malla metálica se
diseñan basándose en el mismo criterio empleado para el dimensionamiento de
muros de gravedad, dado que estos se comportan de manera similar.
4.1 CRITERIOS GENERALES DE GAVIONES.
Antes de iniciar el proceso de diseño, se hace necesario analizar de forma rigurosa el
tipo de obra y la función de esta una vez terminada. Con la finalidad de obtener un
dimensionamiento económicamente optimo, es necesario enmarcar el tipo y la
función de cada obra dentro de la siguiente clasificación.
a. Muros de contención
b. Cortinas en cauces
c. Espigones.
El orden que se presenta, es el que persigue esta monografía. Los ingenieros que se
encarga de este diseño puede elaborar su propia forma de trabajo, siempre y cuando
constituya en ella todas las variables a abordar. Así como cualquier otra estructura
que se comporte diferente a los mencionados, será este objeto de un análisis en
particular.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
35
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
En aquellas obras ingenieriles que están relacionadas con el uso de gaviones,
existen dos criterios generales, y dependiendo de cada caso es necesario iniciar el
análisis. Estos criterios son el Estructural y el Hidráulico.
El criterio Estructural contempla el análisis y la determinación de las fuerzas externas
que actuaran sobre la estructura y para las cuales hay que dimensionarlas,
considerando que trabajan como muros de gravedad.
Para los casos de muro de contención, cortina de cauces, espigones los cálculos
teóricos que se elaboran del empuje de tierra no tienen una justificación, por lo tanto,
tienen que emplearse métodos semi - empíricos. En todos los casos los
dimensionamientos deben emplearse para la condición mas critica.
Los criterios hidráulicos son tomados en cuenta cuando se proyectan obras de
defensas hidrológicas, para las cuales es necesario establecer las bases del
comportamiento hidráulico de la cuenca que piensa defenderse. Siempre el diseño
esta regido por la condición mas critica, teniendo presente que estas obras tienen
una vida útil de mas de 50 años y en el transcurso de los años pueden modificarse
aumentando las dimensiones establecidas originalmente; sin invertir mucho dinero y
sin muchas complicaciones para nueva adaptación.
4.2 INFORMACION NECESARIA PARA EL DISEÑO.
Para proceder a la aplicación de los criterios generales presentados en el inciso 4.1
es necesario poseer previamente información de campo, oficina y laboratorio. En el
caso particular de estructuras con gaviones deberá tratarse de generar la mayor
cantidad de información en laboratorios, ya que, por ser estas, obras poco utilizadas
en el país, no se cuenta con registros y tabulaciones suficientes, que permitan
asegurar que los coeficientes empleados en otros países, resultaran satisfactorios
para nuestras condiciones.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
36
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
La información básica necesaria para llevar a cabo estos diseños, se ha clasificado
en cuatro grupos que son:
⇒ Estructural
⇒ Hidráulica,
⇒ Topográfica y
⇒ Mecánica de suelo.
4.2.1 ESTRUCTURAL.
En la información es necesario seleccionar el trabajo de la obra, dependiendo si esta
funcionará como muro transversal o longitudinal a la corriente, como presa para
azolves, vaso regulador de agua, como presa de almacenamiento de agua, si será
una obra de defensa como espigón; o si formara parte de un canal a cielo abierto,
cuyo talud es vertical formado por un muro de retención con gaviones.
4.2.2 HIDRAULICA
De la hidráulica es necesario poseer la información siguiente: área de la cuenca
donde se esta efectuando estudio, así como la pendiente de la misma y en caso de
cauces también. El gasto máximo de diseño, calculado a partir de las formulas y
métodos tradicionales en los cálculos hidrológicos.
Es necesario determinar el coeficiente de rugosidad de los gaviones. Si se emplea la
formula de Manning en los cálculos, puede obtenerse el valor del coeficiente “n”, de
la figura # 26, (ver anexo Página # XX).
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
37
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.2.3 TOPOGRAFICA
La información topográfica necesaria corresponde: a curva de nivel de la zona en
estudio, perfiles longitudinales, secciones transversales con detalle, localización y
detalle especifico de restricción al diseño.
4.2.4 MECANICA DE SUELOS.
Es necesario determinar la mayor información procedente del laboratorio como, las
características de estratificación de los suelos, con sus correspondientes
granulometrías y permeabilidades, con el objeto de poder determinar la profundidad
del desplante y que la granulometría nos indique el tipo de suelo, ya que, con el tipo
de suelo que arrastra el cauce y el área de la cuenca se obtiene la pendiente de
equilibrio de la figura # 17 A ó B dependiendo del tipo de suelo. Se debe de obtener
también el ángulo natural de reposo del suelo, puesto que es un parámetro muy
importante en el diseño del empotre lateral.
Otra información muy importante para el dimensionamiento de estas obras, lo
constituye, el conocimiento previo de la gravedad especifica del banco de préstamo,
que se ha seleccionado como fuente de relleno. (ver tabla 4.1; 4.2).
El esfuerzo cortante, y el valor soporte del suelo son datos de mucha utilidad en el
diseño estructural de estas obras. (ver tabla 4.3)
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
38
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.3 PROPIEDADES ESTRUCTURALES DEL GAVION.
En principio, es necesario conocer las propiedades y las limitaciones de los
materiales que componen el sistema, para luego hacer un análisis de su resistencia
misma y de la del suelo subyacente. A continuación se describen las principales
propiedades del gavión.
a. Coeficiente de trabajo a la compresión del conjunto gavión y piedra caliza.
⇒
Limite para la indeformabilidad
1 kg/cm2
⇒
Limite de ruptura o reventado
4 kg/cm2
⇒
Limite de trabajo a la compresión
fc = 2.2 kg/cm2
b. Pesos específicos
⇒
Peso especifico de la piedra caliza
γp = 2.2 ton/m3
⇒
Peso especifico del gavión
γg = 1.75 ton/m3
c. Porcentaje promedio de huecos
v = 0.2
d. Coeficiente de rozamiento
µ = 0.75
e. Peso de indeformabilidad actuando en 1m3 = 5 ton.
4.3.1 COMPARACION DEL GAVION CON OTROS MATERIALES.
Para ubicar las cifras del inciso anterior es necesario sean comparados con las de
materiales comunes en la ingeniería estructural. Para efectos comparativos se
consideraron dos parámetro; el peso especifico y el limite de trabajo a la compresión.
Cabe aclarar que los parámetros para el sistema dados en la tabla (4.4) abajo
expuesta corresponden a gaviones rellenos con piedra caliza. En caso de usar otro
material de relleno habrá que hacer los cálculos pertinentes, tomando en cuenta las
propiedades del mismo.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
39
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Tabla 4.1 Tipo de suelo.
SUELOS
Gruesa y Seca
Fina y Húmeda
Arenas
Húmeda
Muy Húmeda
Común Mixta
Fluvial
Grava
Suelta
Arenosa
Granito
Basalto
Roca suelta
Calcárea
Yeso
Seca
Húmeda
Saturada
Arcilla
Marga arenosa
Marga
Con grava
Granito
Cuarcita
Macizo
Arenisca
rocosa
Caliza
Pórfida
Yeso
Fuente: Manual de Gaviones
PESO
Angulo de
COHESIÓN
ESPECIFICO
Fricción
(sin Unidades)
(ton/m3
(Grados)
1.44
40
0
1.60
35
0
1.84
35
0
1.92
30
0
1.76
35
0
2.24
40
0
1.84
40
0
1.82
35
0
1.80
35
0
1.76
35
0
1.28
35
0
1.00
35
0
1.76
30
0.50
1.84
40
0.50
1.92
15
0.50
1.60
6
0.50
1.76
20
0.50
2.00
18
0.50
2.61
40
0.50
2.61
35
0.50
1.95
35
0.50
3.17
40
0.50
2.58
30
0.50
1.76
30
0.50
Lemac elaborado por el Instituto de Ingeniería de la
UNAM, México.
Tabla 4.2, Tipo de arcilla.
HUMEDAD %
COHESIÓN
(kg/cm2)
SEPARACIÓN
ENTRE CONTRA
FUERTE (mt)
Arcilla muy blanda
40
21
4
Arcilla blanda
35
28
5
Arcilla semidura
33 – 30
42 – 56
6–7
Arcilla dura
27 - 25
70 - 106
8-9
TIPO DE SUELO
Fuente: Muro de retención, Gavión Lemac.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
40
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Tabla 4.3. Valores admisibles para terreno de fundación.
TENSIONES ADMISIBLES PARA TERRENO DE FUNDACIÓN
Roca viva, maciza sin laminaciones, fisuras, gneis, granito,
basalto
Rocas laminadas, con pequeñas fisuras, estratificadas: esquistos
Deposito compactos y continuos de rocas y piedras de diversos
tipos
Suelo cementado
Kg/cm2
100
35
10
8
Grava compacta o mezclas compactas de arena y grava
Grava suelta o mezclas de arena y grava. Arena gruesa
compacta
Arena gruesa suelta. Arena fina compacta
5
Arena fina suelta
1
Arcilla dura
3
Arcilla compacta
2
Arcilla medianamente compacta
1
Arcilla blanda
Arcilla muy blanda
Rellenos
Otros suelos no incluido en esta tabla
Fuente: http://www.soluciones.vdirect.com
3
2
Se exige estudios
especiales o
experiencias
locales.
Tabla 4.4. Tabla de esfuerzo.
MATERIAL
fc (kg/cm2)
γ (ton/m3)
γ (pcf)
Madera
0.64
40.00
27.30
Agua
1.00
62.40
0.00
Tierra
1.60
100.00
1.46
Gavión relleno
1.75
109.20
2.20
Piedra caliza
2.20
137.30
**
Concreto
2.41
150.00
*210.00
Acero
7.85
490.00
1547.00
* El esfuerzo a compresión del concreto es esfuerzo ultimo
** Dato no encontrado
Fuente: Gavión Maccaferri, Sinter Nicaragua.
fc (psi)
390.00
0.00
20.80
31.40
**
3000.00
22000.00
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
41
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.3.2 CALCULO DEL PESO ESPECIFICO DEL GAVION
a. datos
Volumen total (vt) = 1.00 m3
Porcentaje de huecos del conjunto (N) = 20 % = 0.20
Peso especifico de la piedra (γp) = 2.2 ton/m3
b. Calculo
Ve = Vt × N
Ve = Volumen efectivo
Ve = 1.00 × (1 − 0.20 ) = 0.80m3
Pg = Ve × γ P
Pg = 0.80 × 2.20 = 1.75ton / m3
Pg = Peso por metro cúbico de gavión.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
42
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4 ANALISIS ESTRUCTURAL Y DISEÑO
4.4.1 CRITERIOS DE CALCULO DE MUROS DE CONTENCIÓN
Para determinar el valor del empuje se utiliza la teoría de Coulomb, para lo cual
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
respecto de la norma 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 unos 6° pudiéndose alcanzar los 10°, de esta forma
disminuye el valor del coeficiente de empuje activo.
4.4.1.1 CALCULO 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 se
actúa el peso propio, la fuerza de rozamiento y eventualmente la cohesión. Esta cuña
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
43
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
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 (ver figura # 27, ver anexo Página # XXI). En el
caso de muro con escalones internos, se considera la superficie que uno los
extremos internos superior e inferior del muro (figura # 28, ver anexo Página # XXI).
Queda así determinado el ángulo β formado por el plano de empuje y la horizontal
(ver tabla 4.1, para conocer el ángulo de fricción ϕ y la cohesión c de algunos
materiales).
Debe considerarse que tanto la fricción como la cohesión se alteran cuando se
modifica la humedad del terreno. Dados que ambos parámetros influyen
sensiblemente en la determinación del empuje activo, debe considerarse mucho cual
es el valor adoptado. Suele ser conveniente despreciar la cohesión, ya que ésta se
modifica con el tiempo y tiene gran influencia sobre el valor final del empuje.
Para terraplenes compactados puede adoptarse un valor de ϕ=30°. Tras el muro se
admite una distribución uniformemente variada de presiones, con lo cual el empuje
toma una configuración triangular. El empuje activo es calculado en función del peso
del terreno y de la altura del muro, siendo su valor reducido debido al coeficiente de
empuje activo Ka.
Como se dijo, el valor del coeficiente de empuje activo depende del ángulo β ya
mencionado, de ε, que es el ángulo del talud sobre el muro con la horizontal, de ϕ
ángulo de fricción interna del terreno, de ángulo de fricción entre muro y terreno.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
44
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Estos valores favorables, se deben a la alta rugosidad de la estructura en gaviones
que aumenta sensiblemente la fricción, δ determina también el ángulo entre la
dirección del empuje y la normal a su plano de aplicación.
El valor del coeficiente de empuje activo Ka es determinado por la expresión:
Ka =
sen 2 (β + ϕ )

sen(ϕ + δ )sen(ϕ − ε ) 
sen βsen(β − δ )1 +

sen(β − δ )sen(β + ε ) 

2
2
Para facilitar el calculo, el coeficiente Ka, se encuentra tabulado en la figura 29, 30,
31, 32; (ver anexo Página # XXII - XXV) en las cuales se coincide cuatro valores β,
normalmente usado en la practica y diferente valores ϕ, ε para valores intermedios β.
El empuje activo está determinado por la expresión
Ea =
1
γ S H 2 Ka − 2cH Ka [t / m]
2
H = [h + (B − a )tgα ] cos α
En la cual:
Ka
Coeficiente de empuje activo
Ea
Empuje activo, en ton/m
γs
Peso especifico del suelo, en ton/m
H
Altura donde actúa el empuje
h
Altura del muro, ver figura # 33, 34, (ver anexo Página # XXVI) en m
b
Base del muro despreciando los escalones externos ver figura # 33, 34,
(ver anexo Página # XXVI) en m.
a
Ancho del muro en la corona, ver figura # 33, 34, (ver anexo Página #
XXVI) en m
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
45
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
α
Inclinación del muro con la vertical, ver figura # 33, 34, (ver anexo
Página # XXVI) en grados
β
Angulo formado por el plano de empuje y la horizontal, ver figura # 33,
34, (ver anexo Página # XXVI) en grados
ϕ
Angulo de fricción interna del material
δ
Angulo de fricción entre el muro y terreno, en grados; en muro de
gaviones se puede suponer δ = ϕ. Si tras el muro hay un geotextil δ =
0.9 ϕ.
ε
Angulo del talud sobre el muro con la horizontal, ver figura # 33, 34; (ver
anexo Página # XXVI) en grados.
c
Cohesión, en ton/m
Debe recordarse la consideración hecha sobre la cohesión.
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
Donde:
hs
Altura de suelo equivalente a la sobrecarga
γs
Peso especifico del suelo, en ton/m
q
Sobre carga debido a vehículos.
Luego el empuje (figura # 35) será:
Ea =
1
 2h 
γ S H 2 Ka1 + S  − 2cH Ka
2
H 

Normalmente con sobrecargas debido a vehículos, se adopta q = 1.5 a 2.0 toneladas
por m².
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
46
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
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. (figura # 33, 34, ver anexo Página # XXVI)
Con sobrecarga tendremos:
d=
H  H + 3hS 

 − Bsenα
3  H + 2hS 
En la cual d es la altura de aplicación del empuje activo, medida en forma vertical
desde la horizontal que pasa por el fulcro o punto de rotación F y B es la base del
muro.
Si no hay sobrecarga
d=
H
− Bsenα
3
Si α = 0,
d=
H
3
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
47
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4.1.2 CRITERIO 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 que
siguen para muros con escalones internos y externos (figura # 33, 34, ver anexo
Página # XXVI). Al enterrar un muro aparece un estado de empuje pasivo que es
conveniente despreciar para estar del lado de la seguridad.
4.4.1.3 VERIFICACIÓN DE LA SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO.
Se considera el plano ortogonal que pasa por la base del muro, tendremos:
n' =
Fentgϕ + Feh
≥ 1.50
Fd
Donde:
Fen
Es la fuerza estabilizante normal,
Feh
Es la fuerza estabilizante horizontal,
Fd
Fuerza desestabilizante.
n' =
[(W + Ev ) cos α + Ehsenα ]tgϕ + (W + Ev )senα + cB ≥ 1.50
Eh cos α
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
48
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
En la cual:
c = Cohesión, es conveniente despreciarla.
B = Ancho de la base del muro
α = Inclinación del muro
n’ = Factor de seguridad al deslizamiento
W = Peso propio de la estructura. Depende de la sección del muro y del peso
específico del relleno. En el gavión se considera un porcentaje de vacíos (n)
alrededor de 0.3 es decir 30% con lo cual tendremos γg según la expresión:
γ g = γ P (1 − n )
Donde γp peso especifico del gavión, se obtiene en función del tipo de roca. Se
puede obtener de manera grafica de la tabla 4.5 y figura # 36, (ver anexo Página #
XXVII).
W =γg ×A
Donde A = área de la sección transversal de la estructura.
Tabla 4.5, Gravedad especifica
TIPO DE ROCA
PESO ESPEFICICO
Basalto
t/m3
Granito
t/m3
Caliza compacta
t/m3
Traquita
t/m3
Guijarro de río
t/m3
Arenisca
t/m3
Caliza tierna
t/m3
Toba
t/m3
Fuente: Estructura flexible en gaviones en las obras de contención
2.90
2.60
2.60
2.50
2.30
2.30
2.20
1.70
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
49
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Ev = Easen (90 + δ − β ) Componente vertical del empuje activo.
Eh = Ea cos(90 + δ − β ) Componente horizontal del empuje activo.
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.
En pruebas realizadas por la Maccaferri y otras hechas por ICE (Instituto
Costarricenses de Electricidad) se han obtenido que para terrenos cohesivos valores
de rozamiento altos de 0.7 a 0.75, en este valor interviene la cohesión, sin la cual el
coeficiente será menor. En las mismas mediciones se comprobó que el coeficiente
de rozamiento entre un gavión y una superficie de hormigón es f = 0.64.5
Por seguridad se adopta siempre el mismo valor f = tg ϕ independiente de la
cohesión, admitiéndose que el deslizamiento se produce entre terreno y terreno.
4.4.1.4 VERIFICACION 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; tendremos:
Mv = Eh × d Momento volcador.
Mr = Ws'+ Evs Momento resistente.
En las cuales d es la distancia entre el fulcro y el punto de aplicación del empuje
activo medido sobre la vertical. (Figura # 35, ver anexo Página # XXVII).
5
Manual de gaviones, Sinter, Gaviones Maccaferri.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
50
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
s = B cos α −
H  H + 3hs  1
Distancia entre el fulcro y el punto de aplicación del


