Puntos y Zonas Criticas

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13. PUNTOS Y ZONAS CRITICAS

13.1 ANTECEDENTES

El da sbado 23 de Junio del ao 2001, un terremoto de magnitud 6.9 mb, afect toda la

Panamericana sur, con epicentro en la regin sur y cerca de la lnea de costa. Debido a

este suceso, la empresa C.P.S. de Ingeniera S.A.C. realiz el Estudio Definitivo para la

ejecucin de la obra: Rehabilitacin y Reconstruccin de Puntos Crticos de la Carretera

Panamericana Sur.

Los puntos y zonas criticas ubicados a lo largo del tramo en estudio Tramo Puente Santa

Rosa Puente Montalvo debidos al efecto del sismo, son en total 35 con una longitud

acumulada de 4.53 Km. siendo algunos de ellos actualmente reparados por la Zonal de

Tacna.

De este estudio realizado en el ao 2003, se determin que los mayores daos causados

por el sismo fue la generacin de grietas y el desprendimiento de las bermas y daos en

partes del carril situadas en rellenos con ngulos de inclinacin del talud muy inclinados.

Debindose estos ngulos de inclinacin elevados al proceso de rehabilitacin de la

Panamericana Sur efectuado alrededor de los aos 80 y posteriormente en los aos 90.

Gran parte de las bermas construidas, as como su derrame no fueron debidamente

conformadas, adicionndoles que las bermas se encuentran en la cresta de los

terraplenes originaron su colapso y/o mayor dao en las mismas por efecto del sismo

registrado en el ao 2001. En los taludes de corte como de relleno conformados

adecuadamente no se observaron fallas, por el cual solo es necesario reconstruir las

bermas daadas o desde el terrapln subyacente.

Por otro lado el ancho de las bermas en la mayor parte de las zonas criticas tiene

dimensiones reducidas, significando un riesgo desde el punto de seguridad vial. Ante

esto, la ampliacin de las bermas de aquellos sectores resulta necesario y ms an si

son rellenos altos.

Estudio Definitivo para el Mantenimiento Peridico de la Carretera Panamericana Sur Tramo: Puente Santa Rosa Puente Montalvo

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Las soluciones que propuso el Consultor para estos sectores crticos fueron:

a) Para el caso de ampliacin y/o reparacin de los terraplenes donde se apoyarn

las bermas, se realizar una reparacin del terrapln con material propio y/o de

cantera muros de suelo reforzado con geotextiles.

b) Para el caso de estabilizar todo el talud que contiene la berma, el terrapln y la

estructura de contencin ser un terrapln de suelo reforzado con geotextiles.

Estas soluciones tiene como objetivo principal solucionar los problemas generados en la

plataforma de la carretera producto del sismo, aumentando la seguridad de la circulacin

por dicha importante carretera nacional.

13.2 EVALUACION REALIZADA

Adicionalmente a estos 35 puntos crticos ubicados a lo largo del tramo, se ubic 2

puntos crticos en las progresivas 1071+830 1071+910 y 1075+240 1075+390, cuyas

fichas de evaluacin se adjuntan y se observa que, la berma del carril que se encuentra

en relleno se ha cado y en algunos sectores ya no existe, para el cual se propone

estabilizar todo el talud que contiene la berma mediante un terrapln de suelo reforzado

con geotextiles. Los planos de estas zonas crticas se encuentran en los Planos ZC-01 y

ZC-02.

