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ESTANDARIZACIÓN DE TÉCNICAS DE DISEÑO Y

CONSTRUCCIÓN DE MUROS DE TIERRA REFORZADA

CON LLANTAS DE DESECHO

POR:

OSCAR EGIDIO RODRÍGUEZ GONZÁLEZ

TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE MAGISTER

EN INGENIERÍA - GEOTÉCNICA

ASESOR:

FRANC MONTOYA CALLEJAS

FACULTAD DE MINAS

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

PROGRAMA DE MAESTRÍA EN INGENIERÍA - GEOTÉCNICA

MEDELLÍN, JULIO DE 2016

ii

FICHA BIBLIOGRÁFICA

RODRÍGUEZ GONZÁLEZ, OSCAR EGIDIO (2016)

Estandarización de técnicas de diseño y construcción de muros de tierra reforzada con

llantas de desecho

121 Páginas, 210 x 297 mm(Magíster en Ingeniería - Geotecnia 2016)

Tesis de Maestría. Facultad de Minas. Escuela de Ingeniería Civil – Universidad

Nacional de Colombia. Sede Medellín

Maestría en Ingeniería – Geotécnica

Estructuras de contención

Uso de llantas recicladas

Mejoramiento de suelos con llantas

iii

DEDICATORIA:

Salome Rodríguez Parra

Mi hija, mi mayor bendición

Martha y Egidio

Mis padres, mi mayor ejemplo

Ana Cristina Parra

Mi esposa, mi compañera de vida

iv

AGRADECIMIENTOS:

El autor expresa su más sincero agradecimiento a:

A Dios, porque un día le pedí que me diera las fuerzas para terminar este trabajo, y este es el fruto.

A mis padres, a Cris y a mi Hija, porque siempre me han apoyado, comprendido y animado, son mi

mayor inspiración, son mi familia y mi más grande alegría.

Al ingeniero Msc, Franc Montoya Callejas, director de la tesis, por creer en mí, apoyarme, animarme y

compartir su conocimiento.

Al Ingeniero Msc, Leonardo Herrera Baquero, por ser mi amigo, por ayudarme en este trabajo, por

compartir su conocimiento, por dedicar de su tiempo para sacar adelante este trabajo.

A los Ingenieros Msc, Luis Garza y Msc, Francisco Nanclares, Jurados de la tesis, por sus comentarios

y aportes académicos.

Al Ingeniero José Ignacio Sierra, quien me dio la oportunidad de trabajar en la Geotecnia, y pionero en

la construcción de este sistema.

A los ingenieros Jorge Iván Mora y Juan Esteban Mora, por la oportunidad que me bridaron y la

confianza que han depositado en mí, además por la motivación que me dieron para terminar mi trabajo

de grado.

A los Ingenieros Eduard Vanegas, Carolina Salgado, Juan Manuel Mejía, Adriana Gallo y Daniel

Calvo, Compañeros de la empresa Suelos y Estructuras Ingeniería, y amigos, Gracias por creer en mí y

apoyarme.

A la Universidad Cooperativa de Colombia, por permitirme realizar el montaje en el laboratorio de

geotecnia y usar todos los equipos de laboratorio.

Al Ingeniero Jorge Iván Silva, Decano de la Facultad de Ingenierías de la Universidad Cooperativa de

Colombia, por su apoyo incondicional.

Al Ingeniero Sergio Troches, Laboratorista, por sus ideas y valiosa ayuda para realizar el montaje y la

instrumentación del equipo de corte directo.

v

RESUMEN

Este trabajo describe una técnica para la estabilización de taludes por medio de llantas de desecho,

ayudando por medio de este método a la contribución con el medio ambiente ya que es una buena

solución para mitigar los grandes depósitos de llantas que hay en Colombia y en el mundo, puesto que

estos acumulamientos de llantas constituyen una problemática de salud pública, por lo que son una

fuente de cultivo para los mosquitos y otros vectores que propagan enfermedades.

También está compuesto por una serie de ejemplos aplicativos que se han desarrollado en diferentes

zonas del departamento de Antioquia y los procesos que estos han tenido a través del tiempo;

resaltando que esta solución es muy práctica y económica debido a que son fáciles de construir y el

90% de personal que interviene es no calificado, esta alternativa a su vez comparada con otros

sistemas constructivos de contención es menos costosa y cumple con los estándares de seguridad que

tienen los muros en concreto reforzado, de tierra armada con geotextil, de geomallas y de gaviones.

Palabras claves: Llantas, muros de contención, estabilización de taludes, solución ecológica, equipo

de corte directo a gran escala, tierra reforzada.

vi

ABSTRACT

The population growth, This paper describes a technique for slope stabilization using waste tires,

helping through this method to the contribution to the environment as it is a good solution to mitigate

the large deposits of tires on Colombia and the world , since these tire pile are a public health problem,

so they are breeding grounds for mosquitoes and other vectors that spread diseases.

It also consists of a number of examples of applications that have been developed in different parts of

the department of Antioquia and the processes that they have had over time , noting that this solution

is very practical and economical because they are easy to build and 90 % of staff involved is

unqualified turn this alternative compared to other building systems less expensive containment and

meets safety standards have reinforced concrete walls , reinforced earth with geotextile , geogrid and

gabions .

Keywords: Tires, retaining walls, slope stabilization, ecological solution, direct shear equipment on a

large scale, reinforced earth.

vii

CONTENIDO

LISTA DE TABLAS ............................................................................................................................. 11

LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................................... 13

LISTA DE FOTOGRAFÍAS ................................................................................................................. 16

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1

1.1 MOTIVACIÓN ........................................................................................................................... 1

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................... 2

1.3 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................ 3

1.4 OBJETIVOS ................................................................................................................................ 3

1.4.1 Objetivo general ................................................................................................... 3

1.4.2 Objetivos específicos ............................................................................................ 3

1.5 METODOLOGÍA ....................................................................................................................... 3

1.6 CONTENIDO DE LA TESIS ..................................................................................................... 4

2 CAPÍTULO 2 ANTECEDENTES .................................................................................................. 6

2.1 Cifras de llantas en Colombia...................................................................................................... 6

2.2 Usos de las llantas de desecho ..................................................................................................... 8

2.2.1 Fabricación de pisos decorativos .......................................................................... 9

2.2.2 Llantas usadas en Pavimentos .............................................................................. 9

2.2.3 Construcción de sillones con llantas de desecho. ............................................... 10

2.2.4 Uso de las llantas recicladas como sistema de contención. ................................ 11

2.2.5 Construcción de muros de tierra reforzada con llantas de desecho en la

actualidad. ......................................................................................................................... 17

2.2.6 Proceso constructivo del muro de tierra reforzada con llantas de desecho ........ 18

2.2.7 Otras experiencias con muros en llantas de desecho. ......................................... 24

3 CAPÍTULO 3 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD EXTERNA EN EL DISEÑO DE MUROS DE

CONTENCIÓN EN TIERRA REFORZADA ...................................................................................... 27

3.1 ASPECTOS GENERALES ....................................................................................................... 27

3.2 DIMENSIONAMIENTO DE MUROS DE CONTENCIÓN ................................................... 28

3.3 CARGAS DE DISEÑO EN MUROS DE CONTENCIÓN ...................................................... 28

3.3.1 Presión lateral de tierra ....................................................................................... 29

viii

3.3.2 Sobrecarga por llenos ......................................................................................... 31

3.3.3 Sobrecarga por cargas vehiculares (Cargas vivas). ............................................ 31

3.3.4 Cargas sísmicas .................................................................................................. 33

3.4 FACTORES DE SEGURIDAD DE ESTABILIDAD EXTERNA NORMATIVOS ............... 35

3.5 ANÁLISIS ESTABILIDAD EXTERNA DE MUROS DE CONTENCIÓN ........................... 36

3.5.1 Revisión por volcamiento ................................................................................... 36

3.5.2 Revisión a deslizamiento .................................................................................... 36

3.5.3 Revisión por capacidad de carga ........................................................................ 38

3.6 COMBINACIONES DE CARGA PARA ANALISIS EXTERNO .......................................... 40

3.6.1 Según la NSR-10 ................................................................................................ 40

3.6.2 Según CCP-95 .................................................................................................... 41

4 CAPITULO 4. ESTABILIDAD INTERNA EN MUROS DE CONTENCIÓN EN TIERRA

REFORZADA ....................................................................................................................................... 42

4.1 REFUERZO DE SUELOS ........................................................................................................ 43

4.2 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO ............................................................... 44

4.3 MUROS DE CONTENCION CON TIRAS METÁLICAS ...................................................... 44

4.3.1 Fuerza en el tirante o refuerzo ............................................................................ 46

4.3.2 Factor de seguridad contra falla del tirante ........................................................ 46

4.3.3 Longitud total del tirante .................................................................................... 47

4.4 MUROS DE CONTENCIÓN CON GEOTEXTIL ................................................................... 48

4.5 MUROS DE CONTENCIÓN CON GEOMALLAS ................................................................ 52

4.6 MUROS DE CONTENCIÓN REFORZADOS CON GEOCELDAS ...................................... 55

5 CAPITULO 5. DISEÑO EXPERIMENTAL PARA LA EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA

AL CORTE ENTRE CAPAS DE MUROS REFORZADOS CON LLANTAS ................................... 57

5.1 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL EQUIPO. ............................................................................. 57

5.2 CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO DE CORTE DIRECTO A GRAN ESCALA. ................... 60

5.3 EQUIPO UTILIZADO PARA EL MONTAJE. ........................................................................ 63

5.3.1 Marco de carga para alto rango (Carga Tangencial). ......................................... 63

5.3.2 Marco de carga para probetas (Carga Axial). .................................................... 64

5.3.3 Consola de mando. ............................................................................................. 64

5.3.4 Equipo HM-3000.3F para medir deformaciones ................................................ 65

5.4 MATERIAL UTILIZADO PARA EL LLENADO DE LAS LLANTAS................................. 66

5.4.1 Contenido de Humedad Natural. ........................................................................ 66

ix

5.4.2 Límites de Atterberg (I.N.V. E – 125 – 13). ...................................................... 67

5.4.3 Análisis Granulométrico de suelos por tamizado (I.N.V.E – 123 – 13) ............ 69

5.4.4 Relaciones de humedad - Masa Unitaria seca en los suelos (Ensayo modificado

de compactación) (I.N.V.E – 142 - 13) ............................................................................. 70

5.4.5 Ensayo de corte directo sobre material de lleno con el ensayo modificado de

compactación (I.N.V.E – 154 - 13). .................................................................................. 72

5.4.6 Cálculo de Peso Unitario del Conjunto Llanta de Desecho Materiales de Lleno.

73

5.4.7 Determinación de la Resistencia a la Cortante de los Pines. .............................. 74

5.5 COSTO DEL MONTAJE ......................................................................................................... 77

6 CAPITULO 6. EJECUCIÓN Y RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE CORTE DIRECTO. 79

6.1 ENSAYO DE CORTE DIRECTO PARA EL CONJUNTO LLANTA CON MATERIAL DE

LLENO. ................................................................................................................................................. 79


LLENO UTILIZANDO UN CONECTOR A CORTANTE. ................................................................ 81


LLENO UTILIZANDO DOS CONECTORES A CORTANTE. ......................................................... 82


LLENO UTILIZANDO TRES CONECTORES A CORTANTE. ....................................................... 84


LLENO UTILIZANDO TRES CONECTORES A CORTANTE EN ACERO DE REFUERZO DE 1”.

85

6.6 CURVAS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO DE ESFUERZO CORTANTE VS

DESPLAZAMIENTO NORMAL RELATIVO APLICANDO CADA CARGA Y COMPARANDO

SUS RESULTADOS. ............................................................................................................................ 87

6.7 CURVA DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO DE ESFUERZO CORTANTE VS

ESFUERZO NORMAL APLICANDO CADA CARGA Y COMPARANDO SUS RESULTADOS. 88

7 CAPITULO 7. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL DISEÑO DE MUROS DE

TIERRA ARMADA REFORZADOS CON LLANTAS. ..................................................................... 90

7.1 EJEMPLO NUMÉRICO DE MURO DE TIERRA REFORZADO CON LLANTAS DE

DESECHO. ........................................................................................................................................... 90

7.1.1 Datos de la Estructura de Contención. ............................................................... 91

7.2 COMPARACIÓN ECONÓMICA CON OTROS SISTEMAS................................................. 95

8 CAPITULO 8. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES, LIMITANTES, Y FUTURAS

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN. ......................................................................................................... 98

8.1 CONCLUSIONES..................................................................................................................... 98

8.2 RECOMENDACIONES ........................................................................................................... 99

x

8.3 LIMITANTES ........................................................................................................................... 99

8.4 FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN ......................................................................... 100

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................ 101

xi

LISTA DE TABLAS

Tabla 2.1 Generación de llantas en el año 2007 en Colombia Ministerio de ambiente, vivienda y

desarrollo territorial. Gestión diferencial de llantas postconsumo, 2007 ................................................ 7

Tabla 2.2 Disposición final de las llantas usadas en Colombia. Ministerio de ambiente, vivienda y

desarrollo territorial. Gestión diferencial de llantas post-consumo. ........................................................ 7

Tabla 2.3 Producción de anual de llantas en Colombia. Dian, cálculos Andi ......................................... 7

Tabla 2.4 Vehículos matriculados entre el año 2010 y 2014 en Colombia. Andi 2012 .......................... 8

Tabla 2. 5 Pesos específicos en el sistema de suelo reforzado con llantas modificado de (Baroni et al.

2012)...................................................................................................................................................... 13

Tabla 3. 1 Movimientos horizontales en el muro de contención conducentes a los estados activos y

pasivo. (Tomado de AIS 1998). ............................................................................................................ 30

Tabla 3. 2 Muros de contención. (Tomado de AIS 1998). .................................................................... 31

Tabla 3. 3 Factores de seguridad tomados de las normas para condiciones estáticas. .......................... 35

Tabla 3. 4 Factores de seguridad tomados de las normas para condiciones estáticas ........................... 36

Tabla 4. 1 Valores recomendados para los Factores de reducción de geotextiles en aplicación de

separación y refuerzo (tomado de manual de diseño de Geosistemas Pavco 2009). ............................. 49

Tabla 4. 2 Especificaciones técnicas geotextiles tejidos (tomado de Manual de Geosistemas Pavco

2009)...................................................................................................................................................... 52

Tabla 4. 3 Propiedades de las geomallas biaxiales (tomado de Manual de Geosistemas Pavco 2009). 53

Tabla 4. 4 Propiedades de las geomalla uniaxial geoextruida (tomado de Manual de Geosistemas

Pavco 2009). .......................................................................................................................................... 54

Tabla 4. 5 Factores de reducción para geomallas en aplicaciones de refuerzo (tomado de manual de

diseño de Geosistemas Pavco 2009). .................................................................................................... 54

Tabla 5. 1 Lista de materiales para el montaje del equipo de corte a gran escala. ................................ 60

Tabla 5. 2 Resumen de los ensayos realizados. ..................................................................................... 66

Tabla 5. 3 Cálculo de contenidos de humedad natural .......................................................................... 66

Tabla 5. 4 Limite líquido del material. .................................................................................................. 67

xii

Tabla 5. 5 Límite plástico del material. ................................................................................................. 68

Tabla 5. 6 Resumen Límites de Atterberg ............................................................................................. 68

Tabla 5. 7 Granulometría del material ................................................................................................... 69

Tabla 5. 8 Análisis Granulométrico del material ................................................................................... 70

Tabla 5. 9 Humedades para el Ensayo Modificado de Compactación Ensayo 1 .................................. 70

Tabla 5. 10 Humedades para el Ensayo Modificado de Compactación Ensayo 2 ................................ 70



Tabla 5. 13 Resultados del Ensayo Modificado de Compactación. ...................................................... 71

Tabla 5. 14 Peso Unitario Seco Máximo y Humedad Óptima para el material..................................... 72

Tabla 5. 15 Cálculo del peso unitario del conjunto llanta de desecho material de lleno. ...................... 74

Tabla 5. 16 Resistencia a la compresión de los cilindros en concreto ................................................... 76

Tabla 5. 17 Presupuesto del montaje del equipo de corte directo ......................................................... 78

Tabla 7. 1 Cálculo del factor de incremento y número de conectores por m2. ..................................... 90

Tabla 7. 2 Cálculo del muro de tierra reforzado con llantas de desecho. .............................................. 94

Tabla 7. 3 Chequeo de estabilidad externa ............................................................................................ 95

Tabla 7. 4 Comparación de precios entre muro en concreto, tierra reforzada con geotextil y muro de

tierra armada con llantas de desecho. .................................................................................................... 97

xiii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2. 1 Asentamientos presentados en las placas dispuestas en el muro reforzado con llantas

recicladas ............................................................................................................................................... 12

Figura 2. 2 Planta inferior del muro en llantas (modificado: Baroni et al. 2012). ................................. 13

Figura 2. 3 Sección transversal del muro construido modificado: (Baroni et al, 2012). ....................... 14

Figura 2. 4 Sección transversal típica del proyecto (modificado Sieira, 2009). .................................... 15

Figura 2. 5 Comparación de los desplazamientos horizontales presentados en las llantas con bandas

laterales cortadas contra las llantas enteras (modificado Sieira et al. 2001). ........................................ 16

Figura 2. 6 Esquema del nudo recomendado para unir los elementos del muro. .................................. 21

Figura 2. 7 Esquema del amarre entre llantas. ....................................................................................... 22

Figura 2. 8 Esquema del amarre de los tensores. .................................................................................. 23

Figura 3. 1 Revisiones de estabilidad en muros de contención en suelo reforzado. (Tomado de Braja

M. 2010) ................................................................................................................................................ 27

Figura 3. 2 Esquema de dimensionamiento de muros de gravedad. (Tomado de Braja M. 2010) ........ 28

Figura 3. 3 Esquema de muro de tierra reforzada con la aplicación de la carga viva ........................... 29

Figura 3. 4 Variación del coeficiente de presión de tierras K, con el desplazamiento (tomad de AIS

1998)...................................................................................................................................................... 30

Figura 3. 5 Presión lateral de la tierra causada por (a) carga de línea y (b) carga de franja. (Tomado de

Braja M. 2001)). .................................................................................................................................... 32

Figura 3. 6 Obtención de la ecuación 3.12 (Braja M. 2001). ................................................................ 33

Figura 3. 7 variación de Kae cos con Kh (nota: KV = 0, , , ). (nota: Kae cos es

la componente del coeficiente de la presión de tierra en ángulo recto a la espalda del muro.) ............. 34

Figura 3. 8 Determinación de la línea de acción de Pae (Braja M. 2001). ............................................. 35

Figura 3. 9 Revisión por deslizamiento a lo largo de la base. ............................................................... 37

Figura 3. 10 Revisión de falla por capacidad de carga .......................................................................... 38

xiv

Figura 4. 1 Suelo reforzado con madera por (Munster en 1925, Jones 1996). ...................................... 42

Figura 4. 2 Muro de tención de tierra armada (con tira metálica) en construcción (Tomado de (Braja

M. 2010). ............................................................................................................................................... 45

Figura 4. 3 Notación para la relación de 0-01 (2) en las ecuaciones (4.6) y (4.7); (b) notación para la

relación de en las ecuaciones (4.9) y (4.10). ............................................................................. 46

Figura 4. 4 Despiece de las capas (tomado de manual de diseño de Geosistemas Pavco 2009). .......... 50

Figura 4. 5 Cálculo de la longitud de empotramiento del refuerzo (tomado de manual de diseño de

Geosistemas Pavco 2009) ...................................................................................................................... 50

Figura 4. 6 Evolvente de falla ensayo de corte directo para geosintéticos (tomado de manual de diseño

de Geosistemas Pavco 2009) ................................................................................................................. 51

Figura 4. 7 Esquema del ensayo de corte en suelos reforzado con geosintético (tomado de Manual de

Geosistemas Pavco 2009). ..................................................................................................................... 52

Figura 4.8 Neoweb, sistema de confinamiento celular (tomada del manual de diseño de Geosistemas

Pavco 2009). .......................................................................................................................................... 55

Figura 5. 1 Sección transversal del elemento con refuerzo para pilotes. ............................................... 58

Figura 5. 2 Vista en planta de refuerzos de tabiques y refuerzo de alma. ............................................. 58

Figura 5. 3 Sección longitudinal Refuerzo. ........................................................................................... 59

Figura 5. 4 Sección Transversal Refuerzo. ............................................................................................ 59

Figura 5. 5 Gráfica de contenido de húmedades Vs número de golpes ................................................. 67

Figura 5. 6 Tabla de plasticidad de Casagrande. ................................................................................... 68

Figura 5. 7 Curva Granulométrica del material ..................................................................................... 69

Figura 5. 8 Curva de compactación para el material analizado. ............................................................ 72