3  H + 2hs  tgβ
empuje medido sobre la horizontal
s ' = X g cos α + Yg senα Distancia entre el fulcro y el centro de gravedad de la sección
transversal de la estructura.
En la cual Xg y Yg son las coordenadas del centro de gravedad del muro referida a
un sistema de ejes cartesianos cuyo origen coincide con el punto F. (Ver figura 33,
34, ver anexo Página # XXVI).
El coeficiente del vuelco será:
n" =
Mr
≥ 1.50
MV
Donde n” = Coeficiente de seguridad contra el volcamiento.
4.4.1.5 VERIFICACION DE LAS TENSIONES TRANSMITIDA AL
TERRENO.
Podemos suponer que exista una distribución lineal de tensiones sobre el terreno,
cuando la resultante cae dentro del núcleo central las tensiones resulta:
2
B
σ 1  N  6e 

2
 = 1 ±  para el caso de  e <  t/m
6
σ2  B 
B


N = (W + Ev) cos α+ Eh sen α,
e=
B  M r − MV 
−

2 
N

Donde:
σ1
Presión máxima en el suelo de fundación.
σ2
Presión mínima en el suelo de fundación
N
Es la resultante de las fuerzas normales a la base del muro.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
51
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
B
Base del muro.
e
Es la excentricidad de la resultante.
W
Peso del muro depende de la sección del muro.
Ev
Componente vertical del empuje activo.
Eh
Componente horizontal del empuje activo.
α
Inclinación del muro.
Mr
Momento resistente
Mv
Momento volcador.
El valor de la tensión resultante debe mantenerse por debajo de la tensión admisible
del terreno. Este valor puede calcularse aplicando las expresiones de Terzaghi,
Hansen, Meyerhoff, etc. También pueden usarse tablas que dan la resistencia en
función del tipo de suelo (tabla 4.3) y para arenas y arcillas en función de SPT.(tabla
4.6).
Tabla 4.6, Tabla de compactación para arena y arcilla.
ARENA
Resistencia a la penetración N
(golpes/30 cm) SPT
0–4
4 – 10
10 – 30
30 – 50
50
Compacidad
Muy suelta
Suelta
Media
Compacta
Muy compacta
ARCILLA
Tensión admisible (kg/cm2 fund.
Dir.) Zapatas 3x3 mt
0.80
0.80 – 3.0
3.0 – 5.0
5.0
Resistencia a la penetración N
Tensión admisible (kg/cm2 fund.
Consistencia
(golpes/30 cm) SPT
Dir.) Zapatas cuadradas
2
Muy blanda
0 – 0.45
2–4
Blanda
0.45 – 0.90
4–8
Media
0.90 – 1.80
8 – 15
Compacta
1.80 – 3.60
15 – 30
Muy compacta
3.60 – 7.20
30
Dura
7.20
Fuente: Estructura flexible en gaviones en las obras de contención
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
52
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Debido a la alta flexibilidad de los gaviones es posible admitir que la resultante caiga
fuera del núcleo central de inercia, sin llegar a valores elevados en la tensión de
tracción, ya que se reduce la sección de trabajo de la base. (ver figura # 37, ver
anexo Página # XXVIII).
La excentricidad real será:
e' =
B
B

− e , para el caso  e > 
6
2

σ1 =
(
2N
t / m2
3e'
)
 B − 3e' 
2
t/m
 3e' 
σ 2 = σ 1
[
]
Se considera conveniente que σ2 ≤ 2 t/m2 en tracción y σ1 no deba sobrepasar la
tensión admisible del terreno.
4.4.1.6 VERIFICACION DE SECCIONES INTERMEDIA
Es necesario verificar las secciones intermedias del muro en las cuales tenemos un
momento actuante M = Mr - Mv, tensión de corte T y esfuerzo normal N. Dadas las
características de resistencia a la tracción de los gaviones, la tensión máxima
actuante cuando hay una excentricidad.
e=
B M
−
, vale
2 N
En la cual :
σ MAX . =
N
0 .8 x
B

 − e
2

x=
0.4
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
53
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Este valor representa la parte de la sección que está trabajando a la compresión. Los
valores de M, N y T deben ser estudiados como se indicó al tratar la verificación del
muro completo.
T = Eh × cos α − (W + Ev ) × senα
El valor de σmáx. no debe superar al esfuerzo admisible:
[ ]
σ adm = 50γ g − 30 t / m2
La tensión tangencial vale:
τ=
[
]
T
t / m2 ,
B
y deberá ser menor al tensión admisible de:
τ adm =
[
N
tgϕ * + C g t / m 2
B
]
En la cual:
ϕ* = 25 γg- 10, con γg expresado en t/m³ y Cg = (0.03 Pu - 0.05) 10 [t/m²],
Pu el peso de la red metálica en kg/m³. Para gaviones standard de h = 1 m vale 8.6
kg/m³ y para gaviones de h = 0.5 m es 12 kg/m³. Esto confirma la conveniencia de
colocar gaviones de h = 0.5 m en el tercio inferior de los muros de gran altura.
Debido a la resistencia de la malla las secciones intermedias casi siempre dan
valores favorables, con respecto a la sección completa.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
54
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4.1.7 SEGURIDAD A LA ROTURA GLOBAL
En la estructura puede ocurrir la falla del relleno a lo largo de un superficie de rotura
que contornea la estructura de contención sin tocarla. Este tipo de rotura ocurre
principalmente cuando hay camadas o zonas de suelos menos resistentes debajo de
la fundación del muro de contención.
Esta forma de deslizamiento es similar a la que ocurre en taludes y, por lo tanto los
métodos utilizados en el análisis de estabilidad de taludes pueden también en este
caso ser utilizados.
Los métodos de análisis de estabilidad de taludes mas empleados son los que
analizan la parte del relleno sujeta al deslizamiento como bloques rígidos y los
métodos que los analizan como un bloque único dividido en fajas, también llamadas
franjas.
Los métodos del primer tipo generalmente utilizan superficies de rotura planas (figura
# 38, ver anexo Página # XXVIII) como método de las cuñas, mientras que aquellos
del segundo tipo utilizan generalmente superficies de rotura cilíndricas como el
método de Fellenius y el método de Bishop.
El método de las cuñas considera que la superficie de rotura esta formada por una
de planos que delimitan cuñas rígidas.
El equilibrio de esas cuñas requiere que una parte de la resistencia sea movilizada a
lo largo de esos planos. La relación entre la resistencia disponible a lo largo de la
superficie de rotura y la resistencia movilizada es el coeficiente de seguridad contra
la rotura del relleno.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
55
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
La superficie mas critica esta entonces determinada por un proceso iterativo que
busca identificar aquella de menor valor del coeficiente de seguridad.
Se puede notar que el análisis descrito arriba es bastante similar al realizado en la
verificación contra el deslizamiento de la estructura a lo largo de la base (ítem
4.4.1.3). allí también los planos de rotura forman tres “cuñas” rígidas: la cuña activa,
la estructura de contención y la cuña pasiva (figura # 39, ver anexo Página # XXIX).
La principal diferencia es que en el equilibrio de la cuña activa se considera la
movilización total de la resistencia al corte a lo largo de las superficies AB y AC. Esto
significa considerar un valor de coeficiente de seguridad unitario para el
deslizamiento a lo largo de esas superficies. Así, el coeficiente de seguridad al
deslizamiento Fd esta en verdad limitado a las superficies de la base del muro y de la
cuña pasiva. Como fue movilizada toda la resistencia disponible a lo largo de las
superficies de la cuña activa, la resistencia necesaria para el equilibrio del conjunto a
lo largo de las superficies donde Fd fue calculado es menor, lo que resulta en un valor
numéricamente superior para este, en relación al coeficiente de seguridad contra la
rotura global.
Esta superioridad no significa, sin embargo, una mayor seguridad, pues apenas el
resultado de la forma de calculo. Así los valores mínimos exigidos para un análisis
contra la ruptura global deben también ser menores que los exigidos contra el
deslizamiento a lo largo de la base.
En cuanto a los métodos que emplean superficies cilíndricas, su forma de
determinación del coeficiente de seguridad es equivalente al del método de las
cuñas, ya que también consideran la movilización parcial de la resistencia a lo largo
de toda la superficie de rotura. Están, de esta forma, sujetos a la misma observación
hecha arriba. La gran ventaja de los métodos que subdividen el material
potencialmente inestable en fajas, es la posibilidad de considerar un gran numero de
situaciones diferentes tales como camadas de suelos diferentes, presiones neutras,
nivel freático, sobrecargas, etc. A parte de eso, la consideración de superficies
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
56
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
cilíndricas es mas realista por aproximarse mejor a las roturas observadas. Por eso,
son ampliamente empleados en el análisis de estabilidad, tanto de taludes como de
muros de contención. Entre esos métodos, el mas utilizado es el método de Bishop.
(figura # 40, ver anexo Página # XXIX).
4.4.1.8 METODO BISHOP.
Para el análisis de la estabilidad global del conjunto suelo-muro de contención es
utilizado el método de Bishop que adopta superficies de rotura cilíndricas. De esta
forma, son verificados posibles arcos de rotura que atraviesan el terraplén y la
fundación, contorneando el muro de contención. La parte del relleno delimitada por
cada uno de esos arcos esta dividida en fajas o franjas (figura # 40, ver anexo
Página # XXIX) y se calcula el coeficiente de seguridad contra la rotura a lo largo de
esa superficie.
Primeramente se admite una superficie de rotura cilíndrica arbitraria y el material
delimitado por esta superficie es dividido en fajas. Las fuerzas que actúan sobre cada
una de esas fajas son mostradas en la figura # 41, (ver anexo Página # XXX) ellas
son:
Realizando el equilibrio de fuerzas en la dirección vertical se obtiene:
N × cos α = P − T × senα − (V1 − V2 )
La fuerza tangencial T esta dada por:
c×b
+ N × tgϕ
c × bo + N × tgϕ cos α
T=
=
Fs
Fs
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
57
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Donde:
Fs: es el coeficiente de seguridad (admitido igual para todas las fajas) contra la
rotura. Se puede admitir que V1 - V2 = 0 con perdida de precisión en el resultado.
c: Centro del arco de cada faja
b: Ancho de cada faja.
P: Peso de la faja
De esta forma,
La fuerza normal N esta dada por:
N=
P
c × b × senα + N × tgϕ × tgα
−
cos α
Fs
Realizando el equilibrio global de momentos en relación al centro del arco de rotura,
y recordando que la sumatoria de los momentos de las fuerzas laterales entre las
fajas es nula se obtiene:
n
n
i =1
i =1
∑ ( R × Ti ) = ∑ ( R × Pi × senαi )
c×b
+ N × tgϕ
n
O: R × ∑ cos α
= R × ∑ ( P × senα )
FS
i =1
i =1
n
Entonces:
 c×b
Fs

∑  cos α + N × tgϕ 
=
∑ ( P × senα )
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
58
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Luego:


c × b + P × tgϕ
∑ 
senα × tgϕ
 cos α +
Fs
Fs = 
∑ ( P × senα )






En caso que el nivel del agua pase al interior de la faja, el peso de esta es calculado
utilizando el peso especifico saturado para la parte de abajo del nivel de agua y
también se determina la presión neutra µ que actúa en la superficie de rotura.
En los casos en que este previsto el efecto sísmico, son calculadas las fuerzas de
inercia H y V de la faja, además de la distancia vertical L entre el centro de gravedad
de la faja y el centro del arco. Para las fajas que se encuentran sobre cargas
distribuidas o líneas de carga, estas también son incluidas en el análisis en forma de
una fuerza resultante Q aplicada sobre la faja.
El coeficiente de seguridad, se determina entonces por la expresión:
c × b + ( P + Q − V − µb) × tgϕ
tgϕ × senϕ
cos α +
Fs
Fs =
 
 U×y
H × L
∑  P + Q − V − R  × senα  + R

 

∑
Donde: U es el valor de la fuerza horizontal aplicada por agua sobre la estructura
cuando esta parcialmente sumergida e y es la distancia vertical entre el punto de
aplicación de esa fuerza al centro del arco (figura # 42, ver anexo Página # XXXI).
Como el coeficiente de seguridad Fs aparece en ambos lados de la expresión, su
determinación es iterativa.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
59
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Se deben buscar varias superficies de rotura hasta encontrar la mas critica (menor
valor de Fs) como para la identificación de una superficie de rotura son necesarios
tres parámetros (posición horizontal y vertical del centro O además del valor del radio
R), esta búsqueda es bastante trabajosa y existen varios algoritmos de búsqueda
que pueden ser empleados. Uno de lo mas eficientes utiliza una versión modificada
del método Simplex que es normalmente empleado en la búsqueda operacional.
4.4.1.9 DETERMINACION DEL CIRCULO CRITICO (METODO
SIMPLEX)
En búsqueda del arco de rotura que tiene el menor coeficiente de seguridad, es
utilizado un proceso de optimización basado en el método Simplex de búsqueda
operacional.
El proceso parte de un circulo inicial que puede ser dado por el usuario como, en la
falta de este ser adoptado por el programa (Gawac win 1.0). Los distintos círculos
son estudiados variándose la distancia L1 del punto de entrada del circulo en la
fundación a la izquierda del muro hasta el punto inicial de la superficie superior de la
fundación; la distancia vertical L2 entre el circulo y el canto inferior derecho de la base
y la distancia horizontal L3 entre el punto de salida del circulo a la derecha del muro y
la cresta de este (figura # 43, ver anexo Página # XXXI).
El conjunto C = (L1, L2, L3) si constituye entonces en las coordenadas que identifican
cada circulo que será estudiado. A partir de las coordenadas del primer circulo C1,
son determinados otros tres círculos C2, C3, C4.
C1 = (L11, L21, L31 )
C2 = (L12 = L11 + p • l , L22 = L21 + q • l , L32 = L31 + q • l )
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
60
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
C3 = (L13 = L11 + q • l , L23 = L21 + p • l , L33 = L31 + q • l )
C4 = (L14 = L11 + q • l , L24 = L21 + q • l , L34 = L31 + p • l )
Donde: p = 0.943; q = 0.236; l = 5h; y h es la altura de la base del muro de
contención.
Estos cuatros círculos forman un conjunto llamado Simplex que será utilizado para la
búsqueda del circulo de critico. Son determinados los coeficientes de seguridad para
los cuatros círculos del Simplex y es tomado aquel que presenta el mayor valor. La
posición de este circulo es entonces alterada a:
(
(
C * j = L *ij = Lij + ρ • Li − Lij
))
Donde: Li es la medida de las coordenadas i de los tres círculos restantes y ρ = 2.
En caso que esta operación resulte en un circulo no admisible, sea por cruzar la
estructura de contención, o por ultrapasar la profundidad máxima especificada por el
usuario, la constante ρ es reducida a 1.50. después de calculado el coeficiente de
seguridad de este nuevo circulo, el proceso se repite hasta que uno de los círculos
del Simplex permanezca fijo por 8 iteraciones, cuando los otros tres círculos del
Simplex son alterados para:
(
)
1