13.3 ASPECTOS GENERALES PARA EL ANLISIS Y DISEO a) Topografa y Clima La topografa de la zona en estudio constituye un ascenso y descenso por secciones a

media ladera con taludes que varan su inclinacin entre los 27 y 36. Tanto en el

ascenso como en el descenso existen curvas de radios variables, y de caracterstica

ondulada hasta la parte plana del valle del ro Moquegua. Predomina un clima desrtico,

no habindose registrado lluvias significativas en los ltimos aos.

b) Sismicidad El Per est ubicado en una de las reas de actividad ssmica ms activas del mundo,

formando parte del cinturn circunpacifico. De acuerdo al estudio de micro zonificacin


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ssmica efectuado por convenio CISMID-UNI-CONCYTEC, para la ciudad de Moquegua

para un periodo de exposicin ssmica de 50 aos, se espera una aceleracin pico de

0.41 g.

c) Coeficiente Ssmico El valor del coeficiente ssmico se toma como un porcentaje de la mxima aceleracin

ssmica, aproximadamente entre 1/3 y de la aceleracin mxima de la zona,

determinada de un estudio de peligro ssmico o del registro de aceleraciones en tiempo-

historia. De acuerdo al registro de aceleraciones del sismo de Moquegua, donde se

observo que la aceleracin pico fue de 0.41 g, el valor adoptado del coeficiente ssmico

es de 0.2 g.

d) Caractersticas de los Materiales del Talud De los resultados de laboratorio y de la recopilacin de la informacin de campo fueron

estimadas las propiedades de resistencia del suelo. A continuacin se presenta los

parmetros de resistencia, utilizados para el anlisis de estabilidad.

Parmetros de resistencia utilizados en el Anlisis

Material

( )

c (KN/m2)

(KN/m3)

Grava 34 0 19.9

13.4 ESTABILIZACIN DE LOS TALUDES a) Diagnostico y Planteamiento del Problema De acuerdo a la evaluacin realizada en campo, se determin que los mayores daos

ocasionados fueron la generacin de grietas, desprendimiento de las bermas y daos en

partes del carril situadas en rellenos. Por otro lado, el ancho de las bermas tiene

dimensiones reducidas por lo que originar la necesidad de su ampliacin.

b) Solucin Propuesta Ante esta situacin se planteo la alternativa de muros de tierra reforzada con geotextiles,

solucin tcnicamente mas adecuada, debido a poseer propiedades de flexibilidad a


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diferencia de un muro rgido, descartndose adems el tendido de talud por ser los

rellenos demasiado altos y con pendiente pronunciada, lo que originaria mucho

movimiento de tierras

c) Muro de Suelo Reforzado con Geotextil La tcnica del suelo reforzado con geosintticos consiste en la inclusin de estos

materiales obteniendo un material compuesto ms resistente y menos deformable que el

suelo solo. La combinacin de las propiedades de los materiales y la interaccin entre

ellas puede resultar un material con propiedades de ingeniera suficientes para un buen

desempeo en diversos tipos de obras. Los geotextiles utilizados corresponden al tipo de

Geotextiles Tejidos, cuyas caractersticas se indican en las especificaciones tcnicas

correspondientes.

El diseo de esta estructura se fundamenta en el mtodo clsico de Empujes de Tierra de

Rankine combinado con la resistencia a la tensin de elementos de refuerzo. El diseo se

realiza analizando la capacidad interna (estabilidad entre el suelo de relleno y el refuerzo

dentro de la masa de suelo reforzado) y la estabilidad externa (considerando a la

estructura como un todo respecto al suelo adyacente).

d) Cargas de Trnsito Vehicular de Diseo Las cargas de trnsito vehicular de diseo utilizadas para la verificacin del anlisis de

estabilidad de los muros de suelo reforzado son las aplicadas por un camin de por lo

menos un eje tandem, de ruedas duales, con una carga de 18 toneladas por eje ms un

porcentaje de por exceso de carga; y las aportadas por una sobrecarga repartida de 1.00

ton/m2 comnmente adoptada para muros carreteros. Estas cargas actuarn en distintos

lugares del muro.

e) Anlisis de estabilidad interna Este anlisis consiste en verificar la posibilidad de desarrollo de un proceso de ruptura en

el interior de la masa del muro, este mecanismo de ruptura inducir esfuerzos en el

elemento de refuerzo pudiendo provocar la ruptura del material por rompimiento debido a

la traccin o por deficiencias del anclaje (desgarro). La verificacin se efecta sobre los

valores de separacin, anclaje y traslape obtenidos en el clculo esttico de la estructura,

adicionando para esta verificacin, las fuerzas dinmicas generadas por sismo. Para tal

efecto, los factores mnimos adoptados en todos los casos son:


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FS (Traccin) : FS (esttico) > 1.3 y FS (dinmico) > 1.1

FS (Desgarro) : FS (esttico) > 1.3 y FS (dinmico) > 1.1

f) Anlisis de estabilidad externa Las revisiones por estabilidad externa incluyen las tpicas para cualquier estructura de

retencin es decir, deslizamiento, volteo y capacidad de carga.

Verificacin al deslizamiento Esta verificacin consiste en calcular el factor de seguridad contra el

deslizamiento en la base de la estructura. Este calculo es efectuado de modo

anlogo al empleado en estructuras de contencin convencionales. El factor de

seguridad seria dado por la razn entre las fuerzas que resisten al deslizamiento y

las fuerza que ayudan al deslizamiento.

FS(Deslizamiento): FS (esttico) > 1.5 y FS (dinmico) >1.1

Verificacin al volteo Anlogamente a los casos de estructuras de contencin el anlisis de volteo

consiste en verificar la posibilidad de que la estructura gire alrededor de su pie. El

factor de seguridad contra el volteo es definido como la razn entre la suma de los

momentos, con relacin al pie de la estructura, de las fuerzas que resisten y las

fuerzas que ayudan al volteo.

FS(Volteo): FS (esttico) > 2.0 y FS (dinmico) >1.5

Verificacin de la Capacidad de Carga del Suelo de cimentacin Al ser analizado estas estructuras de retencin como un cuerpo slido, el peso del

muro y las sobrecargas actuantes se calculan como un todo actuando sobre el

rea apoyada, que en este caso corresponde al rea total donde se apoya el

camin. Sin embargo, por la variabilidad de las dimensiones de los camiones en

cuanto a la longitud y ancho que tienen el eje de diseo considerado, el clculo de

la carga vehicular transmitida a la cimentacin se efectuar considerando el

criterio de boussinesq para las cargas puntuales actuantes.

Se adoptan los conceptos de Meyerhoff (1953) para determinar la presin

uniformemente distribuida sobre el terreno de cimentacin. Este valor obtenido

seria entonces comparado con la capacidad de carga do terreno de cimentacin a


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travs de la expresin propuesta para un elemento de cimentacin tipo zapata

corrida (Terzaghi & Peck, 1967)

FS(Capacidad de carga) : FS (esttico) >2.5

g) Dimensionamiento de los Muros Reforzados con Geosintticos En los planos adjuntos (ZC-01 y ZC-02) se muestran los detalles de los muros reforzados

con geotextil.

Verificacin de la estabilidad interna El clculo de la separacin de capas, longitudes de anclaje y traslape consideran

la resistencia aceptable del geotextil y un factor de seguridad antes mencionado.

Verificacin de la estabilidad externa De acuerdo a los factores de seguridad mnimos requeridos y a los factores de

seguridad calculados se observan que los muros proyectados cumplen con la

verificacin de la estabilidad, donde los factores de seguridad calculados son

mayores que los requeridos.

h) Caractersticas Mecnicas del Geotextil Utilizado Los geotextiles utilizados para el diseo de los muros reforzados corresponden al tipo de

Geotextiles Tejidos, cuyas caractersticas se indican en las especificaciones tcnicas

correspondientes.