Figura 5. 9 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Desplazamiento Normal Relativo ................................... 72

Figura 5. 10 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal del Material de Lleno. ....................... 73

Figura 5. 11 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal para calcular la resistencia a cortante de

los pines en concreto. ............................................................................................................................ 76

Figura 6. 1 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Desplazamiento Normal Relativo de Llanta con el

Material de Lleno. ................................................................................................................................. 80

xv

Figura 6. 2 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal del Conjunto Llanta con el Material de

Lleno...................................................................................................................................................... 80


Material de Lleno adicionado un conector a cortante............................................................................ 81


Lleno más un Conector a Cortante en Concreto. ................................................................................... 82


Material de Lleno adicionado dos conectores a cortante. ...................................................................... 83


Lleno más dos Conectores a Cortante en Concreto. .............................................................................. 83


Material de Lleno adicionado tres conectores a cortante. ..................................................................... 84


Lleno más tres Conectores a Cortante en Concreto. .............................................................................. 85


Material de Lleno adicionado tres conectores a cortante de acero de refuerzo de 1”. .......................... 86


Lleno más tres Conectores a Cortante en acero de refuerzo de 1”. ....................................................... 86

Figura 6. 11 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Desplazamiento Normal Relativo con esfuerzo normal de

18 kN con cada combinación de conectores a cortante. ........................................................................ 87





Figura 6. 14 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal con la combinación de los conectores a

cortante. ................................................................................................................................................. 88

Figura 7. 1 Esfuerzos verticales debido a las cargas vivas .................................................................... 92

Figura 7. 2 Vista en corte de muro de tierra reforzado con llantas de desecho. .................................... 95

Figura 7. 3 Vista en corte de muro de tierra reforzado con geotextil. ................................................... 96

Figura 7. 4 Vista en corte de muro en concreto reforzado. ................................................................... 96

xvi

LISTA DE FOTOGRAFÍAS

Fotografía 1.1 Evidencia de problemática ambiental por las llantas de desecho (El tiempo noviembre

de 2015) ................................................................................................................................................... 1

Fotografía 1.2 Colapso de muro de contención reforzado con llantas en el municipio de Girardota

Antioquia (El Colombiano Abril 2016) .................................................................................................. 2

Fotografía 2.1 Apariencia de los pisos decorativos fabricados por Play-Time. Pisos antigolpes

Playtime Colegio Misericordia de Flores (Argentina). ........................................................................... 9

Fotografía 2.2 Preparación del material (Barrientos C 2010). .............................................................. 10

Fotografía 2.3 Actividades desarrolladas durante la fabricación de sillón a partir de llantas (Durán X.

et al. 2013). ............................................................................................................................................ 10

Fotografía 2.4 Vista general de la obra desarrollada con llantas de refuerzo (Huat et al. 2008). .......... 11

Fotografía 2. 5 Muro de Tierra reforzado con llantas de desecho construido en Musicreando, sector las

palmas del municipio de Medellín. ....................................................................................................... 17

Fotografía 2. 6 Recolección y selección de llantas de desecho. Fuente Presentación CIA de Suelos. .. 19

Fotografía 2. 7 Corte de la llanta con cuchillo ...................................................................................... 19

Fotografía 2. 8 Llenado manual y mecánico de las llantas de desecho. ................................................ 20

Fotografía 2. 9 Ensayo de densidad en campo ...................................................................................... 20

Fotografía 2. 10 Amarre entre llantas con manila de polipropileno. ..................................................... 21

Fotografía 2. 11 Amarre entre llantas y amarre de tensores. ................................................................. 22

Fotografía 2. 12 Sistema de drenaje y cunetas de los muros de tierra reforzada con llantas de desecho.

............................................................................................................................................................... 23

Fotografía 2. 13 Diferentes sistemas para recubrir los muros de tierra reforzada. ................................ 24

Fotografía 2. 14 Muro de tierra reforzada con llantas zona del colegio Euskadi municipio de Medellín.

............................................................................................................................................................... 24

Fotografía 2. 15 Muro de tierra reforzada con llantas en la parcelación Alto de las Brisas en el

municipio de Sabaneta........................................................................................................................... 25

Fotografía 2. 16 Muro construido con aros de las llantas. ..................................................................... 25

Fotografía 2. 17 Estructura en llantas de desecho, en el sector de Poblanco del municipio de la Pintada

(Ant.). .................................................................................................................................................... 26

xvii

Fotografía 4. 1 Geomalla biaxial. .......................................................................................................... 53

Fotografía 5. 1 Zona donde se va a realizar el montaje del equipo de corte en la Universidad

Cooperativa de Colombia sede Buenos Aires. ...................................................................................... 57

Fotografía 5. 2 Armado con acero de refuerzo de pilotes. .................................................................... 61

Fotografía 5. 3 Armado con acero de refuerzo de pilotes. .................................................................... 61

Fotografía 5. 4 Armado con acero de equipo de corte. ......................................................................... 61

Fotografía 5. 5 Encofrado y vaciado de equipo de corte directo. .......................................................... 62

Fotografía 5. 6 Instalación de platinas empotradas al concreto. ............................................................ 62

Fotografía 5. 7 Instalación de viga de reacción con soldadura 70/18. ................................................... 62

Fotografía 5. 8 Máquina a compresión con consola automática para ensayos a compresión y tracción

de concreto. ........................................................................................................................................... 63

Fotografía 5. 9 Gato hidráulico con capacidad para 1.500 KN para aplicar carga tangencial. ............. 63

Fotografía 5. 10 Gato hidráulico con capacidad para 434.5 kN para aplicar carga Axial. .................... 64

Fotografía 5. 11 Consola de mando. ...................................................................................................... 64

Fotografía 5. 12 Válvula de 1.000 psi de 3/8” ....................................................................................... 65

Fotografía 5. 13 Equipo HM-3000 para medir deformaciones en el ensayo de corte. .......................... 65

Fotografía 5. 14 Montaje para determinar peso unitario del conjunto llanta de desecho material de

lleno. ...................................................................................................................................................... 73

Fotografía 5. 15 Construcción de conectores para cortante................................................................... 75

Fotografía 5. 16 Ensayos uniaxial y de tracción indirecta. .................................................................... 75

Fotografía 6. 1 Ensayo de corte directo del conjunto llanta con material de lleno. ............................... 79

Fotografía 6. 2 Ensayo de corte directo del conjunto llanta con material de lleno adicionando un

conector a cortante en concreto. ............................................................................................................ 81

Fotografía 6. 3 Ensayo de corte directo del conjunto llanta con material de lleno adicionando dos

conectores a cortante en concreto. ......................................................................................................... 82

Fotografía 6. 4 Ensayo de corte directo del conjunto llanta con material de lleno adicionando tres

conectores a cortante en concreto. ......................................................................................................... 84

xviii

Fotografía 6. 5 Ensayo de corte directo del conjunto llanta con material de lleno adicionando tres

conectores a cortante en acero. .............................................................................................................. 85

Universidad Nacional de Colombia. Capítulo 1. Introducción

ESTANDARIZACIÓN DE TECNICAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE MUROS DE TIERRA ARMADA CON LLANTAS DE DESECHO.

1

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

1.1 MOTIVACIÓN

En Colombia las llantas luego de ser usadas son almacenadas en depósitos que no cumplen con la

normativa existente en el país, o en zonas que no son aptas para depositar este tipo de materiales,

como en andenes, vías, parques o fuentes de agua, el no manejar las llantas de una forma adecuada

puede traer consecuencias en términos ambientales, económicos y sanitarios. El almacenamiento de

las llantas en zonas no aptas se convierte en el hábitat de vectores como ratas, y mosquitos que pueden

generar enfermedades.

Fotografía 1.1 Evidencia de problemática ambiental por las llantas de desecho (El tiempo

noviembre de 2015)

Para reciclar las llantas de desecho existen varios procesos desarrollados, el más conocido es el

reciclaje por trituración mecánica, de este proceso se obtiene el producto que se conoce como “Arena

Plástica” que tiene diferentes aplicaciones. En Colombia existen normas que regulan el tratamiento de

residuos que causan impacto en su disposición final que son regulados por el Ministerio de Ambiente

Vivienda y Desarrollo Territorial con planes posconsumo de resíduos peligrosos.

Una alternativa que se ha venido trabajando desde hace algún tiempo es la reutilización de llantas de

desecho en la construcción de muros de tierra reforzada, el objetivo principal de este sistema es hacer

una transición gradual de elevación de terreno, donde la pendiente de la zona puede ser tan alta que la

estabilidad no puede ser garantizada, por esta razón los muros de tierra reforzada con llantas de

desecho pueden ser una buena alternativa además de ser la solución más económica.

Por ser una solución económica y aparentemente fácil de construir los muros de tierra reforzado con

llantas de desecho están siendo construidos de una forma no controlada, sin supervisión técnica y sin

diseños, los ingenieros que están trabajando este tipo de soluciones sólo garantizan la estabilidad

externa del elemento pero no se han preocupado por trabajar y evaluar los esfuerzos internos de los



2

elementos y calcular la resistencia a la cortante que se presenta entre las llantas de desecho y el

material de lleno.

Por esta razón con este trabajo de grado se busca de una manera experimental calcular la resistencia a

la cortarte entre la llanta de desecho y el material de lleno, y con esta información poder calcular los

esfuerzos internos de la estructura y definir la cantidad de elementos que en este caso son pines en

concreto o en acero de refuerzo para que cumplan con los requerimientos de cargas a cortante de la

estructura.

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Una variante de la técnica tradicional de muros de tierra reforzada, es la utilización de las llantas de

desecho, que se basa en las teorías y procedimientos de los muros de tierra reforzada con geotextiles o

similares, cuyo análisis y comportamiento presenta sustanciales variaciones, además de grandes

ventajas con respecto a los muros de concreto y a los gaviones, pero que carece de investigaciones

estructuradas, de metodología de construcción documentada y de programas de diseño.

En la actualidad no es fácil acceder a metodologías de diseño y de construcción de muros de tierra

armada con llantas de desecho. La información disponible no está documentada, se encuentra dispersa,

y está dispuesta de manera informal, la que existe es información muy útil, solo se encuentra en la

cabeza de algunos ingenieros que trabajaron el tema hace más de 20 años.

El acelerado desarrollo industrial trae consigo innumerables efectos indeseables, entre los que

sobresalen la generación de materiales no biodegradables que en el momento de agotar su vida útil, se

convierten en un grave problema desde el punto de vista de su disposición final. En este marco de

ideas, las llantas de los automotores constituyen un material notablemente contaminante, generan

graves problemas ecológicos por razones como, su considerable volumen, la producción de sustancias

tóxicas cuando se eliminan por ignición, sin contar con los altos costos que se generan al tratar de

eliminar los residuos de la ignición.

Fotografía 1.2 Colapso de muro de contención reforzado con llantas en el municipio de

Girardota Antioquia (El Colombiano Abril 2016)



3

1.3 JUSTIFICACIÓN

Es importante documentar una metodología de diseño y de construcción de muros de tierra armada

con llantas de desecho en primera instancia por los importantes beneficios ecológicos, ahorros

económicos y aumentos en las velocidades de construcción con relación a la tierra armada tradicional;

adicionalmente promueve la utilización de mano de obra no calificada lo que puede beneficiar a gran

parte de la población, incentiva el uso de llantas de desecho las cuales son un problema ambiental y

trae mejoras a la infraestructura nacional al tener una alternativa eficiente y económica de obras de

contención. Así mismo es importante documentar procedimientos y experiencias de diseño y

construcción ya que la información es poca, dispersa, y las experiencias de construcción no han sido

experimentadas ni documentadas.

Usualmente, en nuestro medio, las llantas desechadas que han sufrido menor alteración son

“reencauchadas” para utilizarlas nuevamente en el transporte, las que son susceptibles de este proceso,

se utilizan en zapaterías, artesanías o simplemente son arrojadas como basura, lo que ocurre en gran

porcentaje (debe mencionarse que algunas llantas son quemadas en hornos de trapiches o tejares).

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 Objetivo general

Plantear y estandarizar una técnica de diseño y construcción de muros de tierra reforzada con llantas

de desecho que permitan la regularización.

1.4.2 Objetivos específicos

Determinar las diferentes técnicas existentes de diseño y construcción de muros de tierra

reforzada con llantas de desecho para estandarizarlas.

Construir un equipo de corte directo para calcular experimentalmente los esfuerzos internos de

los muros de tierra reforzada con llantas de desecho.

Calcular experimentalmente los esfuerzos internos de los muros de tierra reforzados con

llantas de desecho mediante ensayos de corte directo.

Proponer una metodología de diseño para los muros de tierra reforzada con llantas de desecho.

Determinar las conveniencias de los usos de estructuras de tierra reforzada con llantas de

desecho, en las prácticas ingenieriles.

1.5 METODOLOGÍA

El trabajo de grado inicia con una revisión del estado del arte, que consistió en la revisión de artículos,

tesis de pregrados, tesis de Maestrías y tesis de Doctorados, libros técnicos y publicaciones, donde se

hubiera estudiado el diseño y la construcción de muros de tierra reforzados con llantas de desecho.

La información fue consultada en memorias de congresos, seminarios nacionales e internacionales, y

en publicaciones técnicas, haciendo uso de las bases, las cuales se disponen de datos para este trabajo.

Con el fin de alcanzar el objetivo del proyecto de grado, se propone un método de trabajo paso a paso

que permite optimizar el tiempo para alcanzar los objetivos planteados, los pasos se describen a

continuación.



4

Determinar las diferentes técnicas existentes de diseño y construcción de muros de tierra

reforzada con llantas de desecho para estandarizarlas.

Diseñar y construir un equipo de corte directo para calcular las propiedades del conjunto de

material de lleno con las llantas de desecho.

Normalizar los datos obtenidos en el ensayo de corte directo y plantear una ecuación que

permita determinar el número de conectores por metro cuadrado.

Proponer una metodología de diseño para los muros de tierra reforzada con llantas de desecho.

Proponer los lineamientos de los usos de las técnicas de diseño y construcción de los muros

de tierra reforzada con llantas de desecho.

Determinar las conveniencias de los usos de estructuras de tierra reforzada con llantas de

desecho, en las prácticas ingenieriles.

Crear una herramienta de cálculo que permita diseñar los muros de tierra reforzada con llantas

de desecho.

1.6 CONTENIDO DE LA TESIS

El documento está compuesto por 8 capítulos que están organizados de la siguiente forma.

Capítulo 1: Este capítulo contiene los aspectos generales del trabajo de grado, como la motivación, el

planteamiento del problema, la justificación, los objetivos, y la metodología planteada para desarrollar

el trabajo de grado.

Capítulo 2: Este capítulo contiene los antecedentes del trabajo como, la problemática ambiental de las

llantas de desecho en el mundo y principalmente en Colombia, se relacionan algunas cifras de la

producción de llantas en Colombia y la cantidad de llantas de desecho que se están generando. De

igual forma se relacionan algunos usos que se les está dando a las llantas de desecho como en

pavimentos, artesanías; y como una solución en sistemas de contención.

Capítulo 3: Este capítulo contiene aspectos generales de los muros de tierra armada,

dimensionamiento de los muros, cargas en el diseño de muros de contención, estabilidad externa de

los muros de contención, y finalmente se relacionan las combinaciones de carga para hacer el análisis

externo del muro según las normas vigentes cono la NSR-10, el Código de Puentes y finalmente por la

Norma AASHTO.

Capítulo 4: Este capítulo contiene las consideraciones generales de diseño, y los tipos de muros de

contención reforzados como son los muros reforzados con tiras metálicas, muros de contención

reforzados con geotextil, muros de contención reforzados con geomallas, muros de contención

reforzados con llantas y muros reforzados con Neo Web.

Capítulo 5: Este capítulo contiene la descripción de la construcción del montaje del equipo de corte

directo, diseño estructural del soporte en concreto reforzado, proceso constructivo del soporte en

concreto, equipos utilizados para el montaje, material que se utilizó para la ejecución del ensayo con

los ensayos de laboratorio, y finalmente los costos del montaje.

Capítulo 6: En este capítulo se hace una descripción de la ejecución del montaje, donde se realizaron

cuatro pruebas, la primera consistió en ensayar el conjunto de llanta de desecho Vs. material de lleno,

a los siguientes ensayos se les pines en concreto y finalmente se les incorporó tres pines en varillas de

acero de 1”, en cada ensayo se realizó una gráfica de esfuerzo cortante Vs. desplazamiento relativo y

se calculó el esfuerzo cortante máximo por cada ensayo, posteriormente se construye una gráfica de

esfuerzo cortante Vs. esfuerzo normal y se calcula el ángulo de fricción y la cohesión en cada ensayo.



5

Los pines en concreto que fueron utilizados en los ensayos de corte fueron construidos en el

laboratorio, por esta razón se calculó la resistencia a la cortante mediante pruebas de laboratorio y los

procedimientos que recomienda la norma NSR-10; y finalmente para calcular el peso unitario del

conjunto llantas de desecho y material de lleno, se hizo mediante una prueba en el laboratorio diseñada

para este caso.

Capítulo 7: En este capítulo se realiza el diseño del muro de tierra reforzado con llantas de desecho,

este diseño se realiza en base a la metodología de diseño que sugiere PAVCO para la construcción de

muros de tierra reforzada con geo textil, de la interpretación de las gráficas se normalizó los datos y se

realizó una gráfica de factor de incremento de resistencia al corte Vs. número de conectores por metro

cuadrado, de esta gráfica se obtiene la ecuación de la recta de la tendencia de los puntos, y con esta

ecuación podemos calcular el número de pines por metro cuadrado en cualquier caso.

Capítulo 8: Se reportan las conclusiones y se proponen recomendaciones para futuros estudios de

investigación en el mismo campo.

Finalmente se presenta la bibliografía empleada para llevar a cabo el trabajo de grado.

Universidad Nacional de Colombia. Capítulo 2. Antecedentes


6

2 CAPÍTULO 2 ANTECEDENTES

En el mundo, uno de los problemas ambientales más graves es la producción de llantas de desecho, lo

que hace que sea un problema ambiental por el tiempo que se demora la llanta en degradarse, y por la

alta producción de llantas en el mundo, hace que cada vez tengamos más llantas de desecho en el

planeta.

Otro problema que generan las llantas de desecho es el volumen que ocupan, lo que obliga a que los

espacios donde se almacenen deben ser necesariamente extensiones de territorio grandes, algunas de

las aplicaciones que se le están dando a las llantas de desecho no son necesariamente ambientales,

existen empresas en el mundo que utilizan las llantas de desecho para quemarlas y generar energía, lo

que crea un problema aún más grave que la misma llanta.

En este capítulo se mencionan algunas cifras de la producción de llantas en Colombia y los usos que se

les están dando a estos elementos como la construcción de pisos, agregado para pavimentos,

construcción de sillones para el hogar, y la más importante, que es el objetivo principal del trabajo de

grado, la utilización de las llantas de desecho para la construcción de estructuras de contención.

2.1 Cifras de llantas en Colombia.

Con el consumo de recursos de la población humana, cada vez se hace más difícil el manejo y

disposición de los materiales de desecho generados, especialmente de residuos, tales como las llantas,

que son no biodegradables, lo que conlleva a una contaminación ambiental que puede llegar a ser

desproporcionada.

Las llantas en Colombia no son consideras como un residuo peligroso, sin embargo los productores

buscan que sean devueltas para contribuir a el reciclaje, aprovechándolo en otras actividades como

agregado asfáltico o el reencauche, así como evitar las quemas en espacios a cielo abierto y como

combustibles en actividades informales.

El Ministerio de Ambiente promueve unas ideas con el fin de originar una gestión ambiental apropiada

para los residuos posconsumo con el fin de que sean sometidos a sistemas de gestión, impidiendo que

la disposición final de los residuos se haga en conjunto con los residuos de origen doméstico.

Esta estrategia implica, la responsabilidad extendida del productor, donde los fabricantes e

importadores de productos son quienes establecen sus proyectos de devolución de residuos, a través de

los cuales los consumidores devolverán los productos cuando estos cumplan su vida útil.

El principal problema de las llantas se refiere al volumen que ocupan, adicional a su lenta degradación

y la alta generación. Hace años las llantas se depositaban en rellenos sanitarios, reduciendo su vida útil

y elevando los factores de contaminación. En la actualidad como se mencionaba anteriormente se

prohíbe la disposición de llantas en rellenos sanitarios ya que se implementan estrategias de

recolección por el ministerio de ambiente, adecuando así lugares apropiados y con todas las garantías

para hacer la menos intervención posible con el medio ambiente.