C * j =  L *ij = • Lik + Lij 
2


Donde: C*j es el circulo estacionario. El proceso continua hasta que
(
)
1 4
2
∑ FS j − F S < 10−4
3 j =1
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
61
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Donde FSj son los coeficientes de seguridad de los cuatros círculos del Simplex y
FS es la media de estos valores.
4.4.1.10 RECOMENDACIONES DE DISEÑO
⇒
ESCALONES INTERNO – ESCALONES EXTERNO. El muro puede ser liso o
escalonado (ver fig. # 33, 34, ver anexo Página
# XXVI). la selección de
cualquiera de estas dos formas depende del criterio del proyectista y de la
practica se ha encontrado que el escalonado es mas fácil de construir cuando la
altura del muro sea mayor de 3mt.
Para muros de gran altura se pueden tener escalones ambos lados en la parte
inferior de ellos (fig. # 44, ver anexo Página # XXXII). Los muros con paramentos
vertical externo, en ocasiones, son preferidos por motivo funcionales o estéticos,
sin embargo desde el punto de vista estético en general puede decirse que son
mas adecuado con escalones externo y se recomienda su uso cuando ellos
tengan una gran altura grande y se debe dar una inclinación α = 6º contra el
relleno (ver figura # 33, ver anexo Página # XXVI).
⇒
SUELO DE FUNDACIÓN. Si el muro esta colocado sobre un suelo cohesivo
como es, por ejemplo, la arcilla, la resistencia al deslizamiento se calcula en base
a la cohesión de la arcilla, si se tiene una arcilla mas dura se recomienda construir
una zanja angosta en el sitio donde se va a desplantar el muro y llenar hasta una
altura de 15 cm con grava limpia que tenga aproximadamente 7 cm de diámetro
bien compactada.
⇒
CONTRAFUERTE. Para los muros de gaviones que van a sostener taludes
formado con arcilla se necesita construir un sistema de contrafuerte formado con
gaviones la separación entre contrafuertes es función del tipo del suelo humedad
y cohesión y se puede conocer con la ayuda de la tabla 4.2.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
62
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
El inicio de los contrafuertes va desde la cara exterior del muro hasta un punto
que esta localizado al menos 2 mt dentro de la línea de falla del talud.
Los contrafuerte ayudan a disminuir el empuje hidrostático al estar drenando al
material. En el diseño de un muro de contención hasta una altura que no
sobrepase los 6 mt, el calculo de empuje de tierra no debe de hacerse muy
precisa y mas bien se recomienda que ello se haga con el método semi empírico.6
En la tabla 4.3 de suelos se muestran los valores de capacidad de carga para
diferentes tipos de suelos si la presión calculada es mayor que la capacidad de
carga se tiene que ampliar el área de la base.
⇒
EJECUCIÓN. El nivel de fundación es recomendable anclar la estructura un
mínimo de 0.30 mt, para promover la retirada de la capa superficial de suelo
orgánico no recomendable para la fundación. (figura # 45, ver anexo Página #
XXXII).
Preparación de la fundación, normalmente una nivelación del suelo en la cota de
apoyo es suficiente. Cuando uno quiere mejorar la capacidad de apoyo del suelo
de fundación, una camada de piedra puede ser utilizada. (fig. # 46, ver anexo
Página # XXXIII).
Debido a la mayor resistencia que ofrecen los gaviones de h = 0.50mt, es mas
aconsejable su utilización en la camadas inferiores de los muros con altura
superiores a 6 mt y en apoyo de puente sujetos a grandes esfuerzos de
contención.
⇒
EMPLEO DE GEOTEXTIL. En obras realizadas en presencia de suelo fino
cuando puede haber escape de material se debe tomar particular atención en
ejecutar el relleno con un material seleccionado para formar un filtro o proveerse
6
Recomendaciones de diseño Gaviones Lemac; www.lemac.com.mx
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
63
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
un filtro natural con una camada de 0.50 mt de espesor con una mezcla de
pedrisco y arena.
No es aconsejable, en el caso de muro de contención, al contrario de obras
marítimas e hidráulicas el empleo de geotextil debido a la casi siempre inevitable
colmatacion del filtro que aumentaría mucho el empuje contra la estructura. Se
recomienda la colocación del filtro geotextil a lo largo de la base del muro para
terreno de baja capacidad soporte o sujeta a la saturación del agua (fig. # 47, ver
anexo Página # XXXIII).
⇒
RELLENO POSTERIOR. Se recomienda que el relleno posterior del muro sea
ejecutado con material de buena calidad. Si fuera utilizado un material cohesivo el
mismo debe ser compactado en camada de 20 cm, dicho procedimiento mejora la
característica del terreno y minimiza el valor del empuje activo de esta forma han
sido ejecutados diversos muros sin colocarse filtro demostrando un resultado
satisfactorio. En este caso si se inicia alguna fuga del suelo, este se deposita
entre el material de relleno de los gaviones disminuyendo el índice de vacío y en
poco tiempo alcanza la estabilización natural del sistema.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
64
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4.1.11 DISEÑO DE MURO DE CONTENCION.
Diseño de muro de contención en tramo de carretera en el estacionamiento 25+050
al 25+120 banda derecha, en el proyecto de Desdoblamiento de la carretera
Managua – Masaya – Granada. Los datos de laboratorio son los siguientes: Peso
especifico de la piedra de relleno γP, característica del relleno a contener, γS = 1.60
ton/m3, ϕ = 35º, C = 0 ton/m2. El suelo de fundación tiene las siguientes
características : ϕ = 35º, peso especifico γS = 1.60 ton/m3 , con una capacidad
soporte del suelo (el tipo de terreno es arcilla compacta) de 2 kg/cm2. El muro tiene
una inclinación contra el terreno de 6º, el talud sobre el muro es horizontal y sobre el
mismo actúa una sobre carga debido a los vehículos de q = 2 ton/m2, porcentaje de
vacío del gavión 30%.
SOLUCION:
1. Determinación de H, del muro. De la sección transversal 25+080 (ver figura # 4.1).
H = 0.30 + h (terraplén)
H = 0.30 + 3.70
H = 4.00 mt. (Es la altura del muro)
2. Determinación de la base B.
B = 0.6H
B = 0.6 x 4.00
B = 2.40 mt ≅ 2.50 mt.
La sección es la siguiente ( ver figura # 4.1):
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
65
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Figura # 4.1. Sección del muro.
3. Calculo del empuje.
β = arctg
h
+α
B−a
β = arctg
4
+ 6º
2 .5 − 1 .0
β = 75.44º
Conocidos β = 75.44 º, ϕ = 35º, ε = 0; usamos el ábaco de la figura # 31 y Ka = 0.38.
Usando formula:
Ka =
sen 2 (β + ϕ )

sen(ϕ + δ )sen(ϕ − ε ) 
sen 2 βsen(β − δ )1 +

sen(β − δ )sen(β + ε ) 

2
δ = ϕ Para los gaviones.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
66
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Ka =
sen 2 (75.44 + 35)

sen(35 + 35)sen(35 − 0 ) 
sen 75.44 sen(75.44 − 35)1 +

sen(75.44 − 35)sen(75.44 + 0 ) 

2
2
Ka = 0.389
Ea =
1
 2h 
γ S H 2 Ka1 + S  − 2cH Ka
2
H 

Donde:
H = [h + (B − a )tgα ] cos α
H = [4.0 + (2.5 − 1.0 )tg 6º ]cos 6º
H = 4.134 mt.
2.0t / m 2
1.6t / m 3
hS =
hS = 1.25 mt.
∴
Ea =
1
 2 × 1.25 
× 1.6 × 4.134 2 × 0.3891 +
−0
2
4.134 

Ea = 8.535 t/m
d=
H  H + 3hS 

 − Bsenα
3  H + 2hS 
d=
4.134  4.134 + 3 × 1.25 

 − 2.5 × sen6º
3  4.134 + 2 × 1.25 
d = 1.376 mt.
γ g = γ P (1 − n )
γ g = 2.7 × (1 − 0.3)
γ g = 1.89 t/m3
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
67
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
W = γ g × A (el área lo obtenemos de la sección, figura # 4.1)
W = 1.89 × 7
W = 13.23 t/m
4. Verificación de la seguridad al deslizamiento.
La fuerzas aplicadas son:
W = 13.23 t/m
Ev = Easen(90 + δ − β )
Eh = Ea cos(90 + δ − β )
Ev = 8.535 × sen(90º +35º −75.44º )
Eh = 8.535 × cos(90º +35º −75.44º )
Ev = 6.50 t/m
Eh = 5.536 t/m
n' =
[(W + Ev ) cos α + Ehsenα ]tgϕ + (W + Ev )senα + cB ≥ 1.50
n' =
[(13.23 + 6.5) × cos 6º +5.536 × sen6º ]tg 35º +(13.23 + 6.5) × sen6º +0 ≥ 1.50
Eh cos α
5.536 × cos 6º
n' = 2.944 ≥ 1.50 OK
5. Verificación de la seguridad al vuelco.
Momento volcador.
Mv = Eh × d
Mv = 5.536 × 1.376
Mv = 7.62 t•m/m
Momento Resistente.
Mr = Ws'+ Evs
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
68
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
s = B cos α −
H  H + 3hs  1


3  H + 2hs  tgβ
s = 2.5 × cos 6º −
4.134  4.134 + 3 × 1.25 
1


3  4.134 + 2 × 1.25  tg 75.44º
s = 2.061 m
s ' = X g cos α + Yg senα
Xg = 0.93 m, Yg = 1.71 m
s ' = 0.93 × cos 6º +1.71 × sen 6º
s '= 1.10 m.
Por lo tanto:
Mr = 13.23 × 1.10 + 6.50 × 2.061
Mr = 27.95 t•m/m
n" =
Mr
≥ 1.50
MV
n" =
27.95
≥ 1.50
7.62
n" = 3.67 ≥ 1.50 OK
6. Verificación de las tensiones.
e=
B  M r − MV 
−

2 
N

B 2.50
=
= 0.417
2
2
2
B
σ 1  N  6e 

2
 = 1 ±  para el caso de  e <  t/m
6
σ2  B 
B

N = (13.23 + 6.50) cos 6º+ 5.536 sen 6º
N = 20.20 t/m
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
69
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
e=
2.5  27.95 − 7.62 
−

2 
20.20 
e = 0.24 < 0.417
Por lo tanto la resultante cae dentro del núcleo central y las tensiones valen:
σ1 =
N  6e 
1 + 
B
B
σ1 =
20.20  6 × 0.24 
2
2
2
1 +
 = 12.73 t/m , 1.27 kg/cm < 2 kg/cm
2.5 
2.5 
σ2 =
N  6e 
1 − 
B
B
σ2 =
20.20  6 × 0.24 
2
2
2
1 −
 = 3.42 t/m , 0.34 kg/cm < 2 kg/cm
2.5 
2.5 
7. Verificación de la sección intermedia
β = arctg
3
+ 6º
2 .0 − 1 .0
β = 77.56º , ϕ = 35º, ε = 0
Ka =
sen 2 (77.56 + 35)

sen(35 + 35)sen(35 − 0) 
sen 77.56 sen(77.56 − 35)1 +

sen(77.56 − 35)sen(77.56 + 0) 

2
2
Ka = 0.365
H = [3.0 + (2.0 − 1.0 )tg 6º ]cos 6º
H = 3.08 m.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
70
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Ea =
1
 2 × 1.25 
× 1.6 × 3.082 × 0.3651 +
−0
2
3.08 

Ea = 5.018 t/m
d=
3.08  3.08 + 3 × 1.25 

 − 2.0 × sen6º
3  3.08 + 2 × 1.25 
d = 1.048 m.
γ g = 1.89 t/m3
W = γ g × A (el área lo obtenemos de la sección, figura # 4.1)
W = 1.89 × 4.5
W = 8.505 t/m
Ev = 5.018 × sen(90º +35º −77.56º )
Eh = 5.018 × cos(90º +35º −77.56º )
Ev = 3.696 t/m
Eh = 3.394 t/m
N = (8.505 + 3.696) cos 6º+ 3.39 sen 6º
N = 12.535 t/m
T = Eh × cos α − (W + Ev ) × senα
T = 3.394 × cos 6º −(8.505 + 3.696 ) × sen6º
T = 2.10 t/m
s = 2.0 × cos 6º −
3.08  3.08 + 3 × 1.25 
1


3  3.08 + 2 × 1.25  tg 77.56º
s = 1.712 m.
Xg = 0.78 m,
Yg = 1.33 m.
s ' = 0.78 × cos 6º +1.33 × sen 6º
s '= 0.915 m.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
71
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Mr = 8.505 × 0.915 + 3.696 × 1.712
Mr = 14.11 t•m/m
Mv = 3.394 × 1.048
Mv = 3.557 t•m/m
n" =
14.11
≥ 1.50
3.557
n" = 3.96 ≥ 1.50 OK
M = Mr − Mv
M = 14.11 − 3.557
M = 10.553 t•m/m
Calculo de esfuerzo.
e=
B M
−
2 N
e=
2 10.553
−
2 12.535
e = 0.158
B