Una de las caractersticas mecnicas bsica para el dimensionamiento de estas

estructuras corresponde al valor MARV de la resistencia a la Tensin ltima tira ancha,

las cuales dependen del tipo de muro. Para nuestro caso dicha resistencia ser de 55

KN/m mnimo. Para el clculo de la tensin admisible o aceptable del geotextil, se ha

utilizado los factores de seguridad global de 6.19 y se espera una elongacin en el orden

del 5%.

i) Consideraciones de Carcter Constructivo Las estructuras adecuadamente diseadas por resistencia tiene que ser complementado

por un adecuado control durante la ejecucin de tal manera que aseguren no solo el

cumplimiento del diseo, sino tambin la durabilidad del elemento sinttico utilizado. Para

tal efecto, en consideracin de que al ser un material polimrico, su proteccin a la


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exposicin de los rayos ultravioleta (UV) resulta importante para evitar prdidas en su

resistencia.

Para disminuir el tiempo de exposicin de estos materiales en los muros a dichos rayos

se ha previsto lo siguiente:

Proteccin del geotextil colocado y expuesto en el muro mientras dure la construccin; toda vez de que la construccin puede durar desde 1 semana a 15 das ms, dependiendo del tamao del muro, tiempo que resultara

excesivamente expuesto las capas inferiores del muro, con disminucin de sus

propiedades mecnicas y de durabilidad. Para tal efecto se ha previsto que,

mientras dure la construccin, las capas terminadas del muro sean protegidas por

telas (yute) o cualquier material provisional.

Proteccin cuasi permanente de la cara expuesta del muro de suelo reforzado una vez terminado el muro; que se colocar una vez terminado el muro y retirado el material de proteccin provisional. El material de proteccin

cuasi permanente ser emulsin asfltica pura, a colocar en tres pasadas mnimo

en toda la cara expuesta del muro, antes de colocar la ltima capa del relleno

pasivo (delantero) en la estructura. Evidentemente que el mantenimiento peridico

debe ser realizado en un plazo no mayor de dos (2) aos entre cada periodo de

aplicacin, o segn requerimiento de acuerdo a una evaluacin de dicha

proteccin.

Por otra parte, a fin de disminuir la posible variacin del alineamiento vertical del muro,

este presentar una inclinacin de su cara frontal de 5.

13.5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La presencia de materiales granulares y casi total ausencia de humedad, garantiza la no ocurrencia de fallas por humedad en el talud.

La gran ventaja del uso de muros de contencin construidos con geotextiles es la economa derivada de la posible utilizacin del suelo local.

Como acabado externo pueden ser utilizadas diversas opciones, habindose considerado la imprimacin con emulsin asfltica, por ser la mas apropiada y la mas

econmica. Deber hacerse un mantenimiento de esta cobertura cada dos aos como

mximo, limpindose la superficie e imprimando nuevamente.


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La introduccin del geosinttico ocasiona una mejora del comportamiento geomecnico del suelo proporcionando un aumento en la resistencia global (suelo +

refuerzo) y una disminucin de la compresibilidad del suelo.

Menor impacto ambiental, puesto que su utilizacin en general reduce la necesidades de remocin de suelo de cimentacin y minimiza el consumo de material para la

construccin del muro, generalmente aprovechando los propios materiales

disponibles del local.

13.6 TRAMOS PARA LA RECONFORMACIN DE BERMAS EN TALUDES DE RELLENO

El Consorcio conjuntamente con PROVIAS NACIONAL y la Zonal de Tacna identific 19

sectores en donde se propondrn trabajos de reparacin de bermas que se encuentran

en mal estado para la adecuada seguridad vial y transitabilidad de la carretera,

proponiendo la colocacin de gaviones de alturas variables de 1.0, 1.5 y 2.0 m, como se

muestra en el plano SE-01.

Previamente a la colocacin de los gaviones se reconformar la berma existente y se

colocar el gavin como proteccin en los bordes. A continuacin se detalla los puntos

identificados con la solucin propuesta y se adjunta las respectivas memorias de clculo

del diseo adoptado, verificndose as la estabilidad por deslizamiento, volteo y contra la

rotura global.


De acuerdo a la evaluacin realizada en campo, se determin b\) Solucin Propuestai\) Consideraciones de Carcter Constru13.6 TRAMOS PARA LA RECONFORMACIN DE BERMAS EN TALUDES DE R

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