Según estudios realizados por el ministerio de Ambiente, en el año 2007, la generación de llantas en

Colombia por región, son las siguientes:



7

Tabla 2.1 Generación de llantas en el año 2007 en Colombia Ministerio de ambiente, vivienda y

desarrollo territorial. Gestión diferencial de llantas postconsumo, 2007

El crecimiento de la industria automotriz genera una mayor cantidad de llantas lo que permite que la

disposición final de estos residuos no sea la acertada. Se estima que en Colombia la disposición final

de llantas usadas durante el 2007 corresponde a las siguientes cifras:

Tabla 2.2 Disposición final de las llantas usadas en Colombia. Ministerio de ambiente, vivienda y

desarrollo territorial. Gestión diferencial de llantas post-consumo.

Disposición Final Porcentaje

Incineración y Rellenos

sanitarios

71,9%

Reencauche 17,2%

Uso artesanal 6,2%

Regrabado 2,3%

Otros usos 2,3%

Tabla 2.3 Producción de anual de llantas en Colombia. Dian, cálculos Andi

Año

Producción

Total

Producción

Mcado Nal

Exportaciones

Importaciones

Consumo

Aparente

2000 50.716 34.789 15.927 27.045 61.834

2001 75.997 41.111 34.886 26.414 67.525

2002 81000 57.993 23.007 40.709 98.702

2003 32.566 23.233 9.333 52.372 75.605

2004 93.363 63.603 29.757 41.017 104.623

2005 109.333 67.262 42.071 83.159 150.421

2006 138.690 89.951 48.739 135.188 225.139

Región Porcentaje Toneladas de

Llantas

Cundinamarca 28,22% 53.760

Antioquía 18,31% 34.881

Eje Cafetero 6,78% 12.916

Costa

Atlántica

13,72% 26.137

Valle 17,27% 32.900

Otras Regiones 15,70% 29.909



8

Año

Producción

Total

Producción

Mcado Nal

Exportaciones

Importaciones

Consumo

Aparente

2007 183.721 113.128 70.593 160.239 273.367

2008 110.766 83.770 26.996 129.898 213.668

2009 91.118 86.144 4.974 91.832 177.976

2010 128.265 116.246 12.019 151.226 267.472

2011 154.261 140.796 13.465 210.216 351.012

2012 138.872 113.074 25.798 212.204 325.278

2013 142.840 94.181 48.659 200.676 294.857

2014 136.243 109.261 26.982 230.409 339.670

A continuación se presentan las cifras de matrículas de vehículos, según información del RUNT

Tabla 2.4 Vehículos matriculados entre el año 2010 y 2014 en Colombia. Andi 2012

Año

Matriculas

(unidades)

Variación

%

2010 259.753

2011 325.988 25%

2012 310.464 -5%

2013 294.362 -5%

2014 326.017 11%

El ciclo de vía de las llantas requiere del uso de materias primas e insumos, a la vez que se generan

residuos, desechos o subproductos que si no son debidamente manejados pueden afectar

negativamente el medio ambiente.

A las llantas se les debe hacer un correcto almacenamiento, que estén en lugares secos, ventilados, no

expuestas al sol; se deben alejar de sustancias químicas, de objetos que pueda romper el caucho y

superficies que absorban el calor como el asfalto.

2.2 Usos de las llantas de desecho

Muchas empresas han desarrollados proyectos con el fin de reutilizar las llantas usadas en otras

aplicaciones diferentes al uso comercial que tienen, con el fin de contribuir con el medio ambiente y

disminuir los altos volúmenes de llantas que se generan a diario en nuestro país.

A continuación se muestra la descripción de algunas aplicaciones que se desarrollan con las llantas

usadas, contribuyendo con el medio ambiente.



9

2.2.1 Fabricación de pisos decorativos

Este sistema consiste en utilizar los residuos de llantas como materia prima para la implementación

de pisos decorativos de caucho.

Los pisos de caucho son utilizados en diferentes aplicaciones y tienen características y propiedades

que los identifican, como se describe a continuación.

Durabilidad: La resistencia a la abrasión permite aguantar diferentes condiciones de uso.

Absorción de sonido: Las características y propiedades que presenta el caucho permite evitar

todo tipo de residuos molestos.

Aislante eléctrico: Por las propiedades del caucho permite actuar como aislante eléctrico

cumpliendo las normas que lo rige.

Antideslizante: se hacen seguros en sitios como escalera, rampas por su bajo coeficiente de

deslizamiento.

Mantenimiento: Se hacen indispensables para lugares de alto transito sin necesidad de

muchos cuidados especiales. Presenta bajos costos en el mantenimiento

Confortable: Estos pisos de goma por su flexibilidad se hacen más confortables para trabajar.

Fotografía 2.1 Apariencia de los pisos decorativos fabricados por Play-Time. Pisos antigolpes

Playtime Colegio Misericordia de Flores (Argentina).

2.2.2 Llantas usadas en Pavimentos

Hoy en día se construyen carreteras ecológicas, tomando mayor relevancia ya que conlleva al

desarrollo sostenible, que es a lo que cada país le apunta con el fin de satisfacer necesidades sin

comprometer los recursos y posibilidades de las generaciones futuras.

Las llantas son utilizadas en esta metodología con el fin de establecer mejoras mecánicas de las

mezclas asfálticas cuyos beneficios son los siguientes (Barrientos C 2010):

Aumentar la rigidez a altas temperaturas de servicio mejorando la resistencia de las mezclas

asfálticas a la deformación permanente.

Aumentar la viscosidad, permitiendo mejores espesores de película en el agregado de las

mezclas asfálticas abiertas y reduciendo la exudación en tratamientos superficiales.



10

Reducir la rigidez a bajas temperaturas, evitando la figuración térmica.

Mejorar la resistencia a la fatiga de las mezclas asfálticas.

Reducir el endurecimiento en servicio, ampliando la vida útil de las mezclas asfálticas, ya que

se mantienen las ventajas iníciales.

Fotografía 2.2 Preparación del material (Barrientos C 2010).

2.2.3 Construcción de sillones con llantas de desecho.

El reuso de las llantas puede ser una alternativa para generar oportunidades de negocio en zonas de

ingresos económicos bajos. La aplicación de llantas en sillones presenta diferentes tipos de valor

agregado, como la utilización de materiales de desecho, la fabricación artesanal y el diseño

ergonómico (Durán X. et al. 2013). La creación del sillón contempla 3 etapas:

Creación del diseño en 3D,

Desarrollo de un prototipo a escala

La fabricación del sillón a tamaño real.

Fotografía 2.3 Actividades desarrolladas durante la fabricación de sillón a partir de llantas

(Durán X. et al. 2013).



11

2.2.4 Uso de las llantas recicladas como sistema de contención.

Ante la necesidad de reciclar llantas de desecho, han surgido investigaciones en las que se plantea su

reutilización, como por ejemplo en su uso como material de refuerzo en la construcción de muros de

tierra para la estabilización de taludes. Las investigaciones se basan principalmente en evaluar el

comportamiento de estas estructuras como estructuras de contención, empleando no solo evaluaciones

experimentales, sino también análisis numéricos del sistema llanta y tierra de refuerzo.

Para el manejo de estos residuos no biodegradables, la empresa Kabushiki-Kaisha Kansai, desarrolló

una tecnología que permite el reciclaje de residuos sólidos, donde se incluyen actividades de

recuperación. La empresa también comenzó a ofrecer tiras de neumáticos para la utilización de

combustibles.

La primera investigación para el uso de refuerzo en suelos con neumáticos viejos, fue realizada en

Francia en 1976. Los análisis presentaron buenos resultados al considerar refuerzo con neumáticos de

paredes verticales en suelo, o en laderas (Long N. T. 1993).

El primer proyecto en Inglaterra usando llantas recicladas, se desarrolló con la construcción de un

muro experimental de gravedad en West Yorkshire

(Huat et al. 2008) realizaron una investigación sometiendo llantas de R12 y R15 a ensayos de tracción.

La primera prueba incluyó la medición de la resistencia de la llanta al ser sometido a alargamiento,

aplicando una tensión a una velocidad constante de 50 mm/min, hasta llevarlo a ruptura, registrando la

fuerza al momento de la falla. La resistencia a tracción medida fue de 55,81 kN, con una desviación de

15,19 kN. Posteriormente se realizaron pruebas de tracción en tiras neumáticos, sin embargo la prueba

de campo más representativa fue la realizada a gran escala, para evaluar un muro de tierra armada

conformado con llantas de reciclaje.

Fotografía 2.4 Vista general de la obra desarrollada con llantas de refuerzo (Huat et al. 2008).

El sistema de confinamiento consistió en unir llantas para rellenarlas con suelo residual cohesivo,

puestas en capas sucesivas a manera de estructura. Las llantas fueron atadas entre sí con una cuerda de



12

polipropileno y colocadas en capas escalonadas hasta alcanzar 7,0 m de ancho por 5,0 m de altura en

un ángulo de inclinación de 45°.

La estructura fue monitoreada con placas de asentamiento y celdas de presión. Los asentamientos de la

estructura fueron de 14, 26 y 59 mm para las placas colocadas en el muro, Los resultados en general

fueron buenos, considerando que además la compactación no estaba en 90% de la máxima densidad en

seco.

(Lazizi et al. 2014) presentaron un análisis numérico para evaluar el comportamiento de muros con

relleno de arena, uno de los cuales estaba reforzado con la inclusión de llantas. Los resultados

mostraron que el valor de falla elástica de Von Mises era mucho menor para la estructura con el lleno

reforzado, lo que indica que se genera una mayor estabilidad para la estructura conformada.

Para la evaluación de los parámetros de suelo que intervienen en el sistema de suelo reforzado con

llantas de reciclaje, (Baroni & Specht 2006), realizaron un análisis paramétrico basado en ensayos de

laboratorio con diferentes tipos de llantas, considerando la altura del muro, las características del suelo

del lleno, presencia de niveles de agua y el ángulo de fricción interna del suelo; además presentan un

análisis estadístico de la influencia de cada variable en el sistema y especialmente en la base de la

estructura dimensionada.

Figura 2. 1 Asentamientos presentados en las placas dispuestas en el muro reforzado con llantas

recicladas

Entre los resultados obtenidos por (Baroni et al. 2012), se encuentra la variación del peso específico de

un mismo suelo según el tipo de llanta que sea utilizada para la construcción del muro, donde se

concluye que la variación en los valores del peso específico del material, radica en la manera como se

realice el llenado y la compactación del material y dependiendo de la facilidad que se tenga para

realizar el llenado y compactación al interior de la llanta.



13

Tabla 2. 5 Pesos específicos en el sistema de suelo reforzado con llantas modificado de (Baroni et

al. 2012).

Material de lleno Llantas Peso específico,

(kN/m3)

Suelo Vehículos de transporte público 14,95

Vehículos particulares 16,63

Gravilla Vehículos de transporte público 13,52


Resíduo de

construcción o de

demolición

Vehículos de transporte público 10,96


(Baroni et al. 2012), también evaluaron el comportamiento de una estructura construida en la margen

de un talud de un arroyo, en el cual se efectuó inicialmente la limpieza y nivelación del terreno en la

cual se puso un geotextil y un elemento filtrante para el control del aguas provenientes de la ladera.

Posteriormente se pusieron las llantas en dos filas en una distribución ortorrómbica, con el fin de

garantizar un mayor entrelazado entre el sistema que contribuyera a una mayor estabilidad.

Las llantas de la estructura fueron unidas entre sí, con alambre galvanizado No. 16 y rellenas con

bloques de roca, ante la posibilidad de erosión interna causada por el flujo del agua del arroyo. En la

figura siguiente se observa el esquema de la configuración realizada en campo.

Figura 2. 2 Planta inferior del muro en llantas (modificado: Baroni et al. 2012).



14

Figura 2. 3 Sección transversal del muro construido modificado: (Baroni et al, 2012).

Los análisis indican que el conjunto (llanta, agregado y geotextil) puede ser descrito como un material

permeable y que absorbe las deformaciones en conjunto. En cuanto a la estructura, el muro con

sección transversal de 2,30 m, se presentó como una alternativa segura para la contención del talud de

2,60 m de altura cuyos esfuerzos horizontales se estimaron en 20,28 kN/m. Además de ser económico,

este tipo de muros de contención son una solución ambiental para la reutilización de llantas recicladas

(Baroni et al. 2012).

Un amplio proyecto de investigación fue desarrollado en la PUC en Río de Janeiro con el propósito de

estudiar la utilización de llantas usadas en obras de ingeniería civil, especialmente en su uso en la

construcción de muros de tierra (Sieira 2009).

El proyecto estuvo centrado en la construcción de un muro experimental instrumentado, ejecutado con

llantas colocadas en filas horizontales. En el muro, las llantas fueron amarradas con alambre o con

cuerda y rellenadas con suelo compactado (Sieira et al. 2001). El muro se construyó en un área plana

en Río de Janeiro, cercano a una ladera que presentaba señales de inestabilidad, considerando para éste

una longitud de 60,0 m y una altura de 4,0 m, para lo que se utilizaron 15 mil llantas recicladas.

Se usaron llantas de 0,60 m de diámetros y de 0,20 m de ancho, las cuales son las dimensiones típicas

de autos particulares. Las llantas eran puestas de manera horizontal, amarradas entre sí y

posteriormente rellenas con material residual característico de la zona, el cual era compactado al

interior de la llanta. Detrás del muro fue ejecutado un lleno con el mismo tipo de material utilizado

para rellenar las llantas. Al finalizar la construcción del muro, fue adicionada una sobrecarga de 2,0 m

de altura de suelo sobre el lleno construido en la parte posterior al muro.



15

Figura 2. 4 Sección transversal típica del proyecto (modificado Sieira, 2009).

La construcción del muro fue realizada con equipos leves y sin la necesidad de mano de obra

calificada. Después de la limpieza y la nivelación del terreno, se dispuso una primera hilera de llantas

directamente sobre la superficie. Las demás hileras fueron puestas de manera intercalada, de tal

manera de formar una estructura entrelazada con hileras desalineadas y con menos espacios de vacíos

(Sieira 2009).

Después de la fase de amarrado, los espacios vacíos fueron rellenos con suelo local y compactado, en

camadas de 0,25 m de espesor. La compactación del suelo en el interior de las llantas fue ejecutada

con un compactador hidráulico manual. La construcción del muro de llantas consiste en una secuencia

de operaciones tales como la colocación de las llantas, la unión mediante amarre de las llantas,

compactación del suelo en el interior de las llantas y colocación de la fila de llantas sub-siguiente. El

proceso se repite hasta alcanzar la altura específica del proyecto.

El trabajo desarrollado (Medeiros et al. 1997) tuvo como principales objetivo analizar la viabilidad de

construcción de muros de llantas, determinar los parámetros representativos del material compuesto

(Suelo-llanta) y analizar las deformaciones en el muro. El peso específico del material fue

determinado a partir de ensayos de densidad en campo. Los resultados indican que el peso específico

del conjunto suelo-llantas varía entre 15,5 kN/m3 cuando se utilizan llantas enteras y de 16,50 kN/m

3

cuando son utilizadas llantas cortadas. De esta manera se verifican que la remoción de una banda

lateral, produce un material con mayor densidad, teniendo en cuenta la mayor facilidad de

compactación del suelo en el interior de las llantas.

La deformación de las diferentes secciones del muro fueron analizadas numéricamente a partir de un

programa de elementos finitos utilizando los parámetros definidos por (Sieira et al. 2001),

obteniéndose módulos de deformación iguales a 1,8, 2,5, 3,0, y 2,5 MPa para las diferentes secciones

analizadas. De la misma manera que con el peso específico, se presentó mayor rigidez del conjunto

suelo-llantas en las que se cortó el borde lateral de las llantas. Los análisis se realizaron confrontando

los desplazamientos horizontales medidos por la instrumentación instalada en campo (inclinómetros),

con los previstos en los análisis numéricos.



16

Con base en los análisis realizados, se pudo concluir que la remoción de la banda lateral de la llanta

reduce de manera significativa la magnitud de los desplazamientos con una diferencia de

aproximadamente de 12,0 mm. En el caso del elemento de amarre, se concluye que el uso de alambre

reduce los desplazamientos horizontales en hasta un 20%. La elección del tipo de amarre también

llevó a considerar aspectos prácticos para facilitar la construcción del muro. Durante el proceso

constructivo, se verificó que mientras el alambre permite ser ajustado con alicate común, el amarre

con cuerda es más trabajoso y demorado debido a que requiere la ejecución de un nudo especial del

tipo marinero.

Figura 2. 5 Comparación de los desplazamientos horizontales presentados en las llantas con

bandas laterales cortadas contra las llantas enteras (modificado Sieira et al. 2001).

La construcción del muro experimental desarrollado por (Sieira 2009) mostró la viabilidad de la

técnica como una alternativa que combina la eficiencia mecánica de la llanta y el bajo costo para su

ejecución, al compararse con alternativas convencionales de estabilización de laderas. Además, es

importante resaltar la facilidad constructiva con la que se puede efectuar este tipo de solución.

En Colombia, se han desarrollado casos exitosos usando muros en llantas para la estabilidad de taludes

como sistemas de contención, por ejemplo el muro construido con llantas en tierra armada en el barrio

Fuente Clara, sector La Iguaná de la ciudad de Medellín. La construcción de esta obra de mitigación

contó con la participación activa de la comunidad y con el apoyo de ingenieros del sector privado, que

se hicieron presentes con diversos materiales (Carmona G. 2014).

El sector intervenido presentaba inestabilidad, debido a las filtraciones de aguas y a las continuas

lluvias, por lo que se hizo necesaria la construcción de un sistema de contención para la protección del

sector, razón por la cual, la Secretaría de Desarrollo Social por medio del equipo técnico de la

Gerencia de La Iguaná, brindó acompañamiento y capacitación a la comunidad en la elección, corte y

amarre de las llantas, para que participaran en la construcción. El primer muro de este tipo se

construyó en el cruce peatonal de los barrios Blanquizal y Olaya Herrera, beneficiando a más de 500

personas que lo utilizan diariamente.

En el Cerro de la Bandera en la ciudad de Cali, se realizaba una explotación artesanal de carbón, lo

cual afectó de modo significativo la estabilidad de la zona. Se observó la presencia de áreas

erosionadas producto de la minería, al mismo tiempo se observaron procesos de regeneración natural

favoreciendo la cobertura de los suelos de la zona. Se consideró la ejecución de una especie de terraza



17

a nivel, sobre la cual van ubicadas las llantas, para formar unos trinchos. Las llantas fueron colocadas

a nivel, por una parte para dar la estructura a la trinchera, y por otro para dar al mismo el consolidado

aplomo, y así de este modo evitar su movimiento o inestabilidad. La primera línea de llantas, debe

quedar nivelada y firmemente asentada, a fin de favorecer el asentamiento de las otras llantas, que

darán la altura necesaria al trincho. Cuando hay disponible rocas, las llantas son llenadas con las

mismas con el objetivo de dar solidez a las estructura y de este modo dar una adecuada resistencia y

aplomo al trincho (Martínez A. 2007).

Fotografía 2. 5 Muro de Tierra reforzado con llantas de desecho construido en Musicreando,

sector las palmas del municipio de Medellín.

2.2.5 Construcción de muros de tierra reforzada con llantas de desecho en la

actualidad.

La empresa Compañía de Suelos Constructores y Consultores S.A.S en cabeza del Ingeniero José

Ignacio Sierra Valencia es pionera en Antioquia en la construcción de muros de tierra reforzada con

llantas de desecho y desde el año 2001 viene desarrollando obras con la implementación de este

sistema.

La principal limitante con la que cuenta esta empresa para el diseño y la construcción de los muros de

tierra reforzada con llantas de desecho es que no tienen un soporte académico ni matemático que avale

sus diseños, además de no hacer un análisis riguroso del comportamiento de la estructura como lo

especifican las diferentes normas de diseño como son la NSR-10, el Código de Puentes y las normas

internacionales AASHTO.

La Empresa Compañía de suelos diseña y construye los muros de tierra reforzada con llantas de

desecho recicladas, manila de polipropileno de diferentes diámetros y un material de lleno

seleccionado según lo específica la norma Invías, el grado de compactación deberá ser mínimo del

95% y la densidad máxima del ensayo de Proctor Modificado de laboratorio.

A continuación se relacionan algunos de los muros diseñados y construidos por la empresa Compañía

de Suelos Constructores y Consultores S.A.S desde el año 2001.

En Itagüí: Dos muros de 7.30 m. y 4.30 m. 2001.

Santa Bárbara: Muro de 2.50 m. 2002.



18

En el Municipio de El Retiro, muro de 4.0 m. x 15 m. Septiembre de 2003.

Clariant Colombia S.A., muro de 2.60 m. x 23,0 m. Enero de 2004.

En el Municipio de El Retiro, El Barcino dos muros de 4.0 m. y 4,50 m. x 14,60 y 22,40 m.

Noviembre de 2004.