 − e
2
 =
x=
0.4
σ MAX . =
2

 − 0.158 
2
 = 2.105 m.
0.4
N
12.535
=
0.8 x .8 × 2.105
σ MAX . = 7.443 t/m2
σ adm = 50γ g − 30
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
72
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
σ adm = 50 × 1.89 − 30
σ adm = 64.50 t/m2
σ MAX < σ adm OK
Calculo de la tensión tangencial.
τ =
T 2.10
=
= 1.05 t/m2
B
2 .0
τ adm =
N
tgϕ * + C g
B
ϕ* = 25 γg- 10
ϕ* = 25 x 1.89 – 10
ϕ* = 37.25º
Cg = (0.03 Pu - 0.05) x 10
Para gaviones h = 1.00 m = Pu = 8.6 kg/m3, malla 8x10, φ = 2.70mm
Cg = (0.03x8.6 - 0.05) x 10
Cg = 2.08 t/m2
τ adm =
12.535
tg 37.25º +2.08
2
τ adm = 6.85 t/m2
τ < τ adm OK.
1.05 < 6.85 OK.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
73
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4.2 CRITERIO DE DISEÑO PARA CORTINA EN CAUCE
En este articulo, se revisan una serie de criterios que deben de ser tomados muy en
cuenta, para efectuar el dimensionamiento de ciertos parámetros que forma la
estructura.
En el presente estudio se ha considerado el dimensionamiento, como el concepto
que engloba el estudio y criterios necesarios, para definir alturas, empotres,
cimentación, vertedores y cualquier otro parámetro necesario en el diseño de las
obras con gaviones.
A continuación se describirán los criterios mas importantes para definir los
parámetros antes mencionados.
4.4.2.1 EMPOTRAMIENTO.
Toda estructura cuya finalidad se basa en retener agua, esta sujeta a erosiones o
flanqueos que ocasionan efectos negativos, para el objetivo perseguido con el
diseño.
Muchas de las estructuras transversales a la corriente se diseñan para atrapar
sólidos, embalse, o quebrar picos de avenidas, etc. Es por esto que el empotre
lateral de ellas, conviene en algunos casos dejarlos sobre dimensionado;
especialmente cuando el valor del ángulo natural de reposo del suelo, no es obtenido
mediante una prueba de laboratorio, o el suelo es fácilmente erosionable.
Para conseguir un buen dimensionamiento del empotre lateral es necesario haber
determinado el ángulo natural de reposo del suelo, del cual parte el acotamiento en
la forma siguiente:
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
74
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
En la sección transversal del cauce se traza una línea horizontal que la llamaremos
de rasante A – A ver figura # 48, la cual pasara rasante con el fondo del cauce.
Luego se procede a graficar el ángulo natural de reposo del suelo, a favor de las
manecillas del reloj, en el caso del empotre lateral izquierdo y en contra de las
manecillas en el empotre lateral derecho. Cuando se grafique este ángulo, la línea
que proyecta este (línea de reposo) deberá pasar separada como mínimo cincuenta
centímetro del borde del talud, ver figura # 48. Una vez efectuado los procedimientos
anteriores, se lleva a cabo el dimensionamiento del empotre teniendo como norma
que la distancia mínima del empotre deberá ser mayor o igual que un metro, la cual
se medirá con una perpendicular trazada entre la línea de reposo y los vértices de los
gaviones mas próximo a dicha línea.7 (ver figura # 48, ver anexo Página # XXXIV).
Los empotres en estas estructuras se diseñan siempre ascendentes como se
muestra en la figura # 48 por lo tanto es recomendable que la excavación para
cimentarlos se efectúe de la misma forma, ya que de otra manera el agua tiende a
flanquearlo peligrosamente.
4.4.2.2 CIMENTACION.
La cimentación en este tipo de estructura, debe llevarse a cabo preferiblemente, a
través de un colchón metálico, formado de la misma malla y de un espesor de
cincuenta centímetros.
En general la profundidad del desplante esta en relación con las características del
suelo donde se piensa fundarse y la importancia de la obra. Cuando la obra que se
proyecta funcione como cortina atrapadora de sólidos y estabilizadora de pendientes
en cauces naturales o de ríos, el desplante es poco profundo y puede variar sin
afectar la estructura en un rango de 1.00 y 1.50 metros de profundidad.
7
Notas sobre la estructura con Gaviones, Agostini Rafael.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
75
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Las obras construidas con gaviones poseen la ventaja de ser estructuras muy
flexibles, permitiendo esto acomodarse a los diversos asentamientos que el suelo
ofrezca, pero a pesar de esta ventaja es necesario en obras de embalses o de cierta
importancia, cimentarse en estratos en los cuales la cimentación no sufra
hundimientos o expansiones que pongan en peligro la función de la estructura o que
sean mayores que aquellos considerados como tolerables en el proyecto.
Deberá analizarse también el aspecto de la capacidad de carga admisible del suelo
la cual deberá ser menor que la de falla y deberá estar lo suficientemente alejada de
esta como para dar los márgenes de seguridad necesarios para cubrir todas las
incertidumbres referentes a las propiedades de los suelos y magnitudes de las
cargas actuantes.
Otro aspecto de mucha importancia que debe considerarse y que generalmente se
presenta en las obras transversales a las corrientes es el efecto de tubificación o
socavación del fondo de un muro transversal es relativamente nuevo, este no ha
azolvado lo suficiente como para reducir la presión ejercida por el agua, en el pie
aguas arriba de el; por lo tanto esta presión, crea en la masa de suelo lugares en que
se concentra el flujo de agua y en los que la velocidad de filtración es mayor,
produciendo esto una serie de tubos o canales debajo del cimiento, por los que el
agua circula a presión; con lo cual el arrastre y la socavación se acentuaran; de
manera que el fenómeno de la tubificación comienza a crecer aceleradamente,
aumentando siempre el diámetro de los canales formados. Este fenómeno tiende a
producir un desequilibrio en la estructura pudiendo perfectamente volcarla, una vez
que cedan los empotres laterales.
El efecto de tubificación se presenta especialmente en los suelos que tienen un
índice de plasticidad menor del seis por ciento, en la tabla 4.7 se puede observar un
resumen de la experiencia actual recopilada sobre la susceptibilidad de los suelos a
la tubificación, en orden descendente de resistencia al fenómeno.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
76
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Como medida correctiva a este fenómeno, pueden utilizarse dentellones y delantales
aguas arriba y abajo en las obras de mucha importancia. En obras menores, lo usual
es efectuar un relleno en contra pendiente, al pie aguas arriba del muro, y que posea
una pendiente de cuatro en el horizontal a uno en el vertical. Esta contra pendiente
funciona también como un dispositivo para disminuir la velocidad de llegada del agua
al muro y evitar así impacto peligrosos.
Tabla 4.7 Valores de Tubificación.
Gran resistencia a la
tubificación
1. Arcillas muy plástica (Ip > 15%) bien compactada
2. Arcillas muy plástica (Ip > 15%) con
compactación deficiente.
Resistencia media a la
tubificación
3. Arenas bien graduadas o mezclas de arena y
grava, con contenido de arcilla de plasticidad
media (Ip > 6%), bien compactada.
4. Arenas bien graduadas o mezclas de arena y
grava, con contenido de arcilla de plasticidad
media (Ip > 6%), deficientemente compactadas.
5. Mezclas no plásticas bien graduadas y
deficientemente compactadas, de grava, arena y
limo (Ip < 6%).
Baja resistencia a la
tubificación
6. Mezclas no plásticas bien graduadas y
deficientemente compactadas, de grava, arena y
limo (Ip < 6%).
7. Arenas limpias, finas, uniformes (Ip < 6%), bien
compactadas.
8. Arenas limpias, finas, uniformes (Ip < 6%),
deficientemente compactadas.
Esta tabla fue obtenida del Tomo II Mecánica de Suelos, Juárez Badillo, Rico
Rodríguez.
Este relleno puede efectuarse preferiblemente de un material arcilloso y compactarse
debidamente, para evitar que la corriente también el sea lavado.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
77
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4.2.3 ALTURA.
La determinación de la altura en obras compuestas por gaviones metálicos y en
especial aquellas transversales a corrientes; es un aspecto en el que se deben
conjugar dos factores importantes, como son el costo y el riesgo.
En los factores costo y riesgo, radica básicamente en la determinación de la altura; a
menos que exista previamente una altura condicionada.
Cuando se dice que el costo y el riesgo determinan la altura; nos apoyamos en el
hecho que, a medida que una estructura es mas alta; su costo aumenta dependiendo
del ancho de la sección transversal del cauce o la longitud del muro y su riesgo a
fallar por volteo es también mayor.
Con el objeto de conseguir la determinación de una altura optima que minimice el
costo y el riesgo, puede adoptarse la metodología que se aplica a muros
transversales dentro de un cauce y se describe a continuación:
a. definir exactamente la distancia en que se piensa colocar estos muros dentro del
cauce.
b. efectuar una nivelación topográfica en el eje central del cauce del tramo
considerado.
c. Obtener de la nivelación topográfica, la pendiente natural del cauce, y secciones
transversales a cada veinte metros.
d. Del análisis del laboratorio de suelos, obtener su clasificación y la información
necesaria para determinar el diámetro medio de las partículas que lo componen.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
78
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
e. Una vez obtenido el diámetro medio de las partículas que componen el suelo, se
deberá cuantificar el área de la cuenca del cauce en su totalidad y no en el tramo
considerado.
f. Con el diámetro y el área de la cuenca del cauce se entra en las graficas de la
figura # 17, dependiendo del diámetro de las partículas se usara la A o B,
obteniéndose así la pendiente de equilibrio del suelo.
g. El paso siguiente, es determinar la diferencia de altura entre la pendiente de
equilibrio y la pendiente natural del cauce en el ultimo punto de inflexión aguas
abajo del tramo considerado. Esta diferencia de altura deberá ser superada por
los muros transversales, ya sea con un solo muro o con varios; cuantificando
siempre el riesgo de utilizar uno solo.
h. Sino existe condicionante en cuanto a la utilización de varios muros, deberán
determinarse las alturas, el numero de ellos, y la sección transversal donde
probablemente queden ubicados.
i.
Determinada la altura y el numero de muros, se puede graficar esta relación,
ubicando en el eje de las abscisas el numero de muros y en el eje de las
ordenadas, las alturas de las diferentes combinaciones de muros.
j. Ya obtenida la grafica; los números de muros contra la alturas; pueden obtenerse
un segundo grafico que relacione en las abscisas, el numero de muros – altura y
en las ordenadas el costo total de la cantidad de muros según la altura. En este
grafico el mínimo absoluto de la curva corresponderá al numero y altura optimo
necesario para el proyecto. En esta segunda curva, las secciones transversales
del cauce juegan un papel muy importante, ya que entre mas ancha es la sección;
cada metro de altura resulta mas costoso.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
79
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
A continuación se presenta un ejemplo ilustrativo de esta metodología de calculo. En
este ejemplo se supondrá el costo de cada muro según la altura la sección
transversal se considero típica
En el proyecto real deberá hacerse este calculo basándose en el diseño de las
cortinas o muros y el ancho de las secciones transversales levantadas en detalle del
campo.
4.4.2.4 EJEMPLO ILUSTRATIVO DEL CALCULO.
Ejemplo ilustrativo del calculo de la altura optima de muros transversales ver figura
(4.2).
Estaciones PIA = 0+000; PIB = 1+000
DAB = 1000 mt. Distancia a proteger.
Elevaciones PIA = 140 mt; PIB = 100 mt
Pendiente natural Sn = 4 %
Tipo de suelo: Arena arcillosa y grava
Diámetro medio de las partículas es menor de 6”
Área de la cuenca = 3 Km2.
Pendiente de equilibrio. Se = 1.65 %
Solución.
Elevación de la Se, en PIB = Elevación PIA – Altura alcanzada por Se en el tramo
considerado.
 1.65 × 1000 
Elev. Se = 140.00 − 
 = 123.50
100


Elev. Se = 123.50 mts, en PIB.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
80
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Diferencia de elevación a vencer = Elev. Se, en (PIB) menos Elev. de la Sn en PIB =
123.50 – 100.00 = 23.50 mts.
Luego este valor 23.50 mts, es la primera combinación de altura, la cual indica que
para alcanzar la pendiente de equilibrio del suelo se necesita un muro de una altura
igual a 23.50 mts.
Para el caso presentado en este ejemplo se encontraran el numero de muros para
alturas de 5, 10, 15 y 20 mts., ya que lo que se pretende es únicamente ilustrar el
método. En un proyecto especifico tendrán que analizarse todas las posibles
combinaciones de altura para lograr una optimización mas efectiva.
Según puede observarse en la figura (4.2) para la estabilización el cauce con muros
de 5 mts de altura en el tramo considerado, se necesitan 5 de ellos colocados a los
cadenamientos indicados en la misma figura.
El procedimiento empleado para determinar el numero de ellos, es un proceso
grafico analítico y su metodología es como sigue:
1. Interceptar la Se, con la altura de 5 mts propuesta, partiendo con una
perpendicular de la pendiente natural del suelo.
2. Partiendo del pie, del primer muro de 5 mts ubicado en el paso 1, se traza
siempre aguas abajo de nuevo la pendiente de equilibrio, que debe resultar
paralela a la trazada, cuando se encontró la altura de 23.50 mt.
3. Una vez completado el paso 2º, se procede de igual forma que en el 1º, y así
sucesivamente hasta llegar al final del tramo, donde siempre es conveniente dejar
una cortina o muro, aunque la distancia sea menor que la requerida.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
81
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Siguiendo el procedimiento planteado en los tres pasos anteriores, se determinaron
el numero de muros para las alturas restantes de diez, quince y veintes metros.
Resultando lo siguiente:
Tabla 4.8. relación de altura y cantidad de muros.
Altura (mt)
Cantidad de muros
5.00
5
10.00
3
15.00
2
20.00
1
Todos los resultados obtenidos en cuanto
altura y números deberán graficarse
según los expresado en el punto “i” de la metodología, esta grafica puede verse en la
figura # 49A ,(ver anexo Página # XXXV).
Para obtener el grafico de la figura # 49B, (ver anexo Página # XXXV) se propuso el
costo de cada muro, variando este según la altura el resultado de estos costos
totales se muestran en el cuadro a continuación:
Tabla 4.9 Costo de muro por altura.
Cantidad
Altura (mt)
Costo Unitario (C$)
Costo Total (C$)
5
5
3,518.85
17594.25
3
10
7,037.70
21,113.10
2
15
10,556.55
21,113.10
1
20
14,075.40
14,075.40
Una vez graficado estos costos totales contra el numero de muros – altura, se
encuentra que la combinación optima resulta ser la de cinco metros de altura.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
82
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4.2.5 VERTEDERO.
Cuando se proyectan muros transversales a la corriente, a lo largo de un cauce
natural o río, es de gran importancia acondicionar el muro con un vertedor lo
suficientemente capacitado para desaguar el caudal de diseño, ya que el efecto que
se produce en estas estructuras cuando el vertedor es insuficiente es poner en
peligro de socavación los empotres laterales del muro.
En ellos como en toda obra hidráulica, el vertedor funciona como un dispositivo
protector, puesto que, induce a la corriente aguas arriba, a formar líneas de corriente
hacia el eje central del muro, protegiendo así, de un flanqueo o socavamiento lateral.
Ver figura # 50A, (ver anexo Página # XXXVI).
Los vertederos construidos a base de gaviones, se enmarcan dentro de los de pared
gruesa arista viva en la clasificación ya existente. Estos han sido clasificados como
de pared gruesa ya que el contacto entre la pared o cresta y la línea vertiente es mas
bien toda la superficie.
El diseño de estos vertederos con gaviones esta basado en consideraciones y
formulas existentes para vertederos de pared gruesa.
Según experiencias obtenidas en lugares donde el empleo de estos muros esta
generalizado, recomiendan utilizar para el diseño el procedimiento de BAZIN para
vertederos de secciones rectangular y pared gruesa.8
La deducción de la formula general para vertederos, parte de la ecuación de
continuidad:
8
Hidráulica general, Sotelo Ávila Alberto.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
83
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Q = V × A (1)
luego:
A = b × h Para secciones rectangulares (2)
del Teorema de Torrecelli: (3)
V = 2 gh
donde:
Q = Caudal
V = Velocidad
A = Área de la sección
b = Largo
h = Altura
g = Fuerza de la gravedad.
Sustituyendo (2) y (3) se tiene:
Q = 2 gh × bh 3 / 2
Finalmente para obtener la formula completa hay que agregar el coeficiente C, que
agrupa el termino
2 gh y un factor de caudal quedando:
Q = Cbh 3 / 2
Como se ha dicho anteriormente, estos vertederos un muros de gaviones se
comportan de idéntica forma a los de pared gruesa. En el caso de que la relación
espesor “e” entre la altura de carga y “h” sea menor que 0.67 el vertedor, deben
tratarse como de pared delgada.
Nuestro análisis esta basado en los vertederos cuya relación e/h sea mayor que
0.67; o sea de pared gruesa. Se presentan también diferentes funcionamientos
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
84
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
dependiendo de la altura w sobre la cresta del vertedor. Para ubicar las
nomenclaturas, e, h, w, véase figura # 50B, (ver anexo Página # XXXVI).
Ya que los valores del coeficiente “C” obtenidos por diversos investigadores difieren
entre si, se ha aceptado para evaluar el caso e/h mayor que 0.67 el procedimiento de
BAZIN; que consiste en utilizar la formula general para vertederos rectangulares,
deducida anteriormente; afectada de un coeficiente de reducción así:
Q = E1Cbh 3 / 2
En donde C es igual al factor de caudal, correspondiente a un vertedor de pared
delgada sin contracciones laterales y que considera la altura w de la cresta sobre el
fondo. este valor calculado mediante la formula:
C=
2
2 g µ = 2.952 µ
3
Donde: µ representa el coeficiente de caudal y el cual puede ser evaluado mediante
las formulas experimentales de la tabla 4.10.
El coeficiente E1 de reducción depende de la relación e/h según la ecuación:
E1 = 0.70 +
0.185
, valida para relaciones con un valor hasta de e/h = 3.00
e/h
Como se ha expresado anteriormente, el funcionamiento de los vertederos varia de
acuerdo con la relaciones e/h y w/h, las que se resumen en la figura # 51, (ver anexo
Página # XXXVII), preparada con los resultados de BAZIN, los valores de E1 se
obtienen de la misma figura.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
85
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Cuando e/h sea mayor que tres puede aplicarse la formula de Gibson, para E1:
E1 = 0.75 +
0.10
e/h
Que es valida hasta valores de e/h = 10 y para vertedores con descarga libre.
ε = 0.70 +
0.185
e
, hasta = 3
e
h
h
ε = 0.75 +
0.10
e
, hasta = 10
e
h
h
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
86
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Tabla 4.10. Formulas experimentales de µ
AUTOR
Hegly (Ref.
30) (1921)

 B − b  0.0041 
+

h 
 B 
µ = 0.6075 − 0.045


b  h 
× 1 + 0.55  

 B  h + w

2
Sociedad
de
Ingenieros
y
Arquitectos
Suizos
(1924)
(Ref.
9)
(formula
SIAS)
Hamilton –
Smith
LIMITES DE
OBSERVACIONES
APLICACIÓN
FORMULAS
2
0.10m
≤0.60m
0.50m
≤2.00m
0.20m
≤1.13m



2

b 
3.615 − 3  

2
b
B 
µ = 0.578 + 0.037  +

B
1000
h
+
1.6 
 





b  h 
× 1 + 0.50  

 B  h + w

4

µ = 0.6161 −

2



b 

10 B 
≤
≤
≤
h El primer limite de
aplicación es el mas
b importante. Para h/b >
0.13
tiene
mayor
precisión
que
la
formula
w
SIAS.
≤
h Para vertederos sin
contracciones laterales
b ≤0.30B los limites son:
w ≤0.30m
h/w ≤ 1 en el 0.25m ≤ h ≤0.80m
0.30m ≤ w
caso
h/w ≤ 1
de contracciones
Para h/b ≤ 0.13, es mas
laterales
precisa que la Hegly.
0.25m
≤0.80m
0.075m
≤
≤0.60m
0.30m ≤ b
0.30m ≤ w
h Si B (h + w) < 10bh, se
deberá reemplazar en la
Ec. (7.5) el valor de h
por h’ donde
h ≤ w/2
b ≤ (B – 2h)
h/b ≤ 0.50
H’ = h + 1.4 (Vo2 / 2g)
Donde:
Vo = [ Q / B (h + w)]
Es la
llegada
Francis
(Ref. 31)
h  


Rehbock
(1929)
(Ref. 9)
V
2

µ = 0.6231 − 0 ln  1 + O 
b  
2 gh 


3/ 2
V 2 
−  O 
 2 gh 
 h + 0.0011 

w


µ = 0.6035 + 0.0813

 0.0011 
1 + h 


3/ 2
3/ 2
 0.18≤ h ≤0.50m
 2.40≤ b ≤3.00m
 0.60≤ w ≤1.50m
b ≤3h
0.01≤ h ≤0.80m
b ≤0.30m
w ≤0.50m
h/w ≤ 1
velocidad
Vo = [ Q / B (h + w)]
Velocidad de llegada.
n = 2 en vertedores con
contracciones laterales
n = 0 en vertedores sin
contracciones laterales
Vale
solo
para
vertedores
sin
contracciones laterales.
Es muy precisa y de las
mas utilizadas, por su
sencillez.
Formulas del coeficiente µ para el calculo de vertedero
Fuente: Hidráulica general, Sotelo Ávila.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
87
de
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
A continuación se muestra un ejemplo, para ilustrar el empleo de las formulas antes
mencionadas.
Ejemplo: Determinar el largo b, que debe poseer el vertedero de un muro transversal
para desaguar un Q = 5.00 mt3/seg con un carga de agua igual a 0.80 mt, una altura
sobre la cresta de w = 4.00 mt y un espesor e = 2.00 mt.
Datos del problema:
Q = 5.00 mt3/seg
h = 0.80 mt
w = 4.00 mt
e = 2.00 mt
incógnita b = ?
Solución:
e
2
=
= 2.50 > 0.67
h .80
como e/h < 3 podemos aplicar
E1 = 0.70 +
0.185
0.185
= E1 = 0.70 +
= 0.77 ∴ E1 = 0.77
e/h
2 .5
En la tabla 4.10 se ha seleccionado la formula de que cumple con los limites de
aplicación, resultando para este ejemplo la de Rehbock.

 h + 0.0011  1 + 0.0011 
µ = 0.6035 + 0.0813
 

w
h

 