En el barrio Caicedo se construyeron dos muros de 2,50 m. x 8,0 m. y 6,0 m. 2005.

Cancha Los Gómez. 20,0 m. x 5,50 m. 2005.

Colegio Jorge Robledo. 26.50 m. x 3,10 m. Mayo de 2006

Rio Pantanillo. Municipio de El Retiro ( Ant ). 3,30 m. x 35,0 m.

Rio Pantanillo No 2. Municipio de El Retiro ( Ant ). 3,50 m. x 30,0 m.

Sector El Portento. Municipio de El Retiro ( Ant ). 3,30 m. x 35,0 m.

Sector Pontezuela. Municipio de Ríonegro ( Ant ). 2,80 m. x 12,50 m.

Sector Chapineros. Municipio de El Retiro ( Ant ). 2,80 m. x 13,0 m.

Sector El Portento. Municipio de El Retiro ( Ant ). 7,70 m. x 17,0 m.

Sector Pantanillo. Municipio de El Retiro ( Ant ). 5,40 m. x 10,40 m.

Sector Tabacal. Municipio de El Retiro ( Ant ). 6,70 m. x 31,50 m.

Sector Los Medios - Tabacal. Municipio de El Retiro ( Ant ). 3,50 m. x 15,10 m.

Sector Chapineros. Municipio de El Retiro ( Ant ). 5,70 m. x 12,10 m.

Sector La Tolda – Tabacal. Municipio de El Retiro. 3,50 m. x 6,70 m.

Sector Puente Pelaez. Municipio de El Retiro. 3,25 m. x 10,20 m.

Sector Lejos del Nido. Municipio de El Retiro. 3,10 m. x 8,80 m.

Sector Los Salados. Muncipio de El Retiro. 4,50 m. x 3,75 m.

Municipio de Betulia. 11,50 m. x 4,0 m.

Sector de Pontezuela. Municipio de Ríonegro. 2,50 m. x 8,40 m.

Sector Belén. Municipio de Ríonegro. 5,0 m. x 6,70 m.

Floristería Jardines del Portal. Municipio de La Ceja. 3,0 m. x 17,0 m.

Urbanización Reserva del Tesoro. 3,25 m. x 10,50 m.

Barrió Blanquizal municipio de Medellín. 2,6 m x 2,6 m Septiembre de 2011

Urbanización Ipanema municipio de Ríonegro 7,0 m x 60,0 m Abril de 2012

2.2.6 Proceso constructivo del muro de tierra reforzada con llantas de desecho

2.2.6.1 Recolección de las llantas de desecho.

La recolección de las llantas de desecho se puede hacer en cualquier medio de transporte que tenga

como almacenar llantas, se hace un recorrido por los negocios productores de llantas más cercanos al

proyecto y se recolectan las llantas, según la resolución número 1457 del 29 de julio de 2010 del

Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial los productores de llantas que se

comercializan en el país tienen la obligación de formular, presentar e implementar los Sistemas de

Recolección Selectiva y Gestión Ambiental de Llantas Usadas con el propósito de prevenir y controlar

la degradación del ambiente, de esta forma los productores de llantas que entreguen las llantas de

desecho para la construcción de los muros estarán cumpliendo dicha resolución.

2.2.6.2 Selección de las Llantas de desecho.

Se deben utilizar llantas de desecho en buen estado, no se podrán utilizar llantas reventadas ni donde la

estructura interna de llanta este expuesta, es decir que se vea el alambre o el tejido de Nylon.



19

Fotografía 2. 6 Recolección y selección de llantas de desecho. Fuente Presentación CIA de

Suelos.

2.2.6.3 Corte de las llantas de desecho

Una de las caras de la llanta debe ser retirada con un cuchillo o cortadora eléctrica, dejando un

recipiente circular que permita que su interior sea llenado con el material seleccionado.

Fotografía 2. 7 Corte de la llanta con cuchillo

2.2.6.4 Llenos en las llantas de desecho

El llenado de las llantas, luego de ser cortadas, se debe hacer con un material seleccionado de buena

calidad, proveniente de la excavación o un sitio de préstamo. El material se debe clasificar de acuerdo

a la norma vigente y se debe garantizar una compactación del 95% de la densidad máxima del ensayo

de Proctor Modificado de laboratorio.

Se deben retirar todos los materiales de mala calidad donde se va apoyar el muro tales como: lodo,

material orgánico, escombros, etc., ya que no garantizan buenas condiciones para el apoyo de la

estructura.



20

Estos materiales de mala calidad tampoco se podrán utilizar para llenos del muro de tierra reforzado

con llantas de desecho y en caso que sean encontrados se debe garantizar la disposición final de tal

forma que no afecte la estabilidad de la estructura.

Fotografía 2. 8 Llenado manual y mecánico de las llantas de desecho.

Una vez todos los llenos sean construido es necesario realizar el ensayo de densidad en campo con

cualquiera de las metodologías que tiene la norma para este tipo de materiales.

Fotografía 2. 9 Ensayo de densidad en campo

2.2.6.5 Amarre entre llantas de desecho.

Según la metodología que está utilizando el ingeniero José Ignacio Sierra todos los elementos que

componen el muro de tierra reforzada con llantas de desecho deben ser amarrados o unidos con manila

de polipropileno, los elementos que conforman el paramento del muro son amarradas unas con otras y

su disposición mampuestos y entrelazada, se debe utilizar un nudo que se conoce como el nudo llano o

nudo rizo, dadas dos sogas “A” y “B”, se coloca la primera sobre la segunda y se hace una vuelta

como para hacer un nudo simple, luego se toma la punta de la cuerda “A” y se coloca sobre la cuerda

“B” y se realiza otra vuelta igual que la primera.



21

Figura 2. 6 Esquema del nudo recomendado para unir los elementos del muro.

Fotografía 2. 10 Amarre entre llantas con manila de polipropileno.

2.2.6.6 Construcción del muro de tierra reforzada en llantas de desecho.

Para la construcción de los muros de tierra reforzada con llantas de desecho se debe realizar primero

un estudio geotécnico que defina las propiedades mecánicas de los materiales y las solicitaciones de

carga a las que va estar sometida la estructura.

Se colocan las llantas amarradas unas con otras haciendo el amarre con manila de polipropileno, el

paramento del muro se amarra con manila de 3/8” de diámetro es decir cada llanta debe estar amarrada

con la que tiene a su lado y de igual forma debe ir amarrada con las llantas que tiene abajo y arriba, ya

que no se han realizado pruebas confiables de laboratorio no se puede afirmar que estos conectores son

suficientes para las solicitaciones a cortante, el diseño se basa en la experiencia que tiene la empresa

Compañía de Suelos Constructores y Consultores S.A.S en la construcción de este sistema.



22

Figura 2. 7 Esquema del amarre entre llantas.

Luego que la primera fila este completamente amarrada con la manila de polipropileno de 3/8” de

diámetro se deben amarrar los tensores, estos tensores amarran un grupo de llantas del paramento y

van hasta otra llanta que se encuentra hasta la parte trasera de la estructura, el diámetro de esta manila

depende de la altura del muro y las cargas a las que va estar expuesta la estructura, el diámetro por lo

general en de 1/2” y 5/8”, no es recomendable trabajar en diámetros más grandes ya que el proceso

constructivo se hace más difícil por la dificultad que da hacer los nudos.

Fotografía 2. 11 Amarre entre llantas y amarre de tensores.

La longitud de cada tensor depende de la altura del muro, y se estima que es el 70% de la altura del

muro, esto también se determina en base a la experiencia del ingeniero José Ignacio Sierra ya que no

se han realizado ensayos de laboratorio que determinen que esta longitud de los tensores sea suficiente

para atender los requerimientos de carga.



23

Figura 2. 8 Esquema del amarre de los tensores.

2.2.6.7 Drenajes.

Como las recomendaciones que hace la empresa Compañía de Suelos Constructores y Consultores

S.A.S son en condiciones drenadas del suelo, es necesario construir un sistema de captación,

recolección y conducción de aguas, el cual está conformado por un filtro tipo geodren con tubería, una

cuneta de concreto y las tuberías de conducción.

Para recoger las aguas infiltradas que puedan llegar a la estructura de contención, se recomienda

construir drenes horizontales (lloraderas) las cuales cumplen la función de eliminar las presiones

hidrostáticas y prolongar la vida útil de la estructura. Las lloraderas deben ser construidas con tubería

de 2” de diámetro perforadas dejando una franja sin perforar para garantizar que corra el agua, se debe

cubrir la tubería con geotextil no tejido y en el extremo de deberá colocar un tapón que garantice que

no se colmate la tubería, además se deberá llevar estos drenes con tubería de forma controlada a una

obra de captación de agua, garantizando que el agua que recojan los drenes no afecte la estabilidad de

la estructura, el espaciamiento entre drenes y la profundidad depende de cada diseño.

Fotografía 2. 12 Sistema de drenaje y cunetas de los muros de tierra reforzada con llantas de

desecho.



24

2.2.6.8 Recubrimiento.

Debido a el material de las llantas de desecho es altamente inflamable en todos los casos se debe

recubrir la estructura con diferentes sistemas, los muros pueden ser cubiertos con material vegetal,

con un mortero y malla de vena, electro soldada o con mampostería, la mampostería cumple la función

de un muro cortina ya que no tiene ningún compromiso estructural.

Fotografía 2. 13 Diferentes sistemas para recubrir los muros de tierra reforzada.

2.2.7 Otras experiencias con muros en llantas de desecho.

Durante el tiempo que se está llevando a cabo este trabajo se ha tratado conseguir otras empresas o

personas que realicen este tipo de trabajos con muros de tierra reforzada con llantas de desecho, pero

no ha sido posible, sin embargo si hemos podido encontrar muros ya construidos.

El primer muro que se encontró fue construido en la zona del colegio Euskadi en la loma de los Balsos

del municipio de Medellín, la fotografía fue tomada el 06 de Febrero de 2011, del diseño y los

constructores no se tienen ningún tipo de información.

En el momento que se tomó la fotografía el muro en llantas presentaba problemas de estabilidad, ya

había fallado.

Fotografía 2. 14 Muro de tierra reforzada con llantas zona del colegio Euskadi municipio de

Medellín.



25

El segundo muro que se encontró fue construido en la parcelación Alto de las Brisas del municipio de

Sabaneta, la fotografía fue tomada el 14 de Julio de 2012, del diseño y los constructores no se tienen

ningún tipo de información.

Fotografía 2. 15 Muro de tierra reforzada con llantas en la parcelación Alto de las Brisas en el

municipio de Sabaneta.

El tercer caso encontrado se trata de un muro en llantas construido en el municipio de Santa Bárbara,

en la vía que comunica los municipios de Medellín y la Pintada, la estructura consta de acomodar los

aros de las llantas una sobre otra y en el centro de los aros va un larguero de madera que sirve como

guía, en esta zona es común encontrar este tipo de construcción ya que existen personas que utilizan

las llantas para la construcción de artesanías y los aros de las llantas son desechados.

Fotografía 2. 16 Muro construido con aros de las llantas.

El cuarto caso encontrado se trata de un muro en llantas construido en el sector de Poblanco del

municipio de la Pintada, la estructura fue construida para la protección de la ribera del río, consiste en



26

llantas puestas una sobre la otra y amarradas entre sí, con alambre de púas, en su interior las llantas

están llenas de un material granular con diámetros de 10,0 cm aproximadamente.

Fotografía 2. 17 Estructura en llantas de desecho, en el sector de Poblanco del municipio de la

Pintada (Ant.).

Dos de los muros encontrados ya presentan problemas de estabilidad, presentan deformaciones

excesivas, el muro de la zona de los balsos fallo debido a las presiones hidrostáticas excesivas en el

material que está conteniendo, se observa gran cantidad de agua que brota en el talud, no se observan

elementos que mejoren la resistencia a la cortante y tampoco es claro si las llantas entre si van

amarradas, lo que genero el colapso de la estructura de contención. El muro construido en la zona de

Poblanco está amarrado con alambre, este alambre en contacto con el agua se puede corroer y puede

generar el colapso de la estructura, las llantas en este muro están llenas de material granular con un

diámetro promedio de 10,0 cm, en este caso el río Cauca socavó la pata del muro y esto generó la

deformación excesiva de la estructura.

Universidad Nacional de Colombia. Capítulo 3. Muros en tierra armada

ESTANDARIZACIÓN DE TECNICAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE MUROS DE TIERRA ARMADA CON LLANTAS DE

DESECHO.

27

3 CAPÍTULO 3 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD EXTERNA EN EL

DISEÑO DE MUROS DE CONTENCIÓN EN TIERRA REFORZADA

Para el diseño de un muro de contención, en este caso para el diseño de los muros de tierra armada con

llantas de desecho, es importante tener claro los conceptos sobre el diseño de los muros de tierra

armada, por esta razón en este capítulo se presentan los aspectos generales de los muros de tierra

armada, como se dimensionan los muros, como se calculan las cargas de diseño, cálculo de la

estabilidad externa, y la combinación de las cargas según la normativa que aplica para nuestro país.

3.1 ASPECTOS GENERALES

En el diseño de todas las estructuras de contención es fundamental revisar su estabilidad, por eso se

hace necesario los siguientes pasos:

1. Revisión por volteo respecto a la punta.

2. Revisión por falla de deslizamiento a lo largo de la base.

3. Revisión por falla de capacidad de carga de la base.

Figura 3. 1 Revisiones de estabilidad en muros de contención en suelo reforzado. (Tomado de

Braja M. 2010)

Universidad Nacional de Colombia. Capítulo 3. Muros en tierra reforzada


DESECHO.

28

3.2 DIMENSIONAMIENTO DE MUROS DE CONTENCIÓN

Para el dimensionamiento de los muros de contención los ingenieros deben suponer algunas

dimensiones, lo que se conoce como proporcionamiento o dimensionamiento, esto permite revisar las

secciones de prueba por estabilidad. Si estas revisiones por estabilidad dan resultados incoherentes, la

sección debe ser cambiada y se vuelve a revisar la estabilidad de la estructura.

Los muros de contención en tierra reforzada, son estructuras de gravedad, es decir que se hacen

estables por su propio peso para soportar las cargas desestabilizadoras. Para dimensionar la base de los

muros, en la mayoría de los casos se asume inicialmente del 70%de la altura máxima.

Otro aspecto importante en el dimensionamiento de muros de gravedad en tierra reforzada, es

determinar la inclinación de la cara del muro en relación con la horizontal. Se define 70° como la

inclinación mínima para los muros de contención, de lo contrario el caso sería el de un terraplén,

donde la superficie de falla es curva y los métodos a utilizar para determinarla no se ajustan al modelo

de falla de Rankine (Geosistemas Pavco 2009).

Figura 3. 2 Esquema de dimensionamiento de muros de gravedad. (Tomado de Braja M. 2010)

3.3 CARGAS DE DISEÑO EN MUROS DE CONTENCIÓN

En el diseño de los muros de tierra armada, y en todos los muros en general es necesario evaluar todas

las condiciones de carga a las que va estar expuesta la estructura de contención, de igual forma para el

diseño de los muros de tierra reforzada con llanas de desecho también se hace necesario hacer la

evaluación de todas las cargas que pueden incidir en la estabilidad de la estructura, en los siguientes

punto se va a determinar cómo se va a evaluar la presión lateral de tierra, la evaluación de la

sobrecarga por llenos, sobrecarga por cargas vehiculares y finalmente la evaluación de las cargas

sísmicas.



DESECHO.

29

Figura 3. 3 Esquema de muro de tierra reforzada con la aplicación de la carga viva

3.3.1 Presión lateral de tierra

El método de fluido equivalente para determinar la presión de tierra durante el diseño de los muros de

contención fue descrito por Terzaghi y Peck (1967). Este método supone que el muro de contención

tiene un relleno de un “fluido equivalente”. (Braja M. 2010).

Ecuación 3.1

donde:

El parámetro K corresponde al coeficiente de empuje de tierras que puede ser activo, pasivo o de

reposo dependiendo las condiciones de rigidez del muro de contención.

La presión que las tierras ejercen sobre el muro que las contiene mantiene una estrecha interacción

entre una y otro. En términos generales del desplazamiento del conjunto, así; en el estado natural se

dice que la presión es la de reposo; si el muro cede, la presión disminuye hasta un mínimo que se



DESECHO.

30

identifica como el estado activo; si por el contrario, el muro se desplaza contra el frente de tierra, la

presión sube hasta un máximo que se identifica como el estado pasivo. Si el desplazamiento del muro

es vertical o implica un giro sobre la base su distribución debe ser lineal o similar a la hidrostática; si

el giro se efectúa alrededor del extremo superior del muro, la distribución debe adoptar una forma

curvilínea. Los desplazamientos relativos se presentan en la figura 3.4 y se cuantifican en la tabla 3.1

(AIS 1998).

Figura 3. 4 Variación del coeficiente de presión de tierras K, con el desplazamiento (tomado de

AIS 1998).

Tabla 3. 1 Movimientos horizontales en el muro de contención conducentes a los estados activos

y pasivo. (Tomado de AIS 1998).

Tipo de Suelo Estado activo Estado pasivo

Granular denso 0.001H 0.020H

Granular suelto 0.004H 0.060H

Cohesivo firme 0.010H 0.020H

Cohesivo suelto 0.020H 0.040H

Estada Activo. El estado activo se identifica con un desplazamiento menor del muro en el sentido

contrario al del banco de tierra que contiene. El valor del coeficiente activo de presión de tierras es

entonces KA. En la siguiente Tabla 3.2 se incluye las formulaciones correspondientes (AIS 1998)

Estado Pasivo. El estado activo se identifica con la resistencia del banco de tierra cuando es empujado

por el muro; al contrario del caso activo, en este caso el desplazamiento es considerable mayor. El

valor del coeficiente pasivo de presión de tierras es entonces KP. En la Tabla 3.2 se incluyen las

formulaciones correspondientes (AIS 1998).



DESECHO.

31

Tabla 3. 2 Muros de contención. (Tomado de AIS 1998).

Descripción Estado activo Estado pasivo

Empuje total

Coulomb

Estático

Rankine

Estático

[ √ ]

[ √ ]

[ √ ]

[ √ ]

Mayniel

Estático

[ √

]

[ √

]

Muller-Breslau

Estático

[ √

]

[ √

]

3.3.2 Sobrecarga por llenos

Para calcular la sobrecarga se debe tener en cuenta la carga generada por los elementos que se

encuentren en la parte superior, como llenos o estructuras de pavimentos, en aplicaciones viales la

AASHTO recomienda como sobrecarga mínima la generada por un espesor de 0.60 m, repartida

uniformemente sobre la superficie del muro (Geosistemas Pavco 2009).

Ecuación 3.2

3.3.3 Sobrecarga por cargas vehiculares (Cargas vivas).

En varios casos, la teoría de la elasticidad se usa para determinar la presión lateral de la tierra sobre

estructuras de retención causada por varios tipos de sobrecarga, tales como una carga en línea (figura

3.5a) y una carga de franja (figura 3.5b). (Braja M. 2010).

De acuerdo con la teoría de elasticidad el esfuerzo a cualquier profundidad, z, sobre una estructura de

retención causada por una carga en línea de intensidad q/longitud unitaria (figura 3.5a) se expresa por

(Braja M. 2010).

Ecuación 3.3



DESECHO.

32

donde:

σ: esfuerzo horizontal a la profundidad z = b.H

Sin embargo, cómo el suelo no es un medio perfectamente elástico, deben esperarse algunas

variaciones de la ecuación 3.4. Las formas modificadas de esta fórmula generalmente aceptadas para

uso con suelos son las siguientes:

Ecuación 3.4

Ecuación 3.5

La figura 3.5 b muestra una carga de franja con una intensidad de q/área unitaria localizada a una

distancia b´ desde un muro de altura H. Con base en la teoría de elasticidad, el esfuerzo horizontal, σ, a

cualquier profundidad z sobre una estructura de retención (Braja M. 2001).

Ecuación 3.6

Los ángulos α y β se definen en la figura 3.5 b

Sin embargo, en el caso de suelos, el lado derecho de la ecuación 3.7 se duplica por tomar en cuenta el

acomodo de la masa de suelo.

Figura 3. 5 Presión lateral de la tierra causada por (a) carga de línea y (b) carga de franja. (Tomado de

Braja M. 2001)).



DESECHO.

33

La fuerza total por unidad de longitud (P) debida únicamente a la carga de franja (Jarquio, 1981).

[ ] Ecuación 3.7

donde:

(

) Ecuación 3.8

(

) Ecuación 3.9

3.3.4 Cargas sísmicas

La teoría de la presión activa de Coulomb se extiende para tomar en cuenta las fuerzas generadas por

un sismo. La figura 3.6 muestra una condición de presión activa con un relleno granular (c = 0). Note

que las fuerzas que actúan sobre la cuña de falla del suelo en la figura 3.6, en esta figura se adicionan

KhW y KvW en las direcciones horizontal y vertical, se pueden definir cómo (Braja M. 2001):

Ecuación 3.10

Ecuación 3.11

La relación para la fuerza activa por unidad de longitud del muro

Ecuación 3.12

Figura 3. 6 Obtención de la ecuación 3.12 (Braja M. 2001).