3/ 2

 0.80 + 0.0011   1 + 0.0011 
µ = 0.6035 + 0.0813
 

4

   0.80 

3/ 2
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
88
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
resolviendo : µ = 0.6211
luego el valor de C será igual a:
C = 2.952 µ = 2.952 x 0.6211 = 1.8334; C = 1.8334.
De la formula Q = E1Cbh 3 / 2 se despeja la incógnita b y se tiene :
b=
Q
5
= b=
=
3/ 2
3/ 2
E1Ch
0.77 × 1.8334 × (0.80 )
b = 4.95 mt.
El vertedor será de 0.80 mt. De alto por 4.95 mt de largo.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
89
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4.3 CRITERIO DE CALCULO DE ESPIGONES
4.4.3.1 DISEÑO DE LOS ESPIGONES
Además de fijar la posición en planta como en el caso de los muros longitudinales, se
requiere calcular su longitud y la separación entre cada uno de ellos. (Ver figura # 52,
ver anexo Página # XXXVII)
4.4.3.2 LOCALIZACIÓN EN PLANTAS
La longitud de cada espigón está dada por la distancia de la orilla real a esa línea.
Cuando se trata de una rectificación en cauces formados por arenas y limos
conviene, dentro de lo posible , que los radios de las curvas, medidos hasta el eje del
río, tengan la longitud (R) comprendida entre 2.5 y 6 veces (B) el ancho de la
superficie del agua o la separación entre las nuevas orillas.
Al respetar los radios anteriores, la defensa que se haga en base a espigones
trabajará eficientemente, si los radios de curvatura son menores, la separación de los
espigones disminuye y económicamente es preferible construir una defensa marginal
apoyada en la orilla. Si los radios son mayores, el río tiende a formar un cauce con
menores radios dentro de la curva y no todos los espigones trabajarán
eficientemente.
La curva que une a los extremos de los espigones deberá trazarse lo más
uniformemente posible, aunque no necesariamente tendrá un radio único.
Los espigones nunca deberán provocar una desviación violenta de la corriente, sino
extenderla gradualmente, lo más suavemente posible, para conducirla con la
dirección del flujo. Por esto, la protección se inicia donde la corriente comienza a
asumir el proceso que se vaya a corregir y no donde el proceso es vicioso y
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
90
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
manifiesto, aunque sólo sea un punto donde se origine el daño por eliminar. En
general la intervención es requerida en la curva cóncava y en el rectificado,
raramente en la curva convexa.
4.4.3.3 LONGITUD DE LOS ESPIGONES
La longitud total de un espigón (S) se divide en (Ver figura # 53, ver anexo Página #
XXXVIII):
S = le + lt
Donde:
Ie: longitud de anclaje o empotramiento, dentro de la margen, deberá ser lo
suficientemente larga para evitar el peligro de flanqueo de la obra.
It: longitud de trabajo, dentro del cauce, medida sobre la corona conviene que esté
dentro de h < It < B/3; donde h: tirante para el gasto de diseño.
S. Longitud total del espigón.
La longitud mínima para el empotramiento debe ser la de la anchura del espigón en
su base.
4.4.3.4 MÉTODO DE SOCAVACIÓN EN CURVAS (Lebediev)
El cauce de un río nunca es permanente y sufre erosión extra en las curvas, ya que
el gasto que transita por dicho cauce, varia frecuentemente, cambiando su capacidad
de transporte.
Lebediev propone las siguientes formulas para la socavación en curvas
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
91
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE

B

Hcu = Hre1 + τ
R 

Hcu = KτHre
Donde:
Hcu - Tirante máximo en la curva
Hre - Tirante máximo en los tramos rectos
t , Kt - Constantes que dependen de B/R.
4.4.3.5 SEPARACIÓN DE LOS ESPIGONES
Se mide en la orilla entre los puntos de arranque de cada uno, y depende
principalmente de la localización de la orilla y de la longitud y orientación del espigón
de aguas arriba.
Para calcularla se toma en cuenta la inclinación θ del espigón respecto a la orilla
aguas abajo y la ampliación teórica de la corriente al pasar por el extremo del
espigón. El ángulo ß de esta ampliación es de 9° a 11°, con lo que la separación
queda:
En curva:
Se = It (Cos θ + Cot ß)
Donde:
Se: Separación entre espigones.
lt: Longitud de trabajo.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
92
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
En tramos rectos se recomienda una separación de 4 á 6 It, en tramos curvos
conviene encontrarla gráficamente, estimándose una separación de 2.5 á 4 It. Las
separaciones recomendadas son ligeramente menores que las teóricas, pues se
pretende, que el flujo desviado por la cabeza o extremo de un espigón encuentre al
espigón siguiente en un punto cercano a la margen, sin que llegue a erosionarla y
comprometa la seguridad del empotramiento de dicha obra.
Los ínter espacios de espigones muy largos se rellenan con dificultad, por lo cual, se
recomienda construir una primera etapa de espigones cortos que luego se
prolongarán cuando el relleno conseguido se considere suficiente.
Es posible también, sobre un proyecto general de regulación, construir en una
primera etapa aquellas obras idóneas para provocar la modificación más importante,
de manera de dar, una desbastada al cauce, para después proceder gradualmente a
la realización de las obras necesarias para crear el arreglo definitivo. (Ver figura # 54,
ver anexo Página # XXXVIII).
Es fácil modificar la obra utilizando la estructura de gaviones, permitiendo también la
posible construcción gradual de las misma, alargándola y dándole mayor altura, en
relación con el avance de la regulación del río. Se recomienda una especial atención
en el amarre de las varias etapas de una obra.
4.4.3.6 ORIENTACIÓN Y FORMA DE LOS ESPIGONES
El diseño de un sistema o batería de espigones, bajo el criterio de la protección a una
margen, toma como factor principal la distancia entre las obras en relación a sus
longitudes y a la ampliación de la corriente al pasar por sus cabezas o extremos y
considera que dicha distancia deberá generar en el ínter espacio, un alargamiento
del recorrido, tal que, determine una pérdida de velocidad en la corriente, suficiente
para que deposite el material transportado.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
93
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Un segundo criterio busca además de la protección de la margen actual, la
recuperación o formación de una nueva orilla estable, considerando adicionalmente a
lo expuesto para el primer criterio, que durante el descenso de las crecidas, las
aguas asumen una notable velocidad transversal V1, paralela al espigón y a lo largo
de su paramento de aguas arriba, mientras que aguas abajo asumen una velocidad
V2, divergente del espigón y menor que la primera, tanto, que consiente el depósito
del material transportado.
Debido a esto, en el segundo criterio influyen en el diseño de los espigones además
de su longitud y separación, su orientación, altura y pendiente de la corona así como,
su forma y permeabilidad.
Como se dijo, los espigones se clasifican de acuerdo a su orientación con respecto a
la corriente en inclinantes, normales y declinantes. La orientación de los espigones
se mide por el ángulo δ que forma aguas abajo, el eje longitudinal del mismo, con el
radio de la curva en el sitio de su emplazamiento, o bien, con la perpendicularidad en
el caso de tramos rectos.
La orientación y forma reciben cierta influencia de las dimensiones del material de
transporte, debiéndose preferir espigones rectos declinantes y poco sobresalientes,
en el caso de acarreos de grandes dimensiones, para pasar a la obra inclinante,
preferiblemente de bayoneta y muy sobresaliente, en los cauces muy amplios, con
leve pendiente y material de transporte pequeño.
Normalmente, en una batería de espigones, el primero de aguas arriba está expuesto
en toda su longitud a la violencia de las aguas, mientras que en los demás solamente
la cabeza y parte de la barra están expuestos a la socavación de la corriente.
Consecuentemente, el primer espigón además de proyectarse, de la menor longitud
de trabajo posible (igual al tirante máximo), y con suficiente longitud de
empotramiento para impedir que sea flanqueado, debe ser declinante, para evitar
una desviación violenta de la corriente.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
94
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Los espigones siguientes, se proyectarán con la longitud de trabajo necesaria para
que el encauzamiento de la corriente sea gradual, y su orientación será normal o
inclinante con un ángulo δ de 70° máximo (contrario a las manecillas del reloj).
Cuando vayan a ser cubiertos por la creciente máxima, y en caso contrario,
declinantes con un ángulo 110° (contrario a las manecillas del reloj, Ver figura # 55,
ver anexo Página # XXXIX).
El espigón cabeza de martillo se recomienda cuando se requiera de una obra con
gran longitud de trabajo, localizada en un tramo recto o una curva amplia, ya su
forma es una de las más apropiadas para conseguir el encauzamiento de los cursos
de agua en dichos sitios. La longitud de trabajo del espigón queda orientada de la
siguiente manera: la raíz y barra, normales a la corriente máxima, y la cabeza queda
paralela a la corriente de los alcances ordinarios.
La cabeza de martillo, mientras protege eficazmente a la barra del espigón funciona
como defensa rasante de elementos separados, que consigue encauzar a la
corriente en canales relativamente estables.
Pero para evitar que dichos canales resulten demasiado profundos y no permitan el
depósito de materias sólidas entre sus ramales, hace falta distanciarlos
suficientemente, o sea, asignarles una longitud idónea de 1/3 á 1/5 de la separación
de las obras. En cuanto a sus brazos, se recomienda sean desiguales,
correspondiendo la mayor longitud al de aguas arriba.
La longitud de trabajo de un espigón de bayoneta se divide en tres partes, primero,
una raíz insumergible que parte de la orilla normal a la corriente máxima, segundo,
una barra sumergible que dobla 45° contra corriente y, tercero, una cabeza contra
corriente, sumergida bajo el caudal de los alcances ordinarios y paralela a él.
La forma de bayoneta se recomienda emplearla donde las curvas son más
acentuadas, siendo su funcionamiento semejante a la forma de cabeza de martillo.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
95
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4.3.7 ELEVACION Y PENDIENTE DE LA CORONA
Característica importante, común a todos los espigones, que admite escasas
excepciones, es la sumergibilidad de la parte anterior de la obra. Las obras
sumergibles ofrecen menor obstáculo y provocan socavaciones en el fondo menos
peligrosas, favoreciendo la extensión de las aguas extraordinarias y así, el depósito
entre las obras.
La raíz también deberá siempre resultar sumergible, aún en ocasiones de máxima
avenida, evitando el flanqueo siempre peligroso, no tanto por la conservación de la
obra, ya que utilizando gaviones sería sencilla su reparación, sino por el daño que
pueda acarrear a la margen y al régimen del curso del agua, pudiéndose provocar un
completo cambio en el cauce del río.
En resumen, las obras consisten en una longitud de empotramiento, variable en
función de las condiciones del terreno, seguida de una raíz insumergible, que
iniciándose en la margen se prolonga hasta la línea a donde se considere deba cesar
la expansión del agua en la fase de avenidas máximas; luego una barra sumergible,
que partiendo de la cota de aguas máximas, se inclina hacia adentro del río hasta
sumergirse con la cabeza, algo más abajo del caudal de los alcances ordinarios,
protegidos por amplias plateas, terminal y lateral.
La inclinación de la corona hacia el río, tiene la finalidad de salvaguardar al espigón
de la socavación aguas arriba y de asegurar el relleno de las orillas.
Es una buena regla que la cabeza no supere o supere muy poco, el nivel del caudal
ordinario, la cabeza horizontal se presenta particularmente eficaz para inducir las
aguas a profundizar las excavaciones donde se desea obtener un canal de sequía
profundo.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
96
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4.3.8 PERMEABILIDAD DE LA OBRA
La permeabilidad de un espigón ayuda a reducir la velocidad de la corriente y permite
que el agua cargada de sedimentos, deposite dichos materiales en los ínter espacios
por rellenar.
La estructura de gaviones aplicada en los espigones ofrece además de la ventaja de
su permeabilidad, dos soluciones para la cimentación de la obra:
⇒
Cimentación directa. Sobre el material del cauce, con la previsión del hundimiento
de la obra, en tanto no alcance su posición de equilibrio. Se recomienda para los
cauces formados por material grande, que no sea fácilmente erosionable, y para
la pequeña obra de defensa marginal, como integración al sistema de defensa
más complejo.
⇒
Cimentación sobre platea. También de gaviones, destinada ésta a hundirse poco
a poco con el proceso de la erosión del lecho alrededor de la obra, protegiéndola
constantemente.
En todo caso, el espigón de gaviones no requiere excavación para su cimentación,
siendo necesario sólo nivelar el fondo para crear el plano de apoyo a una cota, que
permita dar escurrimiento natural al agua y operar en seco, o con un nivel de agua
que permita rellenar y efectuar las costuras en los gaviones.
La estructura de gaviones se presta para cualquier tipo de espigón, desde la más
pequeña defensa, a la más grande obra de corrección fluvial, presentando en
máximo grado la propiedad de deformarse sin perder nada en eficiencia estática y
funcional. El espigón de gaviones sigue adaptándose a cualquier variación del cauce,
hasta volverse parte integrante de la margen y del fondo, sobre el cual se asienta.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
97
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4.3.9 DIMENSIONAMIENTO DE LOS ESPIGONES
Las diferentes secciones transversales de un espigón, se proyectarán de acuerdo al
empuje del agua que deberá soportar, considerando además en las secciones
sumergidas el esfuerzo tractivo de la corriente para el gasto máximo de diseño.
Debido a la velocidad transversal, V1, que se presenta en el descenso de las
crecidas, se recomienda asignar al paramento de aguas arriba, un perfil más
inclinado que el paramento opuesto, y no sólo eso, sino protegerlo de las
socavaciones que dicha corriente provocará, con una platea más amplia y más
extensa que la que se emplea aguas abajo.
El paramento de aguas abajo debe ser protegido contra la socavación provocada por
la caída del agua, con una platea que se prolongará de la cabeza al inicio de la barra.
Los puntos mayormente golpeados por la corriente y sujetos a la formación de las
socavaciones más profundas son las cabezas o extremos de los espigones razón
para diseñar plateas amplias y extendidas en todo el perímetro de ellas.
Como ya se dijo, las dimensiones de la platea están en función de la fuerza de
arrastre de la corriente y de la socavación máxima esperada en las proximidades a la
obra. De acuerdo con esto, debemos considerar un espesor que le proporcione el
peso sumergido suficiente para equilibrar la fuerza tractiva máxima y una longitud
igual a 1.5 y 2 veces la profundidad de la socavación máxima esperada.
Para tener una idea aproximada del valor de la socavación transversal, se puede
utilizar la fórmula de Straub:
H 2 = B1 × 0.642 H (m )
El subíndice 2 es para la sección reducida y el subíndice 1 es para los valores en una
sección inalterada de aguas arriba.
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USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Cuando se requiere de secciones muy robustas en las obras, por economía, pueden
intercalarse las capas intermedias de gaviones con núcleos de material del propio
río; no recomendamos un corazón completo de dicho relleno, pues la falta de liga
entre los paramentos provocaría un menor confinamiento del material y lo que es
más importante, los gaviones no trabajarían como conjunto. (Ver figura # 56, ver
anexo Página # XXXIX)
4.5 FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE UNA ESTRUCTURA DE
GAVIONES.
Las estructuras de gaviones deberá de ser capaz de resistir las fuerzas que actúan
sobre ella. Las mas importantes de estas fuerzas son: la gravedad (su propio peso),
la presión hidrostática, la subpresión, suelo, siendo estas dos ultimas consideradas
con un solo nombre empuje de tierras.
4.5.1 EMPUJE DE TIERRAS.
La teoría del empuje de tierras se puede desarrollar partiendo de los esfuerzos en
una masa de suelo extremadamente grande. El esfuerzo vertical total en una masa
de suelo a la profundidad Z varia de acuerdo a los siguientes aspectos:
a. El tipo de suelo: el puede sub-clasificarse a su vez en:
⇒ Suelo no cohesivo.
⇒ Suelo cohesivo sin fricción
⇒ Suelo cohesivo con fricción.
b. El tipo de estructura: donde se pueden tener:
⇒ Estructura con paramento vertical aguas arriba.
⇒ Estructuras con paramento inclinado aguas arriba.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
99
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
c. Condiciones del suelo: se pueden considerar
⇒ Condición de suelo seco.
⇒ Condición de suelo saturado.
⇒ Condición de suelo parcialmente saturado.
Bajo cada uno de los aspectos anteriormente citados se pueden calcular valores para
el empuje de tierras el cual en adelante se diferenciara en dos estados a saber:
a. Presión activa del suelo.
b. Presión pasiva del suelo.
4.5.2 EL ESTUDIO DE LOS ESFUERZOS. CONVENIO Y
TERMINOLOGÍA.
Muchos problemas de asentamiento se pueden plantear correctamente con un
simple caso de esfuerzo unidimensional y de compresión.
Hay sin embargo, muchos otros problemas de deformación y rotura del suelo que
implican esfuerzos en tres dimensiones. Los simples casos de compresión y tracción
en una dirección, en los proyectos estructurales que involucran al acero y al
hormigón, tienen poca aplicación en la masa de suelo, en los que su peso es una
parte substancial de la carga total y donde las cargas estructurales se introducen en
la masa en varias direcciones y a diferentes niveles.
Por lo tanto, el análisis de los efectos del esfuerzo debe comenzar considerando el
campo total de esfuerzo en tres dimensiones.
El esfuerzo (tensión) se define como la fuerza por unidad de área. Un esfuerzo
aplicado a una superficie plana de un sólido se puede descomponer en dos
direcciones: una perpendicular (normal) al plano, que se llama esfuerzo normal, y se
designa con σ y otro que actúa en la superficie del plano que se llama esfuerzo
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
100
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
cortante, que identificaremos con τ, como se indica en la figura 57a, (ver anexo
Página # XL).
Cuando en un plano actúa solamente la componente normal σ y τ es nulo, a ese
esfuerzo normal se le llama esfuerzo principal, (figura 57b, ver anexo Página # XL).
Cuando se ensaya un cubo de cualquier material para determinar su resistencia, se
coloca en una máquina y se aplica a las caras superior e inferior una fuerza de
compresión que se aumenta gradualmente. La fuerza de compresión produce
esfuerzos en las caras donde se aplica; estos esfuerzos son esfuerzos principales y
los planos horizontales donde ellos se producen se llaman planos principales.
Aunque raramente se hace, sería posible aplicar fuerzas de compresión en los otros
dos pares de caras del cubo; esto también produciría esfuerzos principales en las
caras donde fueran aplicadas esas fuerzas y esas caras serian también planos
principales.
Se
puede
demostrar
que
hay
tres
esfuerzos
principales
independientes
perpendiculares que actúan en tres planos principales perpendiculares. El mayor de
estos tres esfuerzos principales se llama esfuerzo principal mayor y se designa por
σ1, el más pequeño es el esfuerzo principal menor, σ3, y el tercero se llama esfuerzo
principal intermedio σ2.
Como en geotecnia los esfuerzos de tracción son comparativamente raros, para
evitar muchos signos negativos, los esfuerzos de compresión se consideran
positivos. En el caso del cubo de mortero sometido a un ensayo usual de
compresión, el esfuerzo de compresión aplicado a las caras superior e inferior es σ1,
y los otros dos esfuerzos principales, σ2 y σ3 son nulos.
Si un plano inclinado corta al cubo, es posible calcular los esfuerzos normal y
cortante en ese plano partiendo de los tres esfuerzos principales y las leyes de la
estática. El caso general es bastante complicado porque requiere el empleo de los
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
101
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
coseno directores del plano inclinado con respecto a los planos principales. Sin
embargo, en muchos problemas de geotecnia, sólo nos interesan los esfuerzos en
planos perpendiculares al plano principal intermedio, con lo cual el problema se
reduce a dos dimensiones.
La dirección de un plano inclinado que sea perpendicular al plano principal
intermedio se define por en ángulo α, que es el ángulo que forma el plano inclinado
con el plano del esfuerzo principal mayor, como se indica en la figura 58, (ver anexo
Página # XL).
Los esfuerzos normal y cortante en ese plano se pueden hallar conociendo σ1 y
σ3 por las leyes de la estática. Si se supone que la arista del cubo tiene dimensión
unitaria (1), las fuerzas que actúan en el plano inclinado en las direcciones de σ1 y
σ3 son, respectivamente:
F1 = σ 1 × 1 × 1 × tgα
Como el área del plano inclinado es 1/cos α, el esfuerzo normal en el plano, σa,
puede calcularse con la siguiente expresión:
σα =
σ 1 cosα + σ 3tgαsenα
1
cosα
Expresión que trabajada en forma algebraica quedará:
σα =
σ1 + σ 3
2
+
σ1 − σ 3
2
cos 2α
(1-1)
y el esfuerzo cortante en el mismo plano podrá obtenerse aplicando la expresión:
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
102
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
τα =
σ1 − σ 3
2
sen2α
(1-2)
Donde:
σ1
Esfuerzo principal mayor.
σ2
Esfuerzo principal intermedio.
σ3
Esfuerzo principal menor.
α
Es el ángulo que forma el plano inclinado con el plano del esfuerzo principal
mayor.
σa
Esfuerzo normal en el plano principal.
τ
Esfuerzo cortante en el plano principal.
Por medio de estas fórmulas se pueden calcular los esfuerzos en cualquier plano
inclinado que forme un ángulo α con el plano principal mayor o si se conocen los
esfuerzos en dos planos cualesquiera se pueden calcular los esfuerzos principales.
Estas fórmulas permiten establecer las siguientes conclusiones, que se deben
recordar cuando se analizan esfuerzos:
1. El esfuerzo cortante máximo se produce cuando sen 2α = 1 ó α = 45º ó 135º
y es igual a:
σ1 − σ 3
2
2. El esfuerzo normal máximo se produce cuando cos 2α = 1 y α = 0º.
3. El esfuerzo normal mínimo se produce cuando cos 2α = -1 y α = 90º y el plano es
paralelo al plano principal menor.
4. En dos planos cualesquiera perpendiculares entre sí los esfuerzos cortantes son
iguales en magnitud.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
103
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
El físico alemán Otto MOHR, propuso un procedimiento gráfico para resolver las
ecuaciones y hallar los esfuerzos normal y cortante en un plano perpendicular a una
de los planos principales y que forme un ángulo a con el mayor de los otros dos
planos principales.
En el sistema de coordenadas que se establece (figura 59a, ver anexo Página # XLI)
en el eje de abcisas se representa los esfuerzos normales y el eje de ordenadas los
cortantes. Los esfuerzos de compresión (positivos) se dibujan a la derecha y las
tracciones a la izquierda.
Las fuerzas cortantes se pueden dibujar hacia arriba o hacia abajo, pues su signo no
tiene significación. Las coordenadas de un punto (σ,τ) representan la combinación de
los esfuerzos normal y cortante en un plano, cualquiera que sea su orientación.
En este diagrama se dibujan las coordenadas de σ1 y σ3 (figura 59b, ver anexo
Página # XLI), ambas en el eje σ, pues en las planos principales el esfuerzo cortante
es cero. Se traza una circunferencia que pase por esos puntos y cuyo centro estará
situado en el eje σ (figura 59c, ver anexo Página
circunferencia tiene las coordenadas (
σ1 + σ 3
2
# XLI). El centro de esta
, 0) y su radio es igual a
σ1 − σ 3
2
.
Se traza un radio que forme el ángulo 2α con el eje σ, que se mide en dirección
contraria al movimiento de las agujas del reloj. La abcisa de un punto en la
circunferencia al extremo del radio será:
σ1 + σ 3
2
+
σ1 − σ 3
2
cos 2α
(1-3a)
Que es σ en un plano inclinado que forma el ángulo α con el plano principal mayor.
La ordenada del punto se podrá calcular con:
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
104
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
σ1 − σ 3
2
sen 2α
(1-3b)
que es τ en el mismo plano.
La circunferencia representa las condiciones posibles de esfuerzos en cualquier
plano perpendicular al plano principal intermedio, Los esfuerzos en un plano preciso
que forme el ángulo α se pueden hallar gráficamente siguiendo esta construcción. En
esta gráfica se puede demostrar que el valor máximo de τ se produce en un plano en
que un ángulo 2α = 90º y es igual a:
σ1 − σ 3
(1-4)
2
, o sea la mitad de la diferencia entre los esfuerzos principales mayor o menor así
como también que los esfuerzos cortantes en dos planos perpendiculares entre si
son iguales.
Se puede aplicar la misma construcción gráfica a esfuerzos en un plano
perpendicular al plano principal mayor, usando σ2 y σ3, y en un plano perpendicular al
plano principal menor usando σ1 y σ2. Como la circunferencia es simétrica con
respecto al eje σ, basta dibujar la semicircunferencia superior. La mitad inferior se
puede dibujar usando –2α medido desde el eje σ en la dirección del movimiento de
las agujas del reloj y valores negativos para el esfuerzo cortante.
La orientación de los planos no se muestra directamente en el diagrama de Mohr,
pero se puede representar separadamente, figura 59c, (ver anexo Página # XLI).
El esfuerzo cortante máximo está definido por la circunferencia de esfuerzo al σ1 - σ3,