DESECHO.

34

donde:

Kae: Coeficiente de presión activa de la tierra

[ √

]

Ecuación 3.13

[

] Ecuación 3.14

Note que para una condición sin sismo

Kh = 0, KV = 0, Ɵ´= 0

Por consiguiente Kae = Ka

La variación de Kae cos con Kh para el caso de KV = 0, , ,

se muestra en la

figura 3.7

Figura 3. 7 variación de Kae cos con Kh (nota: KV = 0, , ,

). (nota: Kae cos

es la componente del coeficiente de la presión de tierra en ángulo recto a la espalda del muro.)

A la ecuación 3.12 se le conoce como la solución Mononobe-Okabe. La resultante de la presión de la

tierra en esta situación, tal como es calculada por la ecuación 3.12, no actúa a una distancia de H/3

desde el fondo del muro. El procedimiento siguiente se usa para obtener la localización de la fuerza

resultante Pae (Braja M. 2001):

1. Calcular Pae Usando la ecuación 3.12

2. Calcular Pa.



DESECHO.

35

Ecuación 3.15

3. Calcular

Ecuación 3.16

4. Suponer que Pa actúa a una distancia H/3 desde el fondo del muro.

5. Suponer que actua a una distancia 0.6H desde el fondo del muro Figura 3.8

6. Calcular la localización de la resultante con la expresión

(

)

Ecuación 3.17

Figura 3. 8 Determinación de la línea de acción de Pae (Braja M. 2001).

3.4 FACTORES DE SEGURIDAD DE ESTABILIDAD EXTERNA NORMATIVOS

Haciendo una revisión de las normas, tanto las normas anteriores, como las normas actuales se

construyó con cuadro comparativo de los factores de seguridad en condiciones estáticas, las

diferencias que existen no son muy significativas, para las condiciones estáticas se encontró que la

norma es clara y específica para cada caso de evaluación los factores de seguridad que se deben

cumplir.

Tabla 3. 3 Factores de seguridad tomados de las normas para condiciones estáticas.

FACTOR DE SEGURIDAD NORMA

CCP-95 NSR-98 NSR-10 AASHTO

DESLIZAMIENTO

Suelos

Granulares 1.5 1.5

1.60 1.50

Suelos Cohesivos 2.0

VOLCAMIENTO

Suelos

Granulares 2.0 3.0

3.00 2.00

Suelos Cohesivos 2.0

CAPACIDAD DE

CARGA

Suelos

Granulares 3.0 2.5 3.00 3.00

Suelos Cohesivos



DESECHO.

36

Realizando el mismo ejercicio anterior se encontró que la norma NSR-10 es la norma más clara y

especifica los factores de seguridad que se debe cumplir para cada caso de evaluación de estabilidad

de la estructura de contención.

Tabla 3. 4 Factores de seguridad tomados de las normas para condiciones dinámicas

FACTOR DE

SEGURIDAD

NORMA

NSR-10

DESLIZAMIENTO 1.1

VOLCAMIENTO 2.0

CAPACIDAD DE

CARGA 1.5

3.5 ANÁLISIS ESTABILIDAD EXTERNA DE MUROS DE CONTENCIÓN

La revisión de estabilidad por falla, por volteo, deslizamiento y capacidad de carga se describen a

continuación, es la metodología que se emplea para estimar la estabilidad de cualquier estructura de

contención, y con esta metodología se hará la evaluación de estabilidad de los muros de tierra

reforzada con llantas de desecho.

3.5.1 Revisión por volcamiento

El factor de seguridad contra volteo esperado a la punta, se expresa como.

Ecuación 3.18

donde:

ƩM0 = Suma de los momentos de las fuerzas que tienden a voltear el muro

ƩMR = Suma de los momentos de las fuerzas que tienden a resistir el volteo

3.5.2 Revisión a deslizamiento

El factor de seguridad contra deslizamiento se expresa por la ecuación

Ecuación 3.19

donde:

ƩFg’ = Suma de las fuerzas horizontales resistentes

ƩFd = Suma de las fuerzas horizontales de empuje

La figura 3.9 indica que la resistencia cortante del suelo inmediatamente debajo de la base se presenta

como



DESECHO.

37

donde:

δ = Ángulo de fricción entre el suelo y la losa de base

Ca = Adhesión entre el suelo y la base del muro

La fuerza resistente máxima que se obtiene del suelo por unidad de longitud del muro a lo largo de la

base es entonces

R’= s(área de la sección transversal) = s(Bx1) =

Sin embargo

Bσ = Suma de las fuerzas verticales = ƩV

Por lo que

R’= (ƩV)

La fuerza horizontal que genera deslizamiento (fuerza de empuje) es la resultante de todas las fuerzas

desestabilizadoras, ver figura 3.3

Figura 3. 9 Revisión por deslizamiento a lo largo de la base.

Ecuación 3.20

En general según la NSR-10 (Ver Tabla 3.3) se requiere un factor de seguridad de 1.6 contra

deslizamiento.



DESECHO.

38

3.5.3 Revisión por capacidad de carga

La presión vertical, tal como es trasmitida al suelo por la losa de base del muro de retención, debe

revisarse contra la capacidad de carga última del suelo. La naturaleza de la variación de la presión

vertical trasmitida por la losa de base del suelo se muestra en la figura 3.10. Note que qpunta y qtalón son

las presiones máxima y mínima que ocurren en los extremos de las secciones de punta y del talón,

respectivamente. Las magnitudes de qpunta y qtalón se determinan de la siguiente manera (Braja M.

2010).

La suma de las fuerzas verticales que actúan sobre la losa base es ƩV y la fuerza horizontal es

Figura 3. 10 Revisión de falla por capacidad de carga

El momento neto de esas fuerzas es

Ecuación 3.21



DESECHO.

39

Note que los valores de ƩMR y ƩMo fueron previamente determinados ecuación 3.18.

Ecuación 3.22

Por consiguiente, la excentricidad de la resultante, R, se expresa como

Ecuación 3.23

La distribución de presiones bajo la losa de base se determina usando los principios de la mecánica de

materiales:

Ecuación 3.24

donde:

MNeto = momento = (ƩV)e

I = Momento de inercia por unidad de longitud de la sección base

Ecuación 3.25

Para la presión máxima y mínima, el valor de y en la ecuación 3.24 es igual a B/2. Sustituyendo los

valores anteriores en la ecuación 3.24 se obtiene.

(

)

(

) Ecuación 3.26

(

) Ecuación 3.27

La tiene en cuenta el peso del suelo, cuando el valor de la excentricidad e, es mayor que B/6, qmin

resulta negativa. Por esta razón se tendrá algún esfuerzo de tensión en el extremo de la sección del

talón; el esfuerzo no es deseable porque la resistencia a tensión del suelo es muy pequeña. Si el

análisis de un diseño muestra que e > B/6, el diseño debe rehacerse y determinar nuevas dimensiones

(Braja M. 2001).

A continuación se relaciona la ecuación para calcular la capacidad de carga última para cimentaciones

superficiales obtenidas por Meyerhof (Braja M. 2010).

Ecuación 3.28

donde:

C' Cohesión



DESECHO.

40

q = esfuerzo efectivo al nivel de desplante de la cimentación

Ɣ = peso específico del suelo

B = ancho de la cimentación

= factores de forma

= factores de profundidad

= factores de inclinación de la carga

= factores de capacidad de carga

(

)

(

)

(

)

Los factores , y son todos iguales a uno porque se trata como una cimentación continua.

Una vez que la capacidad de carga del suelo se ha calculado con la ecuación 3.28, el factor de

seguridad contra la falla por capacidad de carga se determina (Braja M. 2001):

Ecuación 3.29

El factor de seguridad que se requiere es de 3. Para capacidad de carga última en cimentaciones

superficiales se da un asentamiento aproximado del 10% del ancho de cimentación. Para los muros de

contención, el ancho B es grande. La carga ultima qu ocurrirá para un asentamiento grande de la

cimentación. Un factor de seguridad de 3 contra una falla de capacidad de carga no garantiza, que el

asentamiento este dentro de los límites tolerables, lo que da lugar a una investigación mucho mayor.

3.6 COMBINACIONES DE CARGA PARA ANALISIS EXTERNO

3.6.1 Según la NSR-10

Las cargas se denotan como:



DESECHO.

41

D: Carga Muerta

E: Carga sísmica

H: Empuje de tierras

L: Carga Viva

Condición estática

Combinación: D+H+L

Condición seudoestática

Combinación: D+H+0.75E

3.6.2 Según CCP-95

Las cargas se denotan como:

D: Carga Muerta

EQ: Carga sísmica

E: Empuje de tierras

L: Carga Viva

Condición estática

Combinación: 1.3D+1.3E+1.3L

Condición seudoestática

Combinación: 1.0D+1.0H+1.0E

Universidad Nacional de Colombia. Capítulo 4. Estabilidad interna


DESECHO.

42

4 CAPITULO 4. ESTABILIDAD INTERNA EN MUROS DE

CONTENCIÓN EN TIERRA REFORZADA

El suelo, es uno de los materiales de construcción más antiguos utilizados por el hombre, no obstante,

en muchas ocasiones dicho material no presenta las propiedades geo mecánicas suficientes para la

ejecución de obras civiles, razón por la cual, es necesario realizar su mejoramiento, buscando mejorar

su comportamiento ante diferentes aplicaciones ingenieriles.

En la década de los años 60 se inicia la utilización de los primeros textiles en el campo de la ingeniería

aplicada, cuando fue patentado el concepto de “tierra armada” por parte del arquitecto Henry Vidal en

1966. La idea inicial del Vidal, fue la de un material de relleno reforzado por tiras planas dispuestas de

manera horizontal, sobre un suelo friccionante (Jones 1996), no obstante fue hasta los años 70 en

donde se inició la fabricación y aplicación de materiales textiles especiales para la ingeniería,

adoptando el nombre de geotextiles (Geosistemas Pavco 2009).

En el año de 1925 en Estados Unidos, Munster desarrollo un muro de suelo reforzado, utilizando como

refuerzo elementos de madera. Los problemas que este sistema podría generar durante su construcción

fueron minimizados por medio del uso de conectores deslizantes que interactuaban entre los elementos

de refuerzo y la cara del muro. Las técnicas usadas para la construcción de dicho muro son en esencia

las que se utilizan en la actualidad para los muros reforzados (Jones 1996).

En 1992, Jewell (apud Pinedo A 2012) especificó que la construcción de este tipo de estructuras

(Tierra Armada) se caracterizaba por involucrar un sistema de elementos combinados y materiales

tales como tiras metálicas, suelo granular y paramento de paneles. La técnica resultaba económica,

razón por la cual se generó interés no solo comercial sino también para investigaciones académicas.

Figura 4. 1 Suelo reforzado con madera por (Munster en 1925, Jones 1996).



DESECHO.

43

En la actualidad el empleo de materiales Geosintéticos en suelos reforzados y taludes ha crecido con

gran notoriedad. Este gran crecimiento se debe fundamentalmente a que el sistema en general

constituye una alternativa económica y de fácil construcción.

4.1 REFUERZO DE SUELOS

Los efectos benéficos del refuerzo del suelo se derivan de: (a) una mayor resistencia a tensión del

suelo y (b) la resistencia a la corte desarrollada por la fricción en la interface suelo-refuerzo. Este

refuerzo es comparable con el de las estructuras de concreto. Actualmente, la mayoría del diseño de

tierra armada se hace únicamente con suelo granular con drenado libre, evitando así el desarrollo de la

presión hidráulica de poro en suelos cohesivos, lo que a su vez reduce la resistencia al corte del suelo.

La técnica de refuerzo de suelos se fundamenta en la inclusión de materiales al interior de la masa de

suelo, cuyas propiedades de resistencia a tracción son mayores que las del suelo, permitiendo integrar

un sistema que facilita la construcción de obras de tierra con reducción de volumen del material de

suelo utilizado. Los materiales que se usan en general pueden ser sintéticos (geosintéticos) o naturales

y absorben y redistribuyen los esfuerzos de la matriz de suelo, limitando las deformaciones laterales de

las estructuras reforzadas. La transferencia de esfuerzos es controlada por factores tales como la

resistencia a tracción del material de refuerzo y las condiciones de confinamiento del material de

suelo.

Entre los geosintéticos utilizados para el refuerzo del suelo, están los geotextiles y las geomallas, las

cuales son mantas continuas conformadas con fibras que forman estructuras tejidas y no tejidas o en

enmallado que presentan propiedades mecánicas e hidráulicas que permiten un mayor desempeño en

las obras geotécnicas.

Las estructuras en tierra armada o reforzada son terraplenes en los cuales el suelo es compactado en

capas intercaladas con la inclusión de geotextiles que permiten aumentar la resistencia al esfuerzo

cortante dentro de los rellenos.

Entre las ventajas del uso de geotextiles está su fácil construcción, debido al uso de suelo como

principal componente del sistema y a la flexibilidad de los geotextiles para adaptarse a cualquier

superficie, sin embargo entre sus desventajas está la vulnerabilidad a la acción de los rayos UV, por lo

que es necesario efectuar la protección respectiva con el uso de vegetación, concreto, mantos

resistentes entre otros.

(Cabral et al, 2012), realizaron un análisis del comportamiento de resistencia y deformación de un

terraplén reforzado con geosintético sobre un suelo blando, haciendo énfasis en la determinación de

los parámetros mecánicos de resistencia e deformación del suelo del terraplén, de la fundación, así

como de los materiales sintéticos utilizados. Como la obra fue instrumentada, se pudo verificar que el

uso de materiales sintéticos permitió la disminución de los asentamientos esperados, siendo admisibles

para la altura del terraplén (6,0 m).

Utilizando la resistencia a la ruptura por tracción del refuerzo con geosintético en los cálculos de

diseño se puede conducir a una sobreestimación del factor de seguridad, ya que los terraplenes

reforzados pueden fallar debido a desplazamientos excesivos ante la falla del material reforzado

(Rowe y Sóderman, 1987; Rowe y col., 1995 apud Hinchberger & Rowe 2003).

Con base en lo anterior, se resalta la importancia de la ejecución de ensayos de laboratorio que

permitan no solo la parametrización de los materiales que se usan para el refuerzo de suelos, sino

también realizar los análisis respectivos de su comportamiento ante diferentes situaciones o cargas, lo



DESECHO.

44

que permite complementar las bases del diseño tanto desde el punto de vista numérico como del

práctico.

Es claro que las aplicaciones para el suelo reforzado tanto con geosintéticos con materiales reciclados,

buscan proporcionar la estabilidad del terreno y reducir las deformaciones en las estructuras que se

construyan, dando amplitud a una gran variedad de aplicaciones, algunas de las cuales pueden

extenderse a materiales no convencionales como es el caso de las llantas recicladas. En general las

obras para la estabilidad y mejoramiento de suelos consisten en lo siguiente:

Refuerzo en la base de terraplenes sobre suelos blandos: Consiste en la colocación de mínimo una

capa de geotextil en la base de un terraplén de lleno, lo que permite mejorar la estabilidad del mismo.

La presencia del geosintético permite que el terraplén se construya más alto y con pendientes más

pronunciadas. El uso del geotextil, genera una superficie de separación entre el suelo natural (blando)

y el nuevo lleno, además de disipar las cargas generadas por el terraplén.

Refuerzo de taludes: Consiste en la colocación de múltiples capas de refuerzo con geosintéticos para

mejorar las condiciones de estabilidad de llenos, permitiendo limitar las deformaciones, y la

construcción de taludes con mayor ángulo de inclinación y de mayor altura.

Muros reforzados: En este caso se usan múltiples capas de refuerzo con geosintéticos (en mayor

densidad) para proporcionar estabilidad y limitar las deformaciones mientras se coloca y compacta el

material de relleno. La presencia del refuerzo con geosintético permite paredes casi verticales estables

que pueden ser construidos con grandes alturas.

Uso de llantas de refuerzo: Al igual que en las soluciones anteriores, las llantas permiten el

confinamiento de material de relleno y la construcción de una estructura de gravedad que limite los

empujes horizontales del suelo y contribuya a la estabilidad del mismo, además que permite el uso de

un material no degradable en la naturaleza, con fines amigables con el medio ambiente.

El refuerzo del suelo ha sido usado recientemente en la construcción y diseño de cimentaciones, muros

de contención, taludes de terraplenes y otras estructuras. Dependiendo del tipo de construcción, los

refuerzos pueden ser tiras metálicas galvanizadas, geotextiles o geocompuestos (Braja M. 2010).

4.2 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO

El procedimiento general de diseño de cualquier muro de contención mecánicamente estabilizado se

divide en dos partes:

1. La satisfacción de los requerimientos de estabilidad interna.

2. La revisión de la estabilidad externa del muro.

Las revisiones de la estabilidad interna implican determinar la resistencia a la tensión y la resistencia

al cortante en los elementos de refuerzo, así como la integridad de los elementos frontales. Las

revisiones por estabilidad externa incluyen la evaluación al volteo, al deslizamiento y de falla por

capacidad de carga.

4.3 MUROS DE CONTENCION CON TIRAS METÁLICAS

En la mayoría de los casos se usan tiras de acero galvanizado como refuerzo en el suelo. Sin embargo,

el acero galvanizado es susceptible a la corrosión. La tasa de corrosión depende de varios factores

ambientales. (Binquet y Lee 1975) sugirieron que la tasa promedio de corrosión de tiras de acero



DESECHO.

45

galvanizado varía entre 0.025 y 0.050 mm/año. Por lo tanto, en el diseño práctico del refuerzo debe

tornarse en cuenta esta cifra (Braja M. 2010) Se tiene entonces:

Ecuación 4.1

donde:

tc = espesor real de las tiras de refuerzo usadas en la construcción

tdiseño = espesor de las tiras determinado de los cálculos de diseño

r = tasa de corrosión

Los muros de tierra reforzados son muros flexibles. Sus componentes principales son:

1. El relleno, que es un suelo granular;

2. Las tiras de refuerzo, que son franjas delgadas y anchas colocadas a intervalos regulares, y

3. Un recubrimiento o escama, sobre el paramento frontal del muro.

La figura 4.2 representa un diagrama de un muro reforzado de tierra armada. A cualquier profundidad

las tiras metálicas o el refuerzo se colocan con un espaciamiento horizontal centro a centro SH; el

espaciamiento vertical de las tiras o del refuerzo es de SV centro a centro. El paramento del muro se

construye con secciones de material delgado relativamente flexible. (Lee y otros 1973) mostraron que

con un diseño conservador, un paramento en acero galvanizado de 5 mm de espesor 0.2pulgadas) sería

suficiente para sostener un muro de aproximadamente 14 a 15 m (45 a 50 pies) de altura.

En la mayoría de los casos se usan losas de concreto precolado como cobertura. En el caso del

refuerzo con placas, estas son ranuradas para ajustarlas entre sí, de modo que el suelo no pueda fluir

entre las juntas. Cuando se usa paramentos metálicos, se atornillan entre sí, y las tiras de refuerzo se

colocan entre las capas de suelo (Braja M. 2010).

Figura 4. 2 Muro de tención de tierra armada (con tira metálica) en construcción (Tomado de (Braja M. 2010).



DESECHO.

46

Figura 4. 3 Notación para la relación de 0-01 (2) en las ecuaciones (4.6) y (4.7); (b) notación para

la relación de en las ecuaciones (4.9) y (4.10).

4.3.1 Fuerza en el tirante o refuerzo

La fuerza en el tirante por longitud unitaria del muro desarrollada a cualquier profundidad z es:

T= (Presión activa de tierra a la profundidad z). (Área del muro soportado por el tirante)

Ecuación 4.2

donde:

Sv espesor de capas

separación horizontal entre tiras metálicas

4.3.2 Factor de seguridad contra falla del tirante

Los tirantes de refuerzo en cada nivel y por consiguiente los muros, llegan a fallar por (a) ruptura o

(b) arrancamiento.

El factor de seguridad contra ruptura del tirante se determina con la siguiente relación:

Ecuación 4.3

Ecuación 4.4

donde

w = ancho de cada tirante

t = espesor de cada tirante



DESECHO.

47

fy = resistencia por fluencia o ruptura del material del tirante

Generalmente se recomienda un factor de seguridad de entre 2.5 y 3 para los tirantes a todos los

niveles. Los tirantes de refuerzo a cualquier profundidad z, fallarán por arrancamiento si la resistencia

por fricción desarrollada a lo largo de sus superficies es menor que la fuerza a la que están sometidos

los tirantes (Braja M. 2010). La longitud efectiva de los tirantes a lo largo de la cual se desarrolla la

resistencia por fricción se torna conservadoramente corno la longitud que se extiende más allá de los

límites de la zona de falla activa de Rankine. Ahora, la fuerza máxima de fricción que se desarrolla en

un tirante a la profundidad z es:

Ecuación 4.5

donde

= longitud efectiva

= presión vertical efectiva a una profundidad

= ángulo de fricción entre suelo y tirante

El factor de seguridad contra el arrancamiento del tirante o refuerzo a cualquier profundidad z es

Ecuación 4.6

Sustituyendo las ecuaciones (3.11) y (3.14) en la ecuación (3.15) se obtiene

Ecuación 4.7

4.3.3 Longitud total del tirante

La longitud total de los tirantes a cualquier profundidad es

Ecuación 4.8

donde

Longitud dentro de la zona de falla de Rankine

Longitud efectiva

Para un de la ecuación 3.16,

Ecuación 4.9

De nuevo, para cualquier profundidad z,

Ecuación 4.10

Entonces, combinando las ecuaciones (4.8), (4.9) y (4.10) se obtiene



DESECHO.

48

Ecuación 4.11

4.4 MUROS DE CONTENCIÓN CON GEOTEXTIL

A los tejidos no biodegradables se les llama geotextiles. Desde 1970 su uso en la construcción se

incrementó considerablemente alrededor del mundo. Los tejidos se fabrican generalmente a base de

derivados del petróleo, tales como poliéster, polietileno y polipropileno. También puede elaborarse a

base de fibras de vidrio. Los geotextiles no se preparan con tejidos naturales porque se degradan muy

rápidamente. Los geotextiles pueden ser trenzados, tejidos o sin trenzar (Braja M. 2010).

Los geotextiles trenzados se fabrican a base de dos conjuntos de filamentos o torones de hilo

entrelazados sistemáticamente para formar una estructura plana. Los geotextiles tejidos se forman

entrelazando una serie de lazos de uno o más filamentos o torones de hilo para formar una estructura

plana en cuanto que los geotextiles no tejidos se forman con filamentos o fibras cortas dispuestas

según un patrón establecido o al azar en una estructura plana. Estos filamentos o fibras están

dispuestos en una malla suelta y luego son unidos entre sí por uno o una combinación de los siguientes

procesos:

1. Unión química: por medio de pegamento, hule, látex, derivados de celulosa y otros más.

2. Unión térmica: por medio de calor para la fusión parcial de los filamentos.

3. Unión mecánica: mediante costura de aguja.

Los geotextiles tienen cuatro usos principales en la ingeniería de cimentaciones:

1. Drenaje: los tejidos pueden canalizar rápidamente el agua del suelo hacía varias salidas,

proporcionando una mayor resistencia al suelo.

2. Filtración: cuando se colocan entre dos capas de suelo, una de grano grueso y otra agua de

grano fino, el tejido permite la libre filtración de una capa hacia la otra. Además evita el

arrastre de partículas finas hacia el material grueso granular.

3. Separación: los geotextiles ayudan a mantener separadas las capas de suelo después de la

construcción, por ejemplo en el caso de carreteras, la Subrasante arcillosa puede mantenerse

separada de una capa en base granular.

4. Refuerzo: la resistencia a la tensión de los geotextiles incrementa la capacidad de carga del

suelo.

Al incluir un material con resistencia a la tensión dentro de una masa de suelo que debe soportar una

serie de empujes, se logra aumentar la resistencia general del conjunto, básicamente por el esfuerzo

friccionante desarrollado entre el geosintético y las capas de suelo adyacentes.

Para garantizar que el muro trabaje de la manera adecuada y principalmente bajo condiciones sin

presión hidrostática se deberá incluir un adecuado sistema de drenaje, para lo cual se considera lo

siguiente:

1. Drenaje en la base del muro: Para controlar los ascensos de los niveles freáticos se debería

construir un sistema de drenaje en la base de la estructura conformada, para lo cual sería de gran

utilidad el uso de un colchón drenante, o bien la colocación de un sistema de drenaje según el

criterio del diseñador hidráulico del proyecto.

EI colchón drenante se recomienda con un espesor mínimo de 0.3 m en lo posible cubriendo toda la

superficie de cimentación del muro. El colchón contribuye con la disipación de la presión de poros y al

abatimiento del nivel freático.



DESECHO.

49

2. Control de aguas de infiltración y escorrentía: Para el control del agua aportada por lluvias,

escorrentías y aguas de infiltración se recomiendan dos sistemas principales. El primero consiste

en la construcción de lloraderas y filtros al respaldo de la estructura. Como complemento y para

la recolección del agua proveniente de lloraderas o filtros, se recomienda la construcción una

canaleta en la parte inferior de la cara del muro para evitar la socavación en la base del mismo.

Por lo general el material más apropiado para ser utilizado en rellenos de tierra reforzada es aquel de

tipo granular con un mínimo de finos (se pueden emplear materiales tipo subbase granular) cuyo

índice de plasticidad no debe ser mayor a 6 %. Sin embargo este tipo de material es cada vez más

escaso y su transporte incrementa los costos del proyecto, haciendo que este no sea económicamente

viable. Una de las ventajas más importantes de este tipo de sistemas de refuerzo, es la posibilidad de

trabajar con los mismos materiales que se encuentran en el sitio de la obra. Sin embargo hay que tener

en cuenta los procedimientos de compactación de este tipo de suelo, debido a que en épocas de lluvia

se incrementa la dificultad de compactarlos y llevarlos a una densidad considerable (Geosistemas

Pavco 2009).

Para de determinar la resistencia a la tensión admisible del geotextil se considera el siguiente

procedimiento:

Ecuación 4.12

Ecuación 4.13

Donde:

= Resistencia ultima del geotextil por el método de la tira ancha (ASTM D4595-2011).

FS: Valores recomendados de 1.3 a 1.5 para condiciones estáticas.

FRID: Factor de Reducción por daños durante la instalación.

FRFL: Factor de Reducción por carga continúa sobre el geotextil (fluencia).

FRDQB: Factor de Reducción por degradación química/ biológica.

Los valores recomendados para los factores de reducción se encuentran en la Tabla 4.2.

Tabla 4. 1 Valores recomendados para los Factores de reducción de geotextiles en aplicación de

separación y refuerzo (tomado de manual de diseño de Geosistemas Pavco 2009).

Área Daños por instalación Fluencia

Degradación

Química/Biológica

FRID FRFL FRDQI

Separación 1.1 a 2.5 1.1 a 2.5 1.1 a 1.5

Caminos no pavimentados 1.1 a 2.0 1.1 a 2.5 1.1 a 1.5

Muros de contención 1.1 a 2.0 2.0 a 4.0 1.1 a 1.5

Terraplenes sobre suelos blandos 1.1 a 2.0 2.0 a 3.5 1.1 a 1.5

Fundaciones 1.1 a 2.0 2.0 a 4.0 1.1 a 1.5

Estabilización de taludes 1.1 a 1.5 2.0 a 3.0 1.1 a 1.5

Ferrocarriles 1.5 a 3.0 1.1 a 1.5 1.1 a 2.0



DESECHO.

50

Al hacer un diagrama de cuerpo libre en el diagrama de presiones laterales totales y sumando las

fuerzas en la dirección horizontal, se obtiene la siguiente ecuación para calcular la separación vertical

entre las capas de refuerzo.

Sv = Tadm / (h * FS) Ecuación 4.14

donde:

Sv = Separación vertical (espesor de cada capa)

Tadm = Esfuerzo admisible del geosintético, calculado según ecuación

h = La presión lateral total en la profundidad total

FSg = Factor de seguridad global (usar 1.3 a 1.5)

Longitud geométrica hasta la zona de falla, Lv está dada por:

Lg / (H-z) = tan (45°- Ф/2)

Lg = (H-z)* tan (45°- Ф/2) Ecuación 4.15

Figura 4. 4 Despiece de las capas (tomado de manual de diseño de Geosistemas Pavco 2009).

La longitud de empotramiento, Le, corresponde a la superficie de empotramiento por detrás de la zona

de falla, donde debido a la interacción de suelo-geotextil o suelo-geomalla se desarrollan las fuerzas

resistentes.

Figura 4. 5 Cálculo de la longitud de empotramiento del refuerzo (tomado de manual de diseño

de Geosistemas Pavco 2009)



DESECHO.

51

Al realizar la sumatoria de fuerzas en X: Σ: Fxr se obtiene:

e

Ecuación 4.16

= ángulo de fricción entre el suelo y el geosintético de refuerzo.

Se realizan varios ensayos con diferente esfuerzos, preferiblemente en el rango de presiones a las que

será sometido el geosintético, con el objetivo de determinar la variación de la resistencia al corte

máximo máx, en función del esfuerzo normal n.

Dibujando la envolvente de falla para los diferentes niveles de esfuerzo calculados (Ver Figura 4.6) se

miden en esta grafica los valores de Ca y

Figura 4. 6 Evolvente de falla ensayo de corte directo para geosintéticos (tomado de manual de

diseño de Geosistemas Pavco 2009)

Una vez finalizado el ensayo se puede realizar el ensayo de corte directo para el material de relleno

para determinar cuál es la eficiencia del sistema suelo - geosintético frente a la interacción suelo -

suelo.

Según la norma ASTM D5321-2014, las dimensiones de la caja para el ensayo de corte directo deberá

ser de por lo menos 300 mm x 300 mm. Koerner recomienda el uso de este tipo de cajas

especialmente para ensayos que empleen suelo - geomalla, suelo - geodren o suelo - geomembrana,

esto con el fin de minimizar los efectos de escala. También aclara que para ensayos suelo-geotextil se

pueden utilizar cajas de 100 mm x 100 mm considerando parámetros tales como el tipo de suelo del

lugar del proyecto, el control de la densidad y humedad de la muestra, la saturación de la muestra y el

tipo de fluido encontrado en sitio (por ejemplo: lixiviado) (Geosistemas Pavco 2009).

Las magnitudes de Ca y dependen directamente del tipo de geosintético y de las propiedades físicas

y mecánicas del suelo de relleno, tales como su granulometría, plasticidad y las más importantes la

cohesión y fricción del suelo (Geosistemas Pavco 2009).



DESECHO.

52

En cierto tipo de aplicaciones, el conocimiento del ángulo de fricción entre el suelo y el geosintético es

más relevante para la estabilidad externa que para el chequeo de la estabilidad interna.

Figura 4. 7 Esquema del ensayo de corte en suelos reforzado con geosintético (tomado de Manual

de Geosistemas Pavco 2009).

Tabla 4. 2 Especificaciones técnicas geotextiles tejidos (tomado de Manual de Geosistemas Pavco

2009).

4.5 MUROS DE CONTENCIÓN CON GEOMALLAS

Las geomallas son materiales poliméricos de alto módulo, tales como el polipropileno y el polietileno

cuya función principal es el refuerzo del suelo. Las geomallas son materiales relativamente rígidos en

PROPIEDADES MECÁNICAS NORMA UNIDAD T 1050 T 1400 T 1700 T 2100 T 2400 TR 3000 TR 4000 TR 6000

Resistencia al punzonamiento ASTM D4833 N (lb) 350 (79) 450 (101) 475 (107) 556 (125) 659 (148) 900(203) 1060(238) 1045 (235)

Método CBR

Resistencia al punzonamientoASTM D6241 kN 2,8 3,3 3,4 4,8 4,9 7,0 8,0 11,0

Resistencia al rasgado trapezoidal ASTM D4533 N (lb) 275 (62) 230 (52) 300 (68) 400 (90) 500 (113) 606 (136) 690 (155) 1462 (329)

Método Mullen Burst

Resistencia al estallidoASTM D3783 kPa (Psi) 2150 (312) 2765(401) 3013(437) 3689 (535) 4447 (645) 5895 (856) 6653 (965) 7791 (1130)

PROPIEDADES HIDRÁULICAS NORMA UNIDAD T 1050 T 1400 T 1700 T 2100 T 2400 TR 3000 TR 4000 TR 6000

Tamaño de abertura aparente ASTM D4751 mm N° (Tamiz) 0.600 (30) 0.425 (40) 0.425 (40) 0.300(50) 0.425 (40) 0.600(30) 0.600(30) 0.425 (40)

Permeabilidad ASTM D4491 cm/s 0.8X10¯² 0.8X10¯² 0.6X10¯² 4.8X10¯² 4.2X10¯² 5.1X10¯² 6.4X10¯² 6.5X10¯²

Permitividad ASTM D4491 s¯ˡ 0,26 0,15 0,1 0,53 0,53 0,51 0,54 1,1

Tasa de flujo ASTM D4491 L/min/m² 758 422 265 1900 1450 1490 1500 1770

PROPIEDADES FÍSICAS NORMA UNIDAD T 1050 T 1400 T 1700 T 2100 T 2400 TR 3000 TR 4000 TR 6000

Espesor ASTM D5199 mm 0,3 0,5 0,6 0,9 0,8 1,0 1,2 0,5

Resistencia UV @ 500 horas ASTM D4355 % ˃70 ˃70 ˃70 ˃70 ˃70 ˃70 ˃70 ˃70

Rollo ancho Medio m 3,85 3,85 3,85 3,85 3,85 3,85 3,85 3,75

Rollo largo Medio m 200 160 160 140 120 100 100 100

Rollo área Calculado m² 770 616 616 539 462 385 385 375

PROPIEDADES GEOTEXTIL NORMA UNIDAD T 1050 T 1400 T 1700 T 2100 T 2400 TR 3000 TR 4000 TR 6000

Separación

Estabilización

Refuerzo

1410 (317)

15

1870 (421)

19

2400 (540)

16

2900(653)

22

ASTM D4595kN/m

%

17

18

Método Grab

Resistencia a la tensión

Elongación

ASTM D4632N (lb)

%

680 (153)

18

790 (178)

13

800 (180)

16

22

19

22

15

33

18

1140 (257)

15

41

20

58

22

66

22

112

19

Sentido transversal

ElongaciónASTM D4595

kN/m

%

21

13

21

11

26

12

34

13

40

15

55

15

57

15

115

18

Método tira ancha

Sentido longitudinal

Elongación



DESECHO.

53

forma de red con grandes espacios que permiten la interacción con suelo o roca circundantes para

efectuar las funciones de refuerzo y/o segregación (Braja M. 2010).

Las geomallas son generalmente de dos tipos: (a) uniaxiales y (b) biaxiales (Fotografía 1). Las rejillas

uniaxiales se fabrican mediante el estirado de una hoja perforada de polietileno de alta densidad en una

dirección, bajo condiciones cuidadosamente controladas. Las rejillas biaxiales se fabrican estirando la

lámina perforada de polipropileno en dos direcciones ortogonales. Este proceso conduce a un producto

con alta resistencia a la tensión y módulo alto en dos direcciones perpendiculares. Las aberturas

resultantes en la rejilla son cuadradas o rectangulares.

Fotografía 4. 1 Geomalla biaxial.

Las geomallas comerciales disponibles actualmente para refuerzo de suelos tienen espesores

nominales de aproximadamente 0,5-1,5 mm (0,02-0,06 pulgadas) y uniones de aproximadamente 2,5-5

mm (0,1-0,2 pulgadas). Las geomallas usadas para refuerzo de suelos generalmente tienen aberturas de

forma rectangular o elíptica. Las dimensiones de las aberturas varían de aproximadamente 25 a 150

mm (1-6 pulgadas). Las geomallas se fabrican de manera, que las áreas abiertas de la malla sean

mayores que el 50% de la superficie total. Éstas desarrollan resistencias de refuerzo a bajos niveles de

deformación unitaria, por ejemplo al 2% (Carroll, 1988). La tabla 1 proporciona algunas propiedades

de las geomallas biaxiales disponibles actualmente en el mercado.

Tabla 4. 3 Propiedades de las geomallas biaxiales (tomado de Manual de Geosistemas Pavco

2009).

PROPIEDADES MECÁNICAS NORMAS P-BX11' P-BX12'

Resistencia a la tensión 2% deformación ASTM D6637 (4,1/6,6)KN/m (6,0/9,0)KN/m

Resistencia a la tensión 5% deformación

(SL/ST)² ASTM D6637 (8,5/13,4)KN/m (11,8/19,6)KN/m

Resistencia a la tensión pico (SL/ST)² ASTM D6637 (12,4/19,0)KN/m (19,2/28,8)KN/m

Eficiencia en los nodos³ GRI-GG2 93% 93%

Rigidez flexural ASTM D1388 250mg-cm*1000 750mg-cm*1000

Rigidez torsional (J)³ US ARMY COE 3,2Kg-cm/deg 6,5kg-cm/deg



DESECHO.

54

PROPIEDADES FISICAS NORMAS P-BX11' P-BX12'

Tamaño de abertura (SL/ST)² Medio (25/33)mm (25/33)mm

Espesor de costillas ASTM D1777 (0,76/0,76)mm (1,27/1,27)mm

Área abierta CW 02215 75% 80%

Resistencia a los daños de instalación ASTM D6637 (>90)%SC/%SW/%GP (>90)%SC/%SW/%GP

Resistencia a la degradación a largo plazo ASTM D4355-05 >100% >100%

PRESENTACIÓN NORMAS P-BX11' P-BX12'

Ancho de rollo Medido 4,0 m 4,0 m

Longitud de rollo Medido 75 m 50 m

Área del rollo Medido 300 m2 200 m2

Tabla 4. 4 Propiedades de las geomalla uniaxial geoextruida (tomado de Manual de Geosistemas

Pavco 2009).

Tabla 4. 5 Factores de reducción para geomallas en aplicaciones de refuerzo (tomado de manual

de diseño de Geosistemas Pavco 2009).

Área

Daños por

instalación Fluencia

Degradación

Química/Biológica

FRID FRFL FRDQI

Caminos no pavimentados 1.1 a 1.6 1.1 a 2.5 1.0 a 1.6

Caminos pavimentados 1.2 a 1.5 1.1 a 2.5 1.1 a 1.7

Terraplenes sobre suelos blandos 1.1 a 1.4 2.0 a 3.0 1.1 a 1.5

Estabilización de taludes 1.1 a 1.4 2.0 a 3.0 1.1 a 1.5

Muros de contención 1.1 a 1.4 2.0 a 3.0 1.1 a 1.5

Ferrocarriles 1.2 a 1.5 2.0 a 3.0 1.1 a 1.6

PROPIEDADES ÍNDICE NORMA P-UX11' P-UX14' P-UX15' P-UX16' P-UX17' P-UX18'

Resistencia a la tensión al 5% de deformación² ASTM D6637 27 kN/m 31kN/m 52 kN/m 58 kN/m 75 kN/m 95 kN/m

Resistencia Última a la tensión² ASTM D6637 58 kN/m 70 kN/m 114 kN/m 144 kN/m 175 kN/m 210 kN/m

Resistencia a las juntas³ GRI-GG2-05 54 kN/m 66 kN/m 105 kN/m 135 kN/m 160 kN/m 180 kN/m

DURABILIDAD NORMA P-UX11 P-UX14 P-UX15 P-UX16 P-UX17 P-UX18

Resistencia a la degradación a largo plazo⁵ EPA 9090 100% 100% 100% 100% 100% 100%

Resistencia a la degradación UV⁶ ASTM D4355-05 95% 95% 95% 95% 95% 95%

CAPACDAD DE CARGA NORMA P-UX11 P-UX14 P-UX15 P-UX16 P-UX17 P-UX18

Resistencia máxima de diseño permitida para

120 años de vida de diseño⁷GRI-GG4-05 21 kN/m 25 kN/m 41 kN/m 52 kN/m 64 kN/m 74 kN/m

FÍSICAS NORMA P-UX11 P-UX14 P-UX15 P-UX16 P-UX17 P-UX18

Tipo de polímero Fabricante HDPE HDPE HDPE HDPE HDPE HDPE

Rollo ancho Medido 1.33 m 1.33 m 1.33 m 1.33 m 1.33 m 1.33 m

Rollo largo Medido 76 m 76 m 61 m 61 m 61 m 61 m

Rollo área Calculado 101 m² 101 m² 81 m² 81 m² 81 m² 81 m²

9075000

mg-cm

9500000

mg-cmRígidez flexural⁴ ASTM D5732-01

500000

mg-cm

730000

mg-cm

5100000

mg-cm

6000000

mg-cm



DESECHO.

55

4.6 MUROS DE CONTENCIÓN REFORZADOS CON GEOCELDAS

El sistema de confinamiento con geoceldas, consiste en la utilización de paneles sintéticos de

polietileno dispuestos en filas de manera consecutiva. Estas filas están vinculadas entre sí

conformando secciones extremadamente resistentes que al expandirse adoptan la configuración de

“panal de abejas”.