que expresa las combinaciones de esfuerzos en cualquier plano que sea oblicuo a
los planos principales mayor y menor y perpendicular al intermedio. Por lo tanto, la
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
105
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
circunferencia σ1 - σ3 y el plano que ella representa son de gran importancia en la
mayoría de los problemas reales de resistencia y falla del suelo.
La circunferencia de esfuerzos de Mohr está basada en las leyes de la estática y se
puede aplicar a cualquier material. Aunque la discusión se ha limitado a los esfuerzos
que actúan en las caras de un cubo, se aplica igualmente a un cubo infinitesimal, es
decir a un punto.
4.5.3 PRESION ACTIVA
Si a una estructura sin movimiento y sin fricción (condición de reposo), se le permite
mover alejándose del suelo, cada elemento del suelo adyacente al muro se podrá
expansionar lateralmente. El esfuerzo vertical permanecerá constante pero el
esfuerzo lateral, llamado presión activa se reduce. Inicialmente la reducción del
esfuerzo es elástica y proporcional a la deformación, pero a medida que la diferencia
entre los esfuerzos principales mayor o menor aumente debido a la reducción del
esfuerzo lateral, el empuje alcanza un mínimo y las condiciones ya no son elásticas.
La masa de suelo detrás de la estructura esta en estado de falla por cortante.
4.5.4 PRESION PASIVA
Si en vez de moverse la estructura alejándose del suelo se mueve hacia el mismo
suelo, el empuje contra el muro aumenta. Ahora el esfuerzo principal menor es el
vertical.
El empuje máximo contra el muro se alcanza cuando se produce falla por esfuerzo
cortante. (ver figura # 60, ver anexo Página # XLI).
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
106
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.5.5 CALCULO SIMPLIFICADO DE LAS PRESIONES ACTIVA Y
PASIVA
A continuación se darán recomendaciones para el calculo de las presiones Activa y
Pasiva para los diferentes aspectos mencionados en el ítem 4.5.1. El método es
tomado de la referencia DESIGN MANUAL del departamento of Navy Bureau of
yards and Docks.
4.5.5.1 SUELO NO COHESIVO(1)
(a) Presión Activa
KA
( 2)
(b) Presión Pasiva
= tg 2 (45 − φ / 2 )
KP
( 2)
= tg 2 (45 + φ / 2 )
σ A = KA ×γ × Z
σ P = KP × γ × Z
H2
PA = K A × γ ×
2
H2
PP = K P × γ ×
2
Donde:
H: Es la profundidad a la cual estará el borde del cimiento aguas arriba, medida
verticalmente.
φ: Angulo de fricción interna(3)
γ: Peso especifico del suelo.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
107
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
(1) Suelo no cohesivo: Se entiende por suelos no cohesivos aquellos en que la
atracción entre las partículas no existe. Los suelos compuestos de granos
redondeados son no coherentes cualquiera que sea la finura de los granos. Cada
grano esta en contacto con los que los rodean, esto es típico en las arenas y
gravas.
(2) KA, KP: Se define como coeficientes de presión activa y presión pasiva y pueden
ser obtenidos de la figura (61, ver anexo Página # XLII) con solo entrar al grafico
con el ángulo de fricción interna.
(3) Angulo de fricción interna: Es aquel que forma un pila de suelo cuando este se
descarga por medio embudo. Cuando el ángulo del talud es mayor que el ángulo
de fricción interna, los granos de suelo resbalan. La mayor pendiente que puede
alcanzar un suelo es el correspondiente a su ángulo de fricción interna.
4.5.5.2 SUELO COHESIVO SIN RESISTENCIA A LA FRICCION.
Arcilla saturada con carga y sin drenaje
(a) Presión Activa
ZO
(1)
=
(b) Presión Pasiva
2C
γ
σ A = γZ − 2C
σ P = γZ + 2C
H2
C2
PA = γ
− 2CH + 2
2
γ
H2
PP = γ
+ 2CH
2
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
108
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.5.5.3 SUELO COHESIVO CON FRICCION INTERNA
Arcilla
(a) Presión Activa
 2C 
tg (45º +φ / 2 )
Z O = 
 γ 
σ A = γZtg 2 (45º −φ / 2 ) − 2Ctg (45º −φ / 2)
PA =
γH 2
2
tg 2 (45º −φ / 2 ) − 2CHtg (45º −φ / 2 ) +
2C 2
2
α A ( 2 ) = 45º −φ / 2
(b) Presión Pasiva
σ P = γZtg 2 (45º +φ / 2 ) + 2Ctg (45º +φ / 2 )
PP =
γH 2
2
tg 2 (45º +φ / 2 ) + 2CHtg (45º +φ / 2 )
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
109
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
α P ( 2 ) = 45º +φ / 2
γ P = 180º −α P
(1) C: Es el valor máximo que puede tomar el esfuerzo de corte antes de ocurrir la
falla y es definido para cada tipo de suelo.
(2) αA, αP: Para casos en que la parte superior tiene pendiente, este valor se vuelve
difícil de calcular siendo preferible usar la figura (62, ver anexo Página # XLIII)
para hacerlo.
(3) Pa, Pp: Presión pasiva y presión activa.
4.5.6 INFLUENCIA DE LA PRESION HIDROSTATICA
Cuando hay agua subterránea los esfuerzos se pueden separar en dos
componentes: esfuerzo neutro y esfuerzo efectivo.
Si un suelo esta saturado habrá que considerar el esfuerzo neutro µ y el empuje
activo efectivo (γZ - µ)KA; el cual se calcula por la presión vertical efectiva y KA. El
esfuerzo total es: la suma de los esfuerzos efectivo y neutro.
Cuando un suelo se satura de agua el empuje activo efectivo se reduce cerca de la
mitad de su valor original; sin embargo, el empuje total se triplica, aproximadamente.
La magnitud y punto de aplicación, de la resultante se halla combinando los
diagramas de empuje efectivo y neutro. Entonces se usaran las siguientes formulas
para calcular su valor.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
110
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Suelos no cohesivos
Esfuerzo Activo:
σ A = (γZ − µ )K A + µ1
Esfuerzo Pasivo:
σ p = (γZ − µ )K P + µ1
Donde:
γ = Peso especifico,
µ = Presión hidrostática = γaZ’
Ejemplo de calculo: calcular el empuje activo a una profundidad de 5.00 mt en una
arena cuyo ángulo de fricción interna es 40º y cuyo peso especifico cuando esta seca
es de 1.60 ton/m3 y 1.90 ton/m3 cuando esta saturada, suponer que el manto freático
esta a 1.50 mts.
σ A = (γZ − µ )tg 2 (45º −φ / 2 ) + µ
σ A = ((1.5 × 1.6 + 3.5 × 1.9) − 3.5 × 1.0)0.47 2 + 3.5 × 1.00
σ A = 1.22 + 3.5 = 4.72 ton/m2
2
(
1.5) × 1.6
PAH 1 =
× 0.22 = 0.4
2
PAH 2 =
ton
(1.5 × 1.6 × 0.22) + σ A × 3.5 = 9.19
PA = 9.59 ton
2
ton
De igual manera podemos calcular la presión pasiva.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
111
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.5.7 LA SUBPRESIÓN
El agua a presión inevitablemente atraviesa la estructura y crea subpresiones. Se
puede considerar que la subpresión varia linealmente desde la presión hidrostática
aguas arriba (talón) hasta la presión total de aguas abajo (pie). (ver figura # 63, ver
anexo Página # XLIV)
U =γ
h1 + h 2
t
2
Donde:
U:
Subpresión.
H1, h2:
Altura aguas arriba y abajo.
t:
Ancho del muro.
γ:
Peso especifico del agua.
4.5.8 DEFORMACION MINIMA PARA PRODUCIR LOS ESTADOS
ACTIVO Y PASIVO.
Tanto el estado activo como el pasivo forman una cuñas planas en las zonas
adyacente en muros sin fricción. El ángulo entre el plano de falla y el plano principal
mayor es de α = 45º + φ/2. la cuña esta limitada en el estado activo por un plano que
forma el ángulo con el plano horizontal y en el pasivo por un plano que forma el
ángulo α con el plano vertical, en ambos casos existe infinito numero de planos de
falla que satisfacen la condición.
El movimiento de la estructura que se necesita para producir los estados Activos y
Pasivo es mínimo y consiste en un giro de la estructura sobre su base, el giro es
pequeño y depende de la rigidez del suelo y de la altura H del muro. En la tabla
(4.11)A, se presentan las deflexiones mínimas en la corona del muro, en estado
activo y pasivo.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
112
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.5.9 EL PESO DE LA ESTRUCTURA
Se define el peso como el producto de su volumen por el peso especifico del
material. La línea de acción de estas fuerzas pasa por el centroide del área de la
sección transversal.
4.5.10 ANALISIS DE ESTABILIDAD CON RELACION AL MATERIAL
QUE FORMA LA ESTRUCTURA DE GAVIONES.
Una vez descrita la fuerza que actúa sobre ella se puede revisar los métodos de
estabilidad de la estructura en si, verificando si el material que la forma es suficiente
capaz de resistir esta fuerza. Los análisis a realizarse son de dos tipos: (dicho
análisis fue considerado en el ítem de muro de contención).
a. Por volteo
b. Por deslizamiento.
Tabla 4.11A. Deflexión mínima requerida en la corona para producir los estados
activos y pasivos.
SUELO
ESTADO ACTIVO
ESTADO PASIVO
No cohesivo
compacto
0.0005 H
0.005 H
No cohesivo suelto
0.002 H
0.01 H
Cohesivo duro
0.01 H
0.02 H
Cohesivo blando
0.02 H
0.04 H
Donde H – altura a que esta la corona.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
113
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Tabla 4.11B. Esfuerzos de compresión de diferentes materiales.
ESFUERZOS
PERMISIBLES
1 lb/pulg2
Kg/cm2
Granito
600 – 1000
42.25 – 70.42
Caliza
400 – 800
28.17 -
Arenisca
400 – 600
28.17 – 42.25
Grava
40 – 80
2.82 – 5.63
Arena
20 – 60
1.41 – 4.23
Arcilla firme
50
3.52
Arcilla blanda
15
1.06
MATERIAL
Nota: En Nicaragua la mayoría de los Ingenieros Estructurales consideran para suelo
en condiciones normales un esfuerzo permisible de 3000 PSI equivalentes a 20.83
lb/pulg2 igual a 1.47 kg/cm2
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
114
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
5.ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
En este capitulo consiste en la recopilación bibliográfica de la gran mayoría de
especificaciones técnicas relacionadas con la calidad de los materiales y
procedimientos constructivos de las obras con gaviones. Ellas son obtenidas por las
normas ASTM A 975 y ASTM A 974.
5.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS GAVIONES.
El gavión debe ser fabricado en red de alambre con revestimiento Galfán (Maccaferri
usa Galmac ® Galfán + Maccaferri; Gaviones Prodac, triple capa de zinc o
“galvanización pesada”, así como el Benzinal ® mas PVC) en los tipos y
dimensiones. Cada gavión puede ser dividido por diafragmas en casillas cuyo largo
de las mismas no deberán ser mayor de una y media el ancho del gavión.
Para el gavión tipo colchoneta tendrá las mismas especificaciones en cuanto a su
flexibilidad y galvanizado. La base, lados y dos caras del colchón deben estar hechas
de una lamina de malla de alambre (lamina principal). Paneles de partición, serán
hechos del mismo tipo de malla, los cuales deberán ser amarrados a la base de la
lamina principal para formar casillas de un metro en las que la colchoneta esta
dividida. La tapadera esta formada por una sola lamina.
Los gaviones deben estar certificados por el Burean Veritas Qualitu International con
la correspondiente aprobación bajo norma ISO 9002.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
115
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
5.2 LA MALLA
La malla deberá ser tejido hexagonal y las uniones formadas al doblar cada pareja en
tres medias vueltas, (triple torsión). El tamaño de la malla deberá ser conforme las
usualmente fabricadas (ver figura # 64, 65, ver anexo Página # XLIV, XLV). Los
tamaños mas usuales son de 6x8 cm y 8x10 cm, la selección de una de estas malla
depende del tamaño de la piedra disponible para el relleno.
El diámetro del alambre usado en la fabricación de la malla para gaviones sin PVC,
debe ser 2.2/2.4 mm y de 2.7/3.3 mm para los bordes laterales. El diámetro del
alambre usado en la fabricación de la malla para gaviones con PVC, debe ser 2.0/2.2
mm y 2.4/2.7 mm para los bordes laterales, mas el espesor del revestimiento de
PVC.
Tabla 5.1, Para gaviones tipo caja.
Alambre
De la malla
Galfán
Ø mm
2.40
PVC / Galfán
Ø mm
3.40 / 2.40
Del borde
3.00
4.00 / 3.00
De amarre
2.20
Fuente: Sinter, Nicaragua, Gaviones Maccaferri
3.20 / 2.20
Tabla 5.2, Para gaviones tipo Reno o Colchoneta.
Alambre
De la malla
PVC / Galfán
Ø mm
3.00 / 2.00
Del borde
3.40 / 2.40
De amarre
3.20 / 2.20
Fuente: Sinter, Nicaragua, Gaviones Maccaferri
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
116
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Tabla 5.3, Para gaviones tipo Saco.
Alambre
De la malla
PVC / Galfán
Ø mm
3.40 / 2.40
Del borde
4.00 / 3.00
De amarre
3.20 / 2.20
Fuente: Sinter, Nicaragua, Gaviones Maccaferri
5.3 EL ALAMBRE
Todo el alambre usado en la fabricación de los gaviones y para las operaciones de
amarre y atirantamiento durante la colocación en obra, deber ser de acero dulce
recosido y de acuerdo con las especificaciones B.S. (Bristish Standard) 1052/1980
Mild Steel Wire, o sea, el alambre deberá tener carga de ruptura media de 38 a 50
kg/mm2.
El diámetro del alambre usado en la fabricación de la red deberá ser 2.7 mm como
mínimo. En el caso de colchones el diámetro mínimo aceptado es 2.00 mm.
5.4 GALVANIZADO.
El alambre del gavión, de amarre y atirantamiento debe ser galvanizado de acuerdo
a las especificaciones B.S. (British Standard) 443/1982 Zinc Coating Qn Steel Wire, o
sea, el peso mínimo del revestimiento de zinc deberá ser de acuerdo a la tabla (5.4)
a continuación:
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
117
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
Tabla 5.4, Diámetro de alambre.
Diámetro Nominal del alambre (mm)
Peso Mínimo del Baño (gr/mt2)
2.00
240
2.20
240
2.40
260
2.70
260
3.00
275
3.40
275
3.90
290
Fuente: Especificaciones Técnicas, Sinter, Nicaragua, Gaviones Maccaferri
La adhesión del baño de zinc al alambre deberá ser tal que, después de haber
envuelto el alambre seis veces alrededor de un mandril, que tenga diámetro igual a
cuatro veces el del alambre, el revestimiento de zinc no tendrá que escamarse o
rajarse de manera que pueda ser quitado rascando con las uñas.
5.5 BORDES DE LOS GAVIONES.
Todos los bordes libres del gavión, inclusive el lado superior de los diafragma, deben
ser reforzados mecánicamente de manera que tal que no se deshile la red y para que
adquiera mayor resistencia. El alambre utilizado en los bordes reforzados
mecánicamente en gaviones sin PVC debe tener un diámetro mayor que el usado en
la fabricación de la malla, o sea, 2.7/3 mm el alambre utilizado en los bordes
reforzados mecánicamente en gaviones con PVC debe tener un diámetro mayor que
el usado en la fabricación de la malla, o sea, 2.4/2.7 mm.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
118
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
5.6 DIMENSIONES DE LOS GAVIONES
Las dimensiones en cuanto al alto, ancho y largo están sujetas a la tablas (3.1, 3.2,
3.3, 3.4) lo mismo que el tamaño del hexágono de la malla.
5.7 ALAMBRE DE AMARRE Y ATIRANTAMIENTO.
Se tendrá que proveer, junto con los gaviones una cantidad suficiente de alambre de
amarre y atirantamiento para la construcción de la obra. La cantidad estimada de
alambre es de 8 % para los gaviones de 1.00 mt de altura y de 6 % para los gaviones
de 0.50 mt en relación al peso de los gaviones suministrados.
El diámetro de amarre para los gaviones sin PVC debe ser de 2.2 mm. El diámetro
del alambre de amarre para gaviones con PVC debe ser de 2 mm.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
119
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
5.8 ESPECIFICACIONES REVESTIMIENTO PVC
ESPECIFICACIONES
REVESTIMIENTO
PVC
Espesor mínimo
garantizado para el
PVC
MACCAFERRI
PRODAC
0.40 mm
0.38 mm ASTM A
975-97
1.30 a 1.40 kg/m2
Peso especifico
1.30 a 1.35 kg/m2 ASTM D 792-66 (79)
ASTM D 792-66
(79)
50 a 60 shore D
50 a 60 shore D ASTM D 2240-75
Dureza
ASTM D 2240-75
(ISO 868-1978)
(ISO 868-1978)
Mayor que 210
Mayor que 210 kg/cm2 ASTM D 412Carga de Ruptura
kg/cm2 ASTM D
75
412-75
Mayor 200 %
Estiramiento
ASTM D 412-75
Al 100 % del estiramiento mayor que No menor que 20.6
Modulo de Elasticidad
190 kg/cm2
MPA ASTM 412-75
Perdida de peso
Perdida de peso menor 190 mg ASTM
menor que 12 %
Abrasión
D 1242-56 (75)
ASTM D 412-56
(75)
Cold Bend Temperature menor que –
Temperatura de
30ºC, BSS 2782-104 A (1970) Cold
Menor que –9 ºC
Fragilidad
Flex Temperature menor que +15ºC
ASTM D 746
BSS 2782/150 B(1976)
A 105 ºC por 24 horas a 2% a 105 ºC
Perdida de Peso por
por 240 horas, no mayor a 6%, norma
Volatilidad
ASTM D 1203-67 (74) (ISO 176-1976)
Y ASTM D 2287-78
La máxima penetración de la corrosión
desde una extremidad del hilo cortado,
deberá ser menor que 25 mm. Cuando
la muestra fuera inmergida por 2000
Corrosión
horas en una solución de 50% de HCl
(ácido clorhídrico 12 Be). La muestra
de PVC deberá ser sometida a los
ensayos de envejecimiento acelerado.
Fuente: Especificaciones de empresas que fabrican Gaviones Maccaferri y Prodac.
Maccaferri con presencia en Nicaragua, y Prodac consultada a través del Internet.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
120
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
5.9 VARIACIONES PERMITIDAS DE LAS CARACTERÍSTICAS
INICIALES.
Ciertas variaciones de las características iniciales ser permitirán, como se especifica
a continuación, cuando el espécimen se somete a las pruebas siguientes.
5.9.1 PRUEBA SPRAY SALADO
De acuerdo con el ASTM B 117-73 (79) en las condiciones siguientes:
Concentración de solución de sal NaCl
5%
Prueba de Temperatura
32º C ± 2º C
Presión de Nieblas
1 Atmósfera
Solución PH
6.50
Periodo de Prueba
1500 horas
Fuente: Especificaciones Técnicas, Sinter, Nicaragua, Gaviones Maccaferri
5.9.2 PRUEBAS DE INMERSIÓN CONTINUA
De acuerdo con las normas ASTM B 185-437 en las condiciones siguientes:
Concreto de agua salada
5%
Prueba de Temperatura
20º C ± 5 º C
Solución PH
6.7
Porcentaje de Volumen
4 lt/dm2
Periodo de Prueba
200 días
Fuente: Especificaciones Técnicas, Sinter, Nicaragua, Gaviones Maccaferri
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
121
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
La prueba se efectúa añadiendo 1 % de un activador no iónico (Tergitol NXP) para
someter la muestra a una prueba severa y favorecer el efecto lento entre el centro
del alambre y el baño con PVC.
5.9.3 PRUEBA DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO
Al exponer a rayos ultravioletas por medio “Weather Ometer Atlas” la prueba de
acuerdo con ASTM D 1499-64 (67), ASTM G 23-69 (75) usando lámparas de sal de
arcos de carbón de acuerdo con el programa “Cam base n.7 (E)” y por un periodo de
2000 horas.
5.9.4 PRUEBA DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO A ALTAS
TEMPERATURA.
Expuesto a 100º C por un periodo continuo de 2000 horas de acuerdo con las
especificaciones de fabricas.
Después que las pruebas anteriores se han realizado el baño PVC deberá mostrar
las características siguientes:
a. La fuerza de tensión según ASTM D 412; no deberá mostrar valores abajo del 75
% de su características inicial.
b. Alargamiento según ASTM D 412; no deberá mostrar valores debajo del 75 % de
la característica inicial.
c. Modulo de elasticidad según ASTM D 412; no deberá ser menor del 250 kg/cm2.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
122
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
d. Temperatura de fragilidad según BSS 2782-1065 método 104 A: No deberá ser
mas de 35º C a temperatura a fría a enrollar.
e. Dureza, según ASTM D 1706-61: La dureza no deberá tener ningún cambio en su
característica inicial de 60 – 65 “shores” unidad D.
f. Prueba de abrasión según DIN 53316; la prueba de peso no deberá ser mayor de
150 mg.
5.10 TOLERANCIA.
Se refiere a la variación máxima y mínima permitida en el grueso del alambre y
dimensiones de los gaviones.
5.10.1 TOLERANCIA DE LOS DIÁMETROS DEL ALAMBRE
Una tolerancia en el diámetro de todo el alambre que forma el gavión será permitida,
cuando este en el ± 2.50 % (BSS 1052-42); consecuentemente el peso del gavión
esta sujeto a una tolerancia de ± 5 % (que corresponde a una tolerancia de menos
del 2.5 % establecida para el diámetro del alambre).
5.10.2 TOLERANCIA EN DIMENSIONES DEL GAVION.
Una tolerancia de ± 5 % de ancho y de la altura del gavión y una tolerancia de ± 3 %
del largo permitido.
Para el caso de colchones metálicos el largo y ancho estarán sujetos a una
tolerancia de ± 3 % y el grueso a una tolerancia de 2.50 cm.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
123
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
5.11 PRUEBA DE ALARGAMIENTO, FLEXION Y ENROLLAMIENTO
DEL ALAMBRE
El alargamiento bajo la acción de la carga de 50 kg/mm2 permitido será en 10 %,
relativo a una longitud de 10 cm.
La flexión: el hilo de alambre sostenido en una prensa de bordes redondeados con
un diámetro de dos veces el diámetro del alambre deberá soportar sin romperse diez
plegados sucesivos de 90 º (grados). Los plegados se efectuaran en un mismo plano,
con amplitud de 180 º (grados).
El enrollamiento: el alambre deberá poderse enrollar sobre un eje de 4 veces el
diámetro del alambre; en espiral apretados, sin que el zinc se desprenda o se
agriete.
El alambre deberá soportar sin que aparezca el hierro a un parcialmente 4
inmersiones sucesivas de un minuto cada uno en un solución de sulfato de cobre
cristalizado, cuya concentración será una parte por peso de cristales a 5 partes por
peso de agua. La temperatura del baño será de 15 º C entre cada inmersión. Las
muestras deberán curarse, secarse y examinarse.
5.12 MATERIAL DE RELLENO.
Las piedras usadas para el relleno de los gaviones deberán ser sólidas y durables en
la figura # 36 (ver anexo Página
# XXVII) se muestra una tabla de gravedad
especifica versus pesos unitarios del material de relleno, basada en una porosidad
de 30 %.
No se deberá admitir en absoluto, los materiales de peso unitario bajo, friables, etc.
El material de relleno tendrá que estar bien acomodado para obtener el máximo
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
124
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
relleno, procurando siempre que la piedra de menor diámetro queden al centro del
gavión y las grandes en el exterior.
5.13 ARMADO Y COLOCACIÓN DEL GAVION.
Los gaviones deberán colocarse de acuerdo a las recomendaciones del fabricantes.
Los gaviones deberán ponerse sobre una base lisa, líneas finales y pendientes serán
aprobadas por el ingeniero.
Cada unidad de gavión deberá ensamblarse uniendo todos los bordes verticales con
amarres de alambres con separación de aproximadamente 6” o con una pieza de
alambre que conecte el tejido alrededor de los bordes verticales con una espiral cada
4”.
Las unidades vacías de gavión deberán colocarse a la pendiente y línea como
aparecen en los planos. Los amarres deberán usarse para juntar las unidades en la
misma forma que se describió anteriormente para el ensamblaje. Los amarre interno
deberán ser uniforme vario y afianzado fuertemente en cada casilla de estructura.
5.14 METODO DE MEDIDA.
Los gaviones serán medidos en metros cuadrados de cara frontal de muro o por
metro cúbico de la estructura.