El material del relleno al estar confinado presenta un mejor comportamiento mecánico al compararse

con las características mecánicas del material sin confinar. La geocelda actúa en dos direcciones (largo

y ancho) y se extiende a una tercera dimensión al aumentar la altura o la profundidad de la misma. En

el caso de las geoceldas existen dos tipos de estructuras geotécnicas en las cuales se pueden utilizar;

una de estas estructuras tiene el comportamiento de muro de gravedad, para un amplio rango de

aplicaciones, y la otra es el uso del sistema para el mejoramiento de subrasantes.

Si se utilizan las geoceldas como refuerzo de un terraplén, éstas aumentan su resistencia al corte y su

rigidez, debido a la oposición de las paredes de las celdas adyacentes y a la interacción de la fricción

entre el material de relleno y las paredes. Bajo cargas el sistema genera importantes fuerzas de

confinamiento lateral y de fricción entre las paredes de las celdas y el suelo.

En la construcción de muros de contención, las geoceldas se instalan horizontalmente realizando el

relleno por capas. Se puede rellenar las celdas exteriores con material orgánico para permitir el

crecimiento de material vegetal.

Figura 4.8 Neoweb, sistema de confinamiento celular (tomada del manual de diseño de

Geosistemas Pavco 2009).

El proceso de diseño de este tipo de estructura es similar al utilizado en el diseño de muros de

gravedad, para lo cual se debe considerar el análisis de estabilidad externa, el análisis de la estabilidad

interna y la estabilidad local.



DESECHO.

56

Fotografía 4. 2 Muro de tierra reforzada con geoceldas (tomada de AC Geosintéticos)

Universidad Nacional de Colombia. Capítulo 5. Diseño experimental


DESECHO.

57

5 CAPITULO 5. DISEÑO EXPERIMENTAL PARA LA EVALUACIÓN

DE LA RESISTENCIA AL CORTE ENTRE CAPAS DE MUROS

REFORZADOS CON LLANTAS

Para determinar la resistencia al corte entre las capas de los muros de tierra armada con llantas de

desecho, se construyó un equipo de corte directo a gran escala, este montaje fue necesario hacerlo

debido al tamaño de las llantas de desecho, que en este caso se va a tomar una llanta de 61,0 cm de

diámetro y 19.5 cm de altura.

El montaje fue realizado contiguo al laboratorio de Geotecnia de la universidad Cooperativa de

Colombia, ya que la universidad en cabeza del decano de la Facultad de Ingeniería el Ingeniero Jorge

Iván Silva Díaz ha dado su apoyo incondicional a este trabajo de grado, además que en el laboratorio

se cuenta con todos los recursos tecnológicos necesarios para la construcción del montaje.

Fotografía 5. 1 Zona donde se va a realizar el montaje del equipo de corte en la Universidad

Cooperativa de Colombia sede Buenos Aires.

5.1 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL EQUIPO.

Dados los requerimientos de carga máxima a compresión y a cortante a los que va estar sometido el

elemento, fue necesario realizar un diseño estructural para el montaje, teniendo en cuenta que el

elemento puede estar sometido a una carga a compresión de máximo 8,0 ton y a cortante de 5,0 ton

máximo.



DESECHO.

58

El diseño estructural del elemento fue realizado por el Ingeniero Estructural Leonardo Herrera,

consistió en diseñar la geometría del elemento, recomendar el refuerzo, las especificaciones técnicas

de las platinas y la viga de reacción del elemento.

Figura 5. 1 Sección transversal del elemento con refuerzo para pilotes.

Figura 5. 2 Vista en planta de refuerzos de tabiques y refuerzo de alma.



DESECHO.

59

Figura 5. 3 Sección longitudinal Refuerzo.

Figura 5. 4 Sección Transversal Refuerzo.



DESECHO.

60

5.2 CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO DE CORTE DIRECTO A GRAN ESCALA.

A continuación se relacionan todos los materiales que fueron utilizados en la construcción del equipo

de corte a gran escala.

Tabla 5. 1 Lista de materiales para el montaje del equipo de corte a gran escala.

Lista de materiales para el montaje Equipo de Corte

OBRA: Construcción de equipo de corte a gran escala

ÍTEM DESCRIPCIÓN UN CANT.

1,0 CONCRETO

1,1 Arena de concreto m3 1,30

1,2 Triturado m3 2,0

1,3 Cemento un 9,00

2,0 ACERO DE REFUERZO

2,1 Varilla de 3/8" por 6,0 m un 29,00

2,2 Varilla de 1/2" por 6,0 m un 12,00

2,3 Alambre quemado para amarre Kg 10,00

3,0 ESTRUCTURA METÁLICA

3,1 Platina 0,70*0,70*0,015" m un 1,00

3,2 Platina 0,30*0,30*3/4" un 2,00

3,3 Viga metálica IPE 220 un 1,00

3,4 Anticorrosivo por 1/4" un 1,00

4,0 FORMATELAS

4,1 Madera común para formaletas un 5,00

4,2 Alquiler de formaletas metálicas día 7,00

4,3 Tubo de 2" Agua lluvia un 1,00

5,0 OTROS MATERIALES

5,8 Soldadura de viga IPE 220 un 1,00

5,6 Pintura de estructura metálica un 1,00

6,1 Válvula inoxidable 1000 psi 3/8" un 1,00

El personal para la construcción del equipo de corte fue mano de obra calificada, un maestro de obra

durante toda la construcción del equipo, un oficial de construcción en la armada del acero de refuerzo

y el vaciado, finalmente cuatro ayudantes durante toda la construcción del equipo, los estudiantes de

Ingeniería Civil de la universidad Cooperativa de Colombia estuvieron presentes durante todo el

montaje e hicieron parte de la mano de obra.



DESECHO.

61

Fotografía 5. 2 Armado con acero de refuerzo de pilotes.

Fotografía 5. 3 Armado con acero de refuerzo de pilotes.

Fotografía 5. 4 Armado con acero de equipo de corte.



DESECHO.

62

Fotografía 5. 5 Encofrado y vaciado de equipo de corte directo.

Fotografía 5. 6 Instalación de platinas empotradas al concreto.

Fotografía 5. 7 Instalación de viga de reacción con soldadura 70/18.



DESECHO.

63

5.3 EQUIPO UTILIZADO PARA EL MONTAJE.

Para la ejecución del ensayo se utilizó una maquina a compresión con consola automática, que cuenta

con dos gatos hidráulicos, uno con una capacidad para 1.500 kN que se utilizó para la carga

tangencial, y el otro con capacidad para 434.5 kN que se utilizó para generar la carga Axial.

Fotografía 5. 8 Máquina a compresión con consola automática para ensayos a compresión y

tracción de concreto.

Este equipo hace parte del Laboratorio de Geotecnia y Pavimentos de la universidad cooperativa de

Colombia, y fue prestado para la ejecución de este trabajo de grado.

5.3.1 Marco de carga para alto rango (Carga Tangencial).

Marco de carga de 1.500 kN de capacidad, construido conforme a la norma ASTM C109, en acero

solido compacto tipo monobloc, pintura industrial para trabajo pesado; con pistón hidráulico inferior,

sensor eléctrico de presión de 700 Bares, interruptor de seguridad con cable y manguera para

conexión.

Fotografía 5. 9 Gato hidráulico con capacidad para 1.500 KN para aplicar carga tangencial.



DESECHO.

64

5.3.2 Marco de carga para probetas (Carga Axial).

Marco de carga para ensayar probetas de concreto y motero hasta 434.5 kN de capacidad, de diseño

especial tipo “C”, pistón de carga de 622 mm de recorrido y conjunto para instalación, sensor de

presión, interruptor de seguridad con cable y manguera para conexión.

Fotografía 5. 10 Gato hidráulico con capacidad para 434.5 kN para aplicar carga Axial.

5.3.3 Consola de mando.

Es un sistema de control completamente automático, basado en un circuito de mando cerrado que

permite leer y ejercer la carga a través de pulsos electrónicos a la unidad hidráulica y respectivas

válvulas, para la ejecución de este ensayo se instaló adicional una válvula de 1000 psi de 3/8” para

garantizar la carga axial permanezca constante mientras se está aplicando la carga tangencial.

Para la lectura de datos consta de un panel en poli carbonato con una membrana de 10 teclas-mandos,

además de un display de traficación monocromático, permitiendo visualizar en tiempo real la

ejecución del ensayo.

Fotografía 5. 11 Consola de mando.



DESECHO.

65

Fotografía 5. 12 Válvula de 1.000 psi de 3/8”

5.3.4 Equipo HM-3000.3F para medir deformaciones

El equipo Master Loader HM-3000 está diseñado para aplicaciones que requieren sistemas de carga

para múltiples usos, es ideal para laboratorios geotécnicos, proyectos de construcción de carreteras y

para instituciones educativas, su diseño modular minimiza los costos y permite una fácil actualización

si se quiere.

Este equipo cuenta con una gran pantalla LCD y un panel de membrana que facilita la presentación de

los resultados, la configuración de parámetros y el uso del equipo.

Para el ensayo de corte a gran escala este equipo fue utilizado para la medición de las deformaciones

con la aplicación de la carga tangencial, la deformación esta medida en milímetros, y la capacidad

máxima es de 52 mm, para este ensayo y por la capacidad del instrumento era necesario medir hasta la

capacidad de los 52 mm y luego regresar a ceros y continuar con la medida.

Fotografía 5. 13 Equipo HM-3000 para medir deformaciones en el ensayo de corte.



DESECHO.

66

5.4 MATERIAL UTILIZADO PARA EL LLENADO DE LAS LLANTAS.

Para llenar las llantas y hacer el ensayo de corte directo a los elementos se tomó un material

proveniente de un corte realizado en el proyecto Villas del Socorro y que fue analizado en el

laboratorio de Geotecnia de la Universidad Cooperativa de Colombia, el análisis consistió en hacer

ensayos de clasificación al material con límites de consistencia y granulometría, una vez clasificado el

material por la metodología unificada se realizó en ensayo Proctor Modificado para determinar la

densidad máxima y la humedad optima del material para garantizar la compactación del material.

Además al material compactado se le realizo el ensayo de corte directo que sirve como punto de

referencia para comparar las propiedades mecánicas del material de lleno con el ensayo de corte

directo que se van a realizar al conjunto de llanta con el material de lleno.

A partir del trabajo realizado en campo y de las muestras alteradas obtenidas se realizaron los

siguientes ensayos de laboratorio.

Tabla 5. 2 Resumen de los ensayos realizados.

TIPO DE ENSAYO NORMATIVIDAD

Contenido de Humedad Natural I.N.V. E – 122 – 13

Límites de Atterberg I.N.V. E – 125 – 13

Análisis Granulométrico de suelos por

tamizado

I.N.V. E – 214 – 13 y I.N.V. E – 123 – 13

Ensayo Modificado de compactación I.N.V.E – 142 - 13

5.4.1 Contenido de Humedad Natural.

Tabla 5. 3 Cálculo de contenidos de humedad natural

Fecha

Ejecución: 06/02/2016

Fecha


Fecha


Tara No 83 1 49

Tara No 37 40 84

Tara No 70 77 53

Peso Tara (g) 10.78 10.42 10.42

Peso Tara (g) 9.82 9.81 9.86

Peso Tara (g) 9.12 9.37 9.18

Peso Sh +

Tara (g) 36.95 36.22 36.34

Peso Sh +

Tara (g) 43.58 43.00 43.26

Peso Sh + Tara

(g) 43.69 43.60 43.59

Peso Ss + Tara

(g) 34.10 33.74 33.59

Peso Ss + Tara

(g) 39.72 38.62 40.19

Peso Ss + Tara

(g) 40.35 40.20 40.36

w (%) 12.22 10.63 11.87

w (%) 12.91 15.20 10.12

w (%) 10.69 11.03 10.36

% W

Promedio 11.57

% W

Promedio 12.74

% W

Promedio 10.69



DESECHO.

67

5.4.2 Límites de Atterberg (I.N.V. E – 125 – 13).

Tabla 5. 4 Limite líquido del material.

LÍMITE LÍQUIDO

Tara No. 44 69 25

Peso Tara (g) 10.16 10.64 10.78

Peso Sh + Tara (g) 24.94 23.66 23.89

Peso Ss + Tara (g) 21.64 20.52 20.57

Número de Golpes 32.00 25.00 18.00

w (%) 28.75 31.78 33.91

% W Promedio 31.48

Figura 5. 5 Gráfica de contenido de humedades Vs número de golpes

y = -0,37x + 40,71

28,0

29,0

30,0

31,0

32,0

33,0

34,0

35,0

36,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0

Co

nte

nid

o d

e h

um

edad

(%

)

Número de Golpes (N)



DESECHO.

68

Tabla 5. 5 Límite plástico del material.

LÍMITE PLÁSTICO

Tara No. 43 28 48

Peso Tara (g) 9.85 9.36 9.77

Peso Sh + Tara (g) 12.91 13.22 12.80

Peso Ss + Tara (g) 12.36 12.54 12.27

w (%) 21.91 21.38 21.20

% W Promedio 21.50

Figura 5. 6 Tabla de plasticidad de Casagrande.

Tabla 5. 6 Resumen Límites de Atterberg

LÍMITE LÍQUIDO (%) 31.46

LÍMITE PLÁSTICO (%) 21.50

ÍNDICE DE

PLASTICIDAD (%) 9.96

CLASIFICACIÓN

UNIFICADA CL: arcilla de baja plasticidad

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Índ

ice

de

Pla

stic

idad

(IP

)

Límite Líquido (LL)

MH o OH

Lin

ea B

(L

L=

50)



DESECHO.

69

5.4.3 Análisis Granulométrico de suelos por tamizado (I.N.V.E – 123 – 13)

Figura 5. 7 Curva Granulométrica del material

Tabla 5. 7 Granulometría del material

MALLA # MALLA (mm)

% PASA

3" 76.2 100.00

2 1/2" 63.5 100.00

2" 50.8 100.00

1 1/2" 38.1 100.00

1" 25.4 99.10

3/4" 19.1 98.17

1/2" 12.7 97.06

3/8" 9.52 96.63

#4 4.76 94.97

#10 2 69.90

#25 0.71 37.72

#40 0.42 9.92

#80 0.18 3.37

#100 0.149 1.21

#140 0.105 0.78

#200 0.074 0.43

FONDO 0.00



DESECHO.

70

Tabla 5. 8 Análisis Granulométrico del material

%GRAVAS 5,03%

%ARENAS 94,54%

%FINOS 0,43%

Cu 2,50

Cc 1,14

CLASIFICACIÓN UNIFICADA Arenas mal gradadas, arenas cascajosas, con poco

o nada de finos (SP)

CLASIFICACIÓN AASHTO Gravas y arenas limosas y arcillosas (A-2-4)

5.4.4 Relaciones de humedad - Masa Unitaria seca en los suelos (Ensayo modificado de

compactación) (I.N.V.E – 142 - 13)

De acuerdo al Método C de la norma I.N.V.E – 142 -13 se realizó el ensayo modificado de

compactación. Los resultados obtenidos se muestran desde la Tabla 5.9 hasta la Tabla 5.12 y en la

figura 5.13.

Tabla 5. 9 Humedades para el Ensayo Modificado de Compactación Ensayo 1

Ensayo 1

Tara No. 52 41 58

Peso Tara (g) 9,62 9,71 9,86

Peso Sh + Tara (g) 61,88 61,76 61,89

Peso Ss + Tara (g) 58,74 59,78 59,22

w (%) 6,4 4,0 5,4

% W Promedio 5,3


Ensayo 2

Tara No. 84 37 40

Peso Tara (g) 9,88 9,86 9,84

Peso Sh + Tara (g) 59,96 59,98 59,96

Peso Ss + Tara (g) 55,05 54,31 54,68

w (%) 10,9 12,8 11,8

% W Promedio 11,8



DESECHO.

71


Ensayo 3

Tara No. 1 83 49

Peso Tara (g) 10,43 10,79 10,43

Peso Sh + Tara (g) 44,82 44,24 44,86

Peso Ss + Tara (g) 40,27 40,19 40,67

w (%) 15,2 13,8 13,9

% W Promedio 14,3


Ensayo 4

Tara No 70 77 53

Peso Tara (g) 9,12 9,37 9,18

Peso Sh + Tara (g) 57,43 57,22 57,32

Peso Ss + Tara (g) 49,93 50,54 49,78

w (%) 18,4 16,2 18,6

% W Promedio 17,7

Tabla 5. 13 Resultados del Ensayo Modificado de Compactación.

Ensayo 1 2 3 4

Diámetro (cm) 15,19 15,19 15,19 15,19

Altura (cm) 11,71 11,71 11,71 11,71

Volumen (m3)

2,12E-03 2,12E-03 2,12E-03 2,12E-03

Peso del molde (g) 6350 6350 6350 6350

Peso del molde + Sc (g) 10560 11010 11100 10860

Peso del Suelo compactado (g) 4210 4660 4750 4510

Peso unitario húmedo (kN/m3)

19,44 21,52 21,94 20,83

Humedad (%) 5,3 11,8 14,3 17,7

Peso unitario seco (kN/m3)

18,5 19,2 19,2 17,7



DESECHO.

72

Figura 5. 8 Curva de compactación para el material analizado.

Tabla 5. 14 Peso Unitario Seco Máximo y Humedad Óptima para el material

Peso Unitario Seco Máximo (kN/m3) 19,35

Humedad Óptima (%) 13,20

5.4.5 Ensayo de corte directo sobre material de lleno con el ensayo modificado de

compactación (I.N.V.E – 154 - 13).

Como dato para el diseño del muro de tierra reforzada con llantas de desecho es necesario conocer los

parámetros de resistencia del material de lleno, ø y c, por esta razón se realizó el ensayo de corte con

modalidad CD del material que se utilizó como lleno, al material se le realizo el ensayo de Proctor

Modificado y de esta muestra se sacaron las muestras correspondientes para realizar el ensayo de corte

directo según la norma I.N.V.E-154-13.

Figura 5. 9 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Desplazamiento Normal Relativo



DESECHO.

73

Figura 5. 10 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal del Material de Lleno.

5.4.6 Cálculo de Peso Unitario del Conjunto Llanta de Desecho Materiales de Lleno.

Para obtener el dato de peso unitario del conjunto llanta de desecho material de lleno fue necesario

realizar un ensayo en el laboratorio, el ensayo consistió en construir una caja en madera de 59 cm x 59

cm x 20 m, se pesó, luego se introdujo la llanta de desecho y se llenó con diferentes materiales, el

primer material fue el que se usó como material de lleno en las llantas, luego se utilizó unas gravas de

3/4” y finalmente escombros de construcción, una vez la llanta y el material están dentro de la caja se

pesa nuevamente, se descuenta el peso de la caja y se calculas los pesos unitarios de la llanta con

diferentes materiales.

Para la elaboración de todo el trabajo de grado se tomó una llanta en particular, por tener las llantas

una geometría muy diferente, la geometría de las llantas puede cambiar por diferentes factores como el

tipo de vehículo o el fabricante de las llantas; la llanta tomada en este caso tiene un diámetro de 59,0

cm, una altura de 19.5 cm y un peso 5,2 kg.

Fotografía 5. 14 Montaje para determinar peso unitario del conjunto llanta de desecho material

de lleno.



DESECHO.

74

Tabla 5. 15 Cálculo del peso unitario del conjunto llanta de desecho material de lleno.

DETERMINACION DE PESO UNITARIO DEL CONJUNTO

MATERIAL DE LLENO LLANTA DE DESECHO

Material de lleno Grava

de 3/4"

Escombros de

Construcción

Suelos

Peso de la caja (Kg) 20,2 20,2 20,2

Peso del molde (kg) 6,4 6,4 6,4

Volumen de la caja (m3) 0,070 0,070 0,070

Volumen del molde (m3) 0,00214 0,00214 0,00214

Peso de la caja+llanta+material de

lleno (kg)

133 110 153,2

Peso del molde+material de lleno

(kg)

10,2 9,8

Peso unitario del conjunto Ɣ (T/m3) 1,62 1,29 1,91

Peso unitario del material de lleno

Ɣ (T/m3)

1,78 1,59 1,94

5.4.7 Determinación de la Resistencia a la Cortante de los Pines.

5.4.7.1 Cálculo de la Resistencia a la Cortante de los Cilindros en Concreto con ensayo de

laboratorio.

Para hacer el ensayo de corte directo con el equipo que se construyó, y con el objetivo de mejor la

resistencia al corte del conjunto llanta de desecho material de refuerzo, los conectores a cortante en

concreto fueron construidos, donde sus dimensiones fueron de 7.62 cm de diámetro y 20 cm de

longitud, luego los conectores se dejaron fraguar y se fallaron en el laboratorio de la Universidad

Cooperativa de Colombia sede Buenos Aires.



DESECHO.