Los colchones de revestimiento serán medidos en metros cuadrados. 9
9
Nic-2000, Sección 918; Página # 480
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
125
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
5.15 FORMA DE PAGO.
Las cantidades aceptadas, medidas según lo prescrito en el artículo precedente,
serán pagadas al precio de contrato por unidad de medida para los conceptos de
pago listados más adelante que aparezcan en el Pliego de Licitación, precio y pago
que serán compensación total por el trabajo prescrito en esta sección, incluyendo la
mano de obra, materiales, equipo, herramientas e imprevistos para completarlo
satisfactoriamente.
Los pagos serán hechos bajo los siguientes conceptos de pago:10
Tabla 5.5 Concepto de pago para los gaviones.
CONCEPTO DE PAGO
UNIDAD DE MEDIDA
918 (1) Gaviones, galvanizados o revestido con aluminio
Metro Cuadrado
918 (2) Gaviones, revestido con PVC
Metro Cuadrado
918 (3) Gaviones, galvanizados o revestidos con aluminio
Metro Cúbico
918 (4) Gaviones, revestidos con PVC
Metro Cúbico
918 (5) Colchones de revestimiento, galvanizado o
revestidos con aluminio
918 (6) Colchones de revestimiento, revestido con PVC
Metro Cuadrado
Metro Cuadrado
Fuente: Nic – 2000, MTI.
10
Nic-2000, Sección 918; Página # 480
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
126
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
6. CONCLUSIONES
Después de haber investigado y elaborado el presente trabajo monográfico se
obtuvieron las conclusiones siguientes:
1. Las obras de construcción, para protección y recuperación en fondo y paredes de
cauces y muro de contención, a base de gaviones, son sencillas, funcionales y se
integran de manera armónica con la naturaleza.
2. Los gaviones tienen entre una de sus características, la flexibilidad, lo que
significa que son capaces de absorber cualquier movimiento mediante pequeñas
deformaciones sin que la obra se fracture.
3. Las construcciones de obras diseñadas con gaviones no requieren de mano de
obra especializada.
4. El costo de obras diseñadas con gaviones es bajo en comparación con obras
diseñadas con otros materiales.
5. Para el análisis estructural de construcciones de muros de contención a base de
gaviones se usan los mismos criterios que para muro de gravedad construido con
otros materiales.
6. En el análisis estructural de construcciones de las cortinas en cauce a base de
gaviones se usan los mismos criterios que para cortinas construida con otros
materiales.
7. Los requerimientos para el diseño estructural tanto para las cortinas en cauce y
muros de contención, a base de gaviones, son iguales.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
127
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
7. RECOMENDACIONES
1. Cuando se proyecten muros transversales a la corriente o cortinas de relativa
importancia se recomienda protegerla contra posibles socavaciones aguas abajo
del vertedero, utilizando para tal fin; delantales formados por colchonetas.
A continuación se presentan los largos mínimos recomendables de las
colchonetas metálicas en la caída del vertedor, dependiendo del tipo del suelo.
MATERIAL
LARGO (mt)
Grava
2.00
Arena áspera y media
3.00
Arcilla
3.00
Arena fina sedimentosa
4.00
En todos los casos, el largo de la plancha o colchoneta nunca deberá ser menor
que el alto del vertedero.
Figura # 7.1, Esquema de longitud para lecho dependiendo del tipo de suelo.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
128
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
2. La piedra de relleno debera tener un peso especifico mayor que el agua clara de
1 ton/m3. Si se utiliza piedra basáltica del volcán Masaya, como material de
relleno, esta deberá mezclarse con piedra de mayor peso especifico, para obtener
mejores resultados.
3. Que la universidad (UNI-RUPAP) haga llegar esta información a las alcaldías u
otras instituciones de nuestro país puedan hacer uso de los gaviones para la
protección y control de la erosión hídrica.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
129
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
8. BIBLIOGRAFIA
8.1 TEXTO
1. Estévez, A. 2002, Tipos de Construcciones Hidráulicas. Chile / tesis, Universidad
Católica de Maule.
2. Manual de Gaviones, Sinter Nicaragua, Gaviones Maccaferri, 1999.
3. Manual de Gaviones Prodac, Productos de Acero Cassado, S.A., Perú, Versión
2000.
4. Especificaciones Técnicas, Sinter Nicaragua, Gaviones Maccaferri, 1990.
5. Agostini R. Lunardi. El Uso de Gaviones en Construcciones, Boletín Técnico
publicado por la oficina Técnica, S.P.A. Maccaferri, Tercera edición 1968, Italia.
6. Manual de Gaviones Lemac S.A. de C.V., Coahuila, México, 2004.
7. Manual de Proceso de Instalación de Gaviones Lemac S.A. de C.V., Coahuila,
México, 2004.
8. Muro de Retención, Gaviones Lemac S.A. de C.V., Coahuila, México, 2004.
9. Protección en Río, Gaviones Lemac S.A. de C.V., Coahuila, México, 2004.
10. Estructuras Flexibles en Gaviones en las Obras de Contención, Sinter Nicaragua,
Gaviones Maccaferri.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
130
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
11. Muro de Contención, Sinter Nicaragua, Gaviones Maccaferri, 1990.
12. Gawac BR-2.0 Manual de Referencia y Uso, Sinter Nicaragua, Gaviones
Maccaferri, 1995.
13. Juares Badillo, Rico Rodríguez, Mecánica de Suelos Vol. I, II, III, tercera edición
editorial Limusa, México 1975.
14. Sotelo Ávila Gilberto, Hidráulica General, Vol. I, Fundamentos editorial Limusa,
México 1974.
15. Nic. 2000, MTI, Nicaragua.
16. Pirka Soft v1.o, Manual del Usuario y Referencias Técnicas, Gaviones Prodac,
Perú 2004.
17. Obras Fluviales y Marítimas, Chile, Universidad Católica de Maule, Tesis.
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
131
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
8.2 INTERNET
1. Muros e Ingeniaría de Taludes S.L. 2005 (En Línea) http://www.murotalud.com
2. Gaviones Maccaferri, 2005 (En Línea) http://www.maccaferri.com.br
3. Gaviones y Otras Soluciones en Material de Doble Torsión, 2004 (En Línea)
http://www.soluciones.vdirect.com
4. Recomendaciones
de
Diseño,
Gaviones
Lemac,
2004.
(En
Línea)
http://www.lemac.com.mx
5. Especificaciones
Técnicas,
Gaviones
Prodac,
2005
(En
Línea)
Gaviones
Prodac,
2005
(En
Linea)
http://www.gavion.com
6. Manual
de
Referencias
http://www.prodac.com.pe
7. Manual de Gaviones, 2005 (En Línea) http://www.abianchini.es
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
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USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
9. ANEXOS
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
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USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
INDICE
1. DESCRIPCIÓN DEL GAVION ................................................................................ 1
1.1 INTRODUCCION .................................................................................................. 1
1.2 GENERALIDADES ............................................................................................... 3
1.3 OBJETIVOS.......................................................................................................... 4
1.3.1 GENERAL....................................................................................................... 4
1.3.2 ESPECIFICOS................................................................................................ 4
1.4 DEFINICION DE GAVION..................................................................................... 5
1.5 TIPOS DE GAVION .............................................................................................. 6
1.5.1 GAVION TIPO CAJA ...................................................................................... 6
1.5.2 GAVION TIPO RENO O COLCHONETA........................................................ 6
1.5.3 GAVION TIPO SACO ..................................................................................... 7
1.5.3.1 PRINCIPALES APLICACIONES .............................................................. 7
2. CARACTERÍSTICAS Y APLICACIÓN DEL GAVION ............................................ 8
2.1 CARACTERISTICAS DEL GAVION ..................................................................... 8
2.1.1 FLEXIBILIDAD................................................................................................ 8
2.1.2 ADAPTABILIDAD Y RESISTENCIA A ESFUERZOS DE COMPRESIÓN...... 9
2.1.3 PERMEABILIDAD. ........................................................................................ 10
2.1.4 VERSATILIDAD. ........................................................................................... 11
2.1.5 DURABILIDAD.............................................................................................. 11
2.1.6 ECONOMIA. ................................................................................................. 12
2.2 APLICACIONES DEL GAVION .......................................................................... 14
2.2.1 MUROS DE CONTENCIÓN O SOSTENIMIENTO. ...................................... 14
2.2.1.1 EL USO DE LOS GAVIONES ES VARIADO USADO COMO MUROS DE
CONTENCIÓN EN: ............................................................................................ 15
2.2.2 CORTINA PARA PREVENCION EN FONDO Y PAREDES DE CAUCES ... 17
2.2.2.1. ESTABILIZACIÓN DEL PROCESO TORRENCIAL. ............................. 20
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
134
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
2.2.2.2. ESTABILIZACIÓN DE LAS LADERAS.................................................. 20
2.2.2.3. LA DEFENSA DE LOS TERRENOS AMENAZADOS POR LA EROSION.
........................................................................................................................... 21
2.2.3 ESPIGONES................................................................................................. 21
2.2.3.1 CARACTERISTICAS.............................................................................. 23
3. REQUERIMIENTO MINIMO PARA EL ARMADO DE GAVIONES ...................... 25
3.1 SUMINISTRO Y DISPOSICION EN OBRA......................................................... 25
3.2 DIMENSIONES DE LA CANASTA Y CARACTERÍSTICA DE LA MALLA QUE
LO FORMAN............................................................................................................. 25
3.3 REQUISITO DEL MATERIAL DE RELLENO DE LA CANASTA. ...................... 30
3.4 ARMADO Y COLOCACIÓN DE LOS GAVIONES. ............................................ 30
3.5 REQUERIMIENTO MINIMO PARA EL DETALLE ENTRE CANASTAS............ 31
3.6 DETALLES Y REQUERIMIENTOS MINIMO EN EL DOBLADO DEL ALAMBRE
CON QUE SE UNEN LOS GAVIONES. ................................................................... 33
3.6.1 REQUERIMIENTO MINIMO PARA EL DOBLADO DE LAS ESQUINAS...... 33
3.6.2 REQUERIMIENTO MINIMO PARA AMARRE ENTRE GAVION Y GAVION. 33
3.7 REQUERIMIENTO PARA EL LLENADO DE GAVION. ..................................... 33
3.8 REQUERIMIENTO PARA EL TAPADO DE GAVION. ....................................... 34
4. CRITERIOS DE GAVIONES ................................................................................. 35
4.1 CRITERIOS GENERALES DE GAVIONES........................................................ 35
4.2 INFORMACION NECESARIA PARA EL DISEÑO. ............................................ 36
4.2.1 ESTRUCTURAL. .......................................................................................... 37
4.2.2 HIDRAULICA ................................................................................................ 37
4.2.3 TOPOGRAFICA............................................................................................ 38
4.2.4 MECANICA DE SUELOS. ............................................................................ 38
4.3 PROPIEDADES ESTRUCTURALES DEL GAVION........................................... 39
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
135
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.3.1 COMPARACION DEL GAVION CON OTROS MATERIALES...................... 39
4.3.2 CALCULO DEL PESO ESPECIFICO DEL GAVION..................................... 42
4.4 ANALISIS ESTRUCTURAL Y DISEÑO.............................................................. 43
4.4.1 CRITERIOS DE CALCULO DE MUROS DE CONTENCIÓN ....................... 43
4.4.1.1 CALCULO DE EMPUJE......................................................................... 43
4.4.1.2 CRITERIO DE VERIFICACIÓN DE LA ESTABILIDAD. ......................... 48
4.4.1.3 VERIFICACIÓN DE LA SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO. ................ 48
4.4.1.4 VERIFICACION DE LA SEGURIDAD AL VUELCO ............................... 50
4.4.1.5 VERIFICACION DE LAS TENSIONES TRANSMITIDA AL TERRENO. 51
4.4.1.6 VERIFICACION DE SECCIONES INTERMEDIA................................... 53
4.4.1.7 SEGURIDAD A LA ROTURA GLOBAL.................................................. 55
4.4.1.8 METODO BISHOP. ................................................................................ 57
4.4.1.9 DETERMINACION DEL CIRCULO CRITICO (METODO SIMPLEX) ..... 60
4.4.1.10 RECOMENDACIONES DE DISEÑO.................................................... 62
4.4.1.11 DISEÑO DE MURO DE CONTENCION............................................... 65
4.4.2 CRITERIO DE DISEÑO PARA CORTINA EN CAUCE................................. 74
4.4.2.1 EMPOTRAMIENTO................................................................................ 74
4.4.2.2 CIMENTACION. ..................................................................................... 75
4.4.2.3 ALTURA. ................................................................................................ 78
4.4.2.4 EJEMPLO ILUSTRATIVO DEL CALCULO. ........................................... 80
4.4.2.5 VERTEDERO. ........................................................................................ 83
4.4.3 CRITERIO DE CALCULO DE ESPIGONES................................................. 90
4.4.3.1 DISEÑO DE LOS ESPIGONES ............................................................. 90
4.4.3.2 LOCALIZACIÓN EN PLANTAS.............................................................. 90
4.4.3.3 LONGITUD DE LOS ESPIGONES......................................................... 91
4.4.3.4 MÉTODO DE SOCAVACIÓN EN CURVAS (Lebediev) ......................... 91
4.4.3.5 SEPARACIÓN DE LOS ESPIGONES.................................................... 92
4.4.3.6 ORIENTACIÓN Y FORMA DE LOS ESPIGONES ................................. 93
4.4.3.7 ELEVACION Y PENDIENTE DE LA CORONA ...................................... 96
4.4.3.8 PERMEABILIDAD DE LA OBRA............................................................ 97
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
136
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
4.4.3.9 DIMENSIONAMIENTO DE LOS ESPIGONES....................................... 98
4.5 FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE UNA ESTRUCTURA DE GAVIONES......... 99
4.5.1 EMPUJE DE TIERRAS................................................................................. 99
4.5.2 EL ESTUDIO DE LOS ESFUERZOS. CONVENIO Y TERMINOLOGÍA..... 100
4.5.3 PRESION ACTIVA...................................................................................... 106
4.5.4 PRESION PASIVA...................................................................................... 106
4.5.5 CALCULO SIMPLIFICADO DE LAS PRESIONES ACTIVA Y PASIVA ...... 107
4.5.5.1 SUELO NO COHESIVO(1) .................................................................... 107
4.5.5.2 SUELO COHESIVO SIN RESISTENCIA A LA FRICCION. ................. 108
4.5.5.3 SUELO COHESIVO CON FRICCION INTERNA ................................. 109
4.5.6 INFLUENCIA DE LA PRESION HIDROSTATICA ...................................... 110
4.5.7 LA SUBPRESIÓN ....................................................................................... 112
4.5.8 DEFORMACION MINIMA PARA PRODUCIR LOS ESTADOS ACTIVO Y
PASIVO. .............................................................................................................. 112
4.5.9 EL PESO DE LA ESTRUCTURA................................................................ 113
4.5.10 ANALISIS DE ESTABILIDAD CON RELACION AL MATERIAL QUE FORMA
LA ESTRUCTURA DE GAVIONES. .................................................................... 113
5.ESPECIFICACIONES TÉCNICAS....................................................................... 115
5.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS GAVIONES. ............................................ 115
5.2 LA MALLA ........................................................................................................ 116
5.3 EL ALAMBRE................................................................................................... 117
5.4 GALVANIZADO. ............................................................................................... 117
5.5 BORDES DE LOS GAVIONES......................................................................... 118
5.6 DIMENSIONES DE LOS GAVIONES ............................................................... 119
5.7 ALAMBRE DE AMARRE Y ATIRANTAMIENTO. ............................................ 119
5.8 ESPECIFICACIONES REVESTIMIENTO PVC................................................. 120
5.9 VARIACIONES PERMITIDAS DE LAS CARACTERÍSTICAS INICIALES....... 121
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137
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
5.9.1 PRUEBA SPRAY SALADO ........................................................................ 121
5.9.2 PRUEBAS DE INMERSIÓN CONTINUA.................................................... 121
5.9.3 PRUEBA DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO........................................ 122
5.9.4 PRUEBA DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO A ALTAS TEMPERATURA.
............................................................................................................................. 122
5.10 TOLERANCIA................................................................................................. 123
5.10.1 TOLERANCIA DE LOS DIÁMETROS DEL ALAMBRE............................. 123
5.10.2 TOLERANCIA EN DIMENSIONES DEL GAVION. ................................... 123
5.11 PRUEBA DE ALARGAMIENTO, FLEXION Y ENROLLAMIENTO DEL
ALAMBRE .............................................................................................................. 124
5.12 MATERIAL DE RELLENO.............................................................................. 124
5.13 ARMADO Y COLOCACIÓN DEL GAVION. ................................................... 125
5.14 METODO DE MEDIDA.................................................................................... 125
5.15 FORMA DE PAGO.......................................................................................... 126
6. CONCLUSIONES ............................................................................................... 127
7. RECOMENDACIONES ....................................................................................... 128
8. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 130
8.1 TEXTO .............................................................................................................. 130
8.2 INTERNET ........................................................................................................ 132
9. ANEXOS ............................................................................................................. 133
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
138
USO DE GAVIONES EN MURO DE CONTENCIÓN Y CORTINA EN CAUCE
INDICE DE TABLAS
Tabla 2.1 distribución de cuadrilla. ............................................................................ 13
Tabla 2.2 Comparación de una estructura de gavión versus otros tipos de
construcción. ...................................................................................................... 13
Tabla 3.1 Gaviones Caja – Malla tipo 8 x 10 Ø 2.4 mm Galfán................................. 26
Tabla 3.2 Gaviones Caja – Malla tipo 8 x 10 Ø 2.4 mm Plastificado ......................... 27
Tabla 3.3 Colchones Reno – Malla tipo 6 x 8 ............................................................ 28
Tabla 3.4 Gaviones Saco – Malla tipo 8 x 10 Ø 2.40 mm Plastificado ...................... 29
Tabla 3.5 Tiempo de colocación para los gaviones................................................... 32
Tabla 4.1 Tipo de suelo. ............................................................................................ 40
Tabla 4.2, Tipo de arcilla. .......................................................................................... 40
Tabla 4.3. Valores admisibles para terreno de fundación. ........................................ 41
Tabla 4.4. Tabla de esfuerzo..................................................................................... 41
Tabla 4.5, Gravedad especifica................................................................................. 49
Tabla 4.6, Tabla de compactación para arena y arcilla. ............................................ 52
Tabla 4.7 Valores de Tubificación. ............................................................................ 77
Tabla 4.8. relación de altura y cantidad de muros..................................................... 82
Tabla 4.9 Costo de muro por altura........................................................................... 82
Tabla 4.10. Formulas experimentales de µ ............................................................... 87
Tabla 4.11A. Deflexión mínima requerida en la corona para producir los estados
activos y pasivos. ............................................................................................. 113
Tabla 4.11B. Esfuerzos de compresión de diferentes materiales............................ 114
Tabla 5.1, Para gaviones tipo caja. ......................................................................... 116
Tabla 5.2, Para gaviones tipo Reno o Colchoneta. ................................................. 116
Tabla 5.3, Para gaviones tipo Saco......................................................................... 117
Tabla 5.4, Diámetro de alambre. ............................................................................. 118
Tabla 5.5 Concepto de pago para los gaviones. ..................................................... 126
-Presentada Por: Br. Carlos Uriel Angulo Mayorga y Br. Manuel Horacio López Lira
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