75

Fotografía 5. 15 Construcción de conectores para cortante.

Para determinar la resistencia a la cortante de los conectores en concreto se utilizaron dos ensayos de

laboratorio que se aplican en la mecánica de rocas que son el ensayo uniaxial o de compresión simple

y el ensayo de tracción indirecta o brasileño.

El ensayo uniaxial o de compresión simple permite determinar en laboratorio la resistencia uniaxial no

confinada de la roca, en este caso se utilizó para el concreto, o resistencia a la compresión simple, σc, el

ensayo se realizó sobre un cilindro construido en concreto, y se le aplico gradualmente una fuerza

axial hasta que se produce la ruptura.

El ensayo de tracción indirecta o brasileño consiste en medir la resistencia a la tracción uniaxial de un

cilindro, en este caso en concreto, de una forma indirecta, asumiendo que la ruptura se produce por

tracción cundo se somete a un estado de esfuerzos biaxial, con un esfuerzo principal traccional y otro

compresivo de magnitud no superior a 3 veces el esfuerzo traccional. Se aplicó una carga vertical

compresiva sobre el cilindro en concreto, que se coloca en horizontal entre dos placas a través de las

cuales se transmite la fuerza, hasta conseguir su ruptura.

Fotografía 5. 16 Ensayos uniaxial y de tracción indirecta.



DESECHO.

76

Tabla 5. 16 Resistencia a la compresión de los cilindros en concreto

RESISTENCIA A LA COMPRESION DE CILINDROS

Cilindro # 5 4

Ensayo Compresión Tracción

Fecha de vaciado 26/02/2016 26/02/2016

Fecha de prueba 26/03/2016 26/03/2016

Edad Días 29 29

Proporción de mezcla 1.2.3 1.2.3

Carga ( KN) 63,1764 49,5405

Diámetro 7,62 7,62

Longitud (cm) 20,0 20,0

Área (cm2) 45,60 152,40

Resistencia Con corrección (Kg/cm2) 184,71 32,51

Figura 5. 11 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal para calcular la resistencia a

cortante de los pines en concreto.



DESECHO.

77

Haciendo la interpretación de la gráfica, se tiene que la resistencia a la cortante del concreto que se

utilizó para para los conectores a cortante es de 4.0 Mpa, este valor es superior a la resistencia a

cortante del conjunto material de lleno con llanta.

5.4.7.2 Cálculo de la Resistencia a la Cortante de los Cilindros con la Norma NSR-10.

Otro procediendo que se utilizó para el cálculo de la resistencia a la cortante del acero es el que

recomienda la norma NSR-10 en el numeral C.11.2.1.1 que dice que para elementos sometidos

únicamente a cortante y flexión la resistencia a la cortante es:

√

donde:

Vc: Resistencia a cortante del concreto

Λ: Factor de modificación que tiene en cuenta las propiedades mecánicas reducidas del concreto de

peso liviano, relativa a los concreto de peso normal de igual resistencia a la compresión.

√ : Raíz cuadrada de la resistencia especificada a la compresión del concreto, Mpa

bw : Ancho del alma o diámetro de la sección circulas, mm.

d: Distancia desde la fibra extrema en compresión hasta el centroide del refuerzo longitudinal en

tracción, mm

Por lo tanto la resistencia a cortante del concreto por la norma NSR-10 es de 0.231 Mpa.

5.4.7.3 Cálculo de la Resistencia del Acero de Refuerzo.

Para calcular la resistencia a cortante de las varillas de refuerzo se tomó el que recomienda la norma

NSR-10 en la sección C.11.4.7.2, dice que donde se utilice refuerzo para cortante perpendicular al eje

del elemento la resistencia a cortante es:

donde:

Av: Área de refuerzo para cortante dentro del espaciamiento s.

Fy: Resistencia especificada a la fluencia del refuerzo, Mpa.

d: Distancia desde la fibra extrema en compresión hasta el centroide del refuerzo longitudinal en

tracción, mm

S: Espaciamiento cetro a centro del refuerzo en la fila i adyacente a la superficie de un elemento, mm.

Por lo tanto la resistencia a cortante del acero por la norma NSR-10 es de 420 Mpa.

5.5 COSTO DEL MONTAJE

Los costos del diseño del equipo de corte directo, los materiales, y la mano de obra fue con recursos

propios, el espacio para la construcción del montaje y los equipos de laboratorio fueron facilitados por

la Universidad Cooperativa de Colombia sede Buenos Aires, es de resaltar que mucha parte de la

mano de obra fue por ayuda de los estudiantes.



DESECHO.

78

Tabla 5. 17 Presupuesto del montaje del equipo de corte directo

Presupuesto montaje Equipo de Corte

OBRA: Construcción de equipo de corte a gran escala

FECHA: 03 de Marzo de 2016

ÍTEM DESCRIPCIÓN UN CANT. V/UNIT V/TOTAL

1.0 CONCRETO

1.1 Arena de concreto m3 1.3 $55,000 $71,500

1.2 Triturado m3 2.0 $80,500 $161,000

1.3 Cemento un 9.0 $27,000 $243,000

2.0 ACERO DE REFUERZO

2.1 Varilla de 3/8" por 6,0 m un 29.0 $7,500 $217,500

2.2 Varilla de 1/2" por 6,0 m un 12.0 $13,400 $160,800

2.3 Alambre quemado para amarre Kg 10.0 $3,500 $35,000

3.0 ESTRUCTURA METÁLICA

3.1 Platina 0,70*0,70*0,015" m un 1.0 $300,000 $300,000

3.2 Platina 0,30*0,30*3/4" un 2.0 $100,000 $200,000

3.3 Viga metálica IPE 220 un 1.0 $120,000 $120,000

3.4 Anticorrosivo por 1/4" un 1.0 $8,000 $8,000

4.0 FÓRMATELAS

4.1 Madera común para formaletas un 5.0 $5,500 $27,500

4.2 Alquiler de formaletas metálicas día 7.0 $55,500 $388,500

4.3 Tubo de 2" Agua lluvia un 1.0 $2,000 $2,000

4.4 Madera y armado para ensayo de peso unitario un 1.0 135,500.00 $135,500

5.0 MANO DE OBRA

5.1 Excavación de pilotes día 0.5 $37,079 $18,540

5.2 Figuración de acero de refuerzo (dos oficiales de

construcción) día 6.0 $48,333 $289,998

5.3 Encofrado de muerto en concreto (oficial) día 1.0 $48,333 $48,333

5.4 Encofrada de muerto en concreto (ayudante) día 2.0 $37,079 $74,158

5.5 Vaciado de concreto (Oficial) día 1.0 $48,333 $48,333

5.6 Vaciado de concreto (ayudante) día 5.0 $37,079 $185,395

5.7 Retiro de formaleta y aseo general día 0.5 $37,079 $18,540

5.8 Soldadura de viga IPE 220 un 1.0 $85,500 $85,500

5.6 Pintura de estructura metálica un 1.0 $25,500 $25,500

5.7 Diseño estructural del equipo de corte un 1.0 $1,200,000 $1,200,000

5.8 Laboratorista para manejo de equipos día 8.0 $72,500 $580,000

6.0 MONTAJE DE EQUIPOS

6.1 Válvula inoxidable 1000 psi 3/8" un 1.0 $24,490 $24,490

6.2 Montaje de equipos de laboratorio día 8.0 $120,833 $966,664

TOTAL COSTOS DIRECTOS $5,635,750

IVA ( 16% )Sobre el (5%) de utilidad $45,086

TOTAL COSTOS DIRECTOS $5,680,836

Universidad Nacional de Colombia. Capítulo 6. Ejecución y resultados


DESECHO.

79

6 CAPITULO 6. EJECUCIÓN Y RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

DE CORTE DIRECTO.

Para el diseño de los muros de tierra armada con llantas de desecho es necesario conocer la interacción

entre el suelo de lleno y las llantas de desecho, por esta razón fue necesario construir un equipo de

corte directo a gran escala y calcular el ángulo de fricción y la cohesión entre el suelo con las llantas

de desecho. Este montaje se basó en el ensayo de corte directo para materiales fino granulares y

consiste en colocar dos llantas, una de ellas confinada en el equipo, llenarlas de un material

seleccionado y se compacta hasta llegar al 95% del ensayo de Proctor Modificado, luego de aplicar

dos cargas, una axil y la otra tangencial, hasta que las llantas de deslicen, la que no está confinada

sobre la que esta confinada, de esta forma se podrá medir el desplazamiento con la fuerza tangencial.

Se deben realizar varios ensayos con diferente presión normal, para este caso se tomó una presión para

un muro con una altura de 4.0 m, con este ensayo se encuentra la variación de la resistencia al cortante

máximo Ʈmax en función del esfuerzo normal σn, con estos datos de dibuja la envolvente de falla para

los distintos niveles de esfuerzo.

6.1 ENSAYO DE CORTE DIRECTO PARA EL CONJUNTO LLANTA CON MATERIAL

DE LLENO.

Para determinar la resistencia al corte entre las llantas y el material de lleno seleccionado se realizó el

ensayo de corte directo utilizando el equipo que se construyó, se van a usar tres cargas axiales

diferentes que representan las cargas que puede tener un muro de tierra reforzada con llantas de

desecho a una altura aproximada de 4.0 m. Las cargas aplicadas para este ensayo 72.2 KPa, 140.1 KPa

y 208.9 KPa.

Fotografía 6. 1 Ensayo de corte directo del conjunto llanta con material de lleno.

En la figura 6.1 se muestra el resultado del ensayo de cote directo en el equipo construido y se grafica

el Esfuerzo Cortante Vs el Desplazamiento normal relativo aplicando las tres cargas y midiendo sus

desplazamientos.

Universidad Nacional de Colombia. Capítulo 7. Metodología de diseño


DESECHO.

80


Material de Lleno.

En la figura 6.2 se observa la gráfica de Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal y se determina el

Angulo de fricción y la cohesión del conjunto de llanta con material de lleno.

Figura 6. 2 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal del Conjunto Llanta con el

Material de Lleno.



DESECHO.

81


DE LLENO UTILIZANDO UN CONECTOR A CORTANTE.

Buscando aumentar la resistencia a la cortante entre las llantas de desecho y el material de lleno, se

adiciona al conjunto un conector a cortante, este conector a cortante es en concreto y fue construido

para la ejecución de este trabajo, tiene una longitud de 20.0 cm y 7.62 cm de diámetro. Las cargas

aplicadas para este ensayo 72.5 KPa, 140.6 KPa y 208.8 KPa.

Fotografía 6. 2 Ensayo de corte directo del conjunto llanta con material de lleno adicionando un

conector a cortante en concreto.

En la figura 6.3 se muestra el resultado del ensayo de cote directo adicionando un conector a cortante

en concreto, se grafica el Esfuerzo Cortante Vs el Desplazamiento normal relativo aplicando las tres

cargas y midiendo sus desplazamientos.


Material de Lleno adicionado un conector a cortante.



DESECHO.

82




Material de Lleno más un Conector a Cortante en Concreto.

6.3 ENSAYO DE CORTE DIRECTO PARA EL CONJUNTO LLANTA CON

MATERIAL DE LLENO UTILIZANDO DOS CONECTORES A CORTANTE.


adicionan al conjunto dos conectores a cortante. Las cargas aplicadas para este ensayo 73.0 KPa, 140.9

KPa y 209.0 KPa.

Fotografía 6. 3 Ensayo de corte directo del conjunto llanta con material de lleno adicionando dos

conectores a cortante en concreto.



DESECHO.

83

En la figura 6.5 se muestra el resultado del ensayo de cote directo adicionando dos conectores a

cortante en concreto, se grafica el Esfuerzo Cortante Vs el Desplazamiento normal relativo aplicando

las tres cargas y midiendo sus desplazamientos.


Material de Lleno adicionado dos conectores a cortante.




Material de Lleno más dos Conectores a Cortante en Concreto.



DESECHO.

84


DE LLENO UTILIZANDO TRES CONECTORES A CORTANTE.


adicionan al conjunto tres conectores a cortante. Las cargas aplicadas para este ensayo 72.5 KPa,

140.8 KPa y 208.9 KPa.

Fotografía 6. 4 Ensayo de corte directo del conjunto llanta con material de lleno adicionando

tres conectores a cortante en concreto.

En la figura 6.7 se muestra el resultado del ensayo de cote directo adicionando tres conectores a

cortante en concreto, se grafica el Esfuerzo Cortante Vs el Desplazamiento normal relativo aplicando

las tres cargas y midiendo sus desplazamientos.


Material de Lleno adicionado tres conectores a cortante.



DESECHO.

85




Material de Lleno más tres Conectores a Cortante en Concreto.


DE LLENO UTILIZANDO TRES CONECTORES A CORTANTE EN ACERO DE

REFUERZO DE 1”.

Buscando aumentar la resistencia a la cortante entre las llantas de desecho con el material de lleno y

teniendo en cuenta que el proceso constructivo de la compactación con los conectores a cortante en

concreto se dificulta mucho, se hace el ensayo con tres conectores a cortante en acero de refuerzo, se

compacta el material y luego se clavan las varillas, se adicionan al conjunto tres conectores a cortante.

Las cargas aplicadas para este ensayo 73.4 KPa, 141.1 KPa y 208.9 KPa.

Fotografía 6. 5 Ensayo de corte directo del conjunto llanta con material de lleno adicionando

tres conectores a cortante en acero.



DESECHO.

86

En la figura 6.9 se muestra el resultado del ensayo de cote directo adicionando tres conectores a

cortante en acero de refuerzo de 1”, se grafica el Esfuerzo Cortante Vs el Desplazamiento normal

relativo aplicando las tres cargas y midiendo sus desplazamientos.


Material de Lleno adicionado tres conectores a cortante de acero de refuerzo de 1”.




Material de Lleno más tres Conectores a Cortante en acero de refuerzo de 1”.



DESECHO.

87

6.6 CURVAS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO DE ESFUERZO CORTANTE VS

DESPLAZAMIENTO NORMAL RELATIVO APLICANDO CADA CARGA Y

COMPARANDO SUS RESULTADOS.

En la figuras 6.11, 6.12 y 6.13 se muestran las gráficas de la aplicación de la carga normal de 18 KN,

36 kN y 54 kN para cada ensayo de corte directo con la llanta y el material de lleno sin conectores, con

un conector a cortante en concreto, con dos conectores a concreto, con tres conectores a cortante en

concreto y finalmente con tres conectores a cortante en acero de refuerzo de 1”.

Figura 6. 11 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Desplazamiento Normal Relativo con esfuerzo

normal de 18 kN con cada combinación de conectores a cortante.





DESECHO.

88



6.7 CURVA DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO DE ESFUERZO CORTANTE VS

ESFUERZO NORMAL APLICANDO CADA CARGA Y COMPARANDO SUS

RESULTADOS.

En la figura 6.14 se muestra la gráfica de la aplicación de la carga normal de 18 KN, 36 KN y 54 KN

con las esfuerzos a cortante calculado para cada ensayo de corte directo con la llanta y el material de

lleno sin conectores, con un conector a cortante en concreto, con dos conectores a concreto, con tres

conectores a cortante en concreto y finalmente con tres conectores a cortante en acero de refuerzo de

1”.

Figura 6. 14 Curva de Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal con la combinación de los

conectores a cortante.



DESECHO.

89

En la figura 6.14 se ve cómo va aumentando la resistencia a la cortante del conjunto a medida que se

aumenta el número de elementos, tanto de concreto como de varillas de 1”.



DESECHO.

90

7 CAPITULO 7. PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL DISEÑO

DE MUROS DE TIERRA ARMADA REFORZADOS CON LLANTAS.

7.1 EJEMPLO NUMÉRICO DE MURO DE TIERRA REFORZADO CON

LLANTAS DE DESECHO.

Haciendo un análisis de los resultados obtenidos en el ensayo de corte directo en la figura 6.14 se

observa que a medida que se aumenta el número de conectores, el ángulo de fricción del material de

lleno con la llanta de desecho aumenta, además la cohesión aumenta significativamente y es muy

superior a la cohesión obtenida en el ensayo de corte directo al material de lleno, el aumento de la

cohesión del conjunto de material de lleno llantas de desecho puede estar dada por el confinamiento

que ofrece la llanta al material de lleno.

Normalizando los datos obtenidos en el ensayo de corte directo con los ángulos de fricción obtenidos y

calculando el número de pines por metro cuadrado, se puede construir una recta de la siguiente

manera.

Tabla 7. 1 Cálculo del factor de incremento y número de conectores por m2.

CASO

ANGULO

DE

FRICCIÓN

Factor de

incremento de

resistencia al

corte

#C/m2

(ρ)

Sin Conectores 10,28

Un Conector 19,36 1,9 3,8

Dos Conector 28,55 2,8 7,7

Tres Conectores 35,64 3,5 11,5

Figura7. 1. Tendencia de puntos del factor de incremento de resistencia al corte Vs número de

conectores por metro cuadrado



DESECHO.

91

De la gráfica anterior se obtiene la ecuación Fi = 0.20ρ + 1.0, y despejando el número de conectores

por metro cuadrado, tenemos la ecuación:

ρ = 5(Fi – 1)

7.1.1 Datos de la Estructura de Contención.

7.1.1.1 Geometría del Muro.

Altura máxima: 6.0 m

Longitud: 10.0 m

Inclinación de la cara : Vertical

7.1.1.2 Propiedades Geomecánicas del Material de Lleno.

Ø ' = 45O

C' = 17.2 Kpa

LL = 31.46%

LP = 21.5%

Pasa Tamiz 200 = 0.43%

Wn = 21.5%

Ɣmax = 1.94 T/m3

Wopt = 13.2%

7.1.1.3 Propiedades Geomecánicas del material de Apoyo.

Para el diseño del muro de tierra reforzada con llantas de desecho se van a tomar las siguientes

propiedades para el material de apoyo del muro de contención.

C' = 1.0 T/m2

Ø' = 26 O

LL = 40%

LP = 23%

Pasa Tamiz 200 = 27%

Ɣt = 1.70 T/m3

7.1.1.4 Estructura del Pavimento Para el Cálculo de la Sobrecarga

Subbase Granular: 40 cm, 1.9T/m3

Base Granular: 20 cm, 2.0T/m3

Carpeta Asfáltica: 10 cm, 2.2T/m3



DESECHO.

92

7.1.1.5 Evaluación de Cargas.

Sobrecargas uniformes:

q = Ʃ(Ɣxd)

Cargas Vivas:

Figura 7. 1 Esfuerzos verticales debido a las cargas vivas

7.1.1.6 Estabilidad Interna.

Presión debida al suelo.

σps = Ka x Ɣ x z

Coeficiente de presión Activa. `

Ka = Tan2 (45

o - Ǿ/2)



DESECHO.

93

Presión debida a la sobrecarga.

σsc = q x Ka

Presión debida a las cargas vivas.

σcv = P(X2Z/R

5)

presión lateral total en la profundidad total.

σh = σps + σsc + σcv

Fuerza Actuante.

Fa = σh x z

Presión Efectiva

σ' = Z x Ɣ

Fuerza resistente.

Fr = (σ' x Tan Ǿ + ½ C) x B

Factor de Incremento.

Fi = (Fa x 2)/ Fr

Numero de conectores por metro cuadrado.

ρ = 5(Fi – 1)

A continuación se relacionan los datos de entrada para hacer el cálculo de conectores por metro

cuadrado que requiere el muro de tierra reforzado con llantas de desecho en cada intervalo de altura

que para este caso se toma la altura la llanta de prueba que es de 20.0 cm

Ɣ = 1.94 T/m3

Ka = 0.333

Propiedades mecánicas de del conjunto de material de lleno con la llanta de desecho.

C' = 90 Kpa

Ø' = 10.5 O

Espesor de las capas = 20.0 cm

Base del muro= 4.0m



DESECHO.

94

Tabla 7. 2 Cálculo del muro de tierra reforzado con llantas de desecho.

Para el número de pines por metro cuadrado se debe aproximar al entero más cercano, es decir para

una profundidad de 3.80 m el número de conectores por metro cuadrado calculado anteriormente es de

1.3, se debe aproximar a 1, y a una profundidad de 4.8m el número de conectores por metro cuadrado

calculado anteriormente es de 4.7, se debe aproximar a 5 conectores por metro cuadrado.

Para garantizar que todas las llantas trabajen como un solo elemento, las llantas se deben amarrar

todas entre sí, el amarre puede ser con manila de polipropileno con las especificaciones que se

entregan en el capítulo 2.2.6.5 de este documento, la especificación del muro de tierra armada se

puede ver en corte en la figura 7.2, que muestra en detalle como debe ser la construcción de los muros

de tierra armada con llantas de desecho y los elementos con los que debe ir construido el sistema, para

la selección de las llantas de desecho se debe seguir con lo especificado en este documento en el

capitulo2.2.6.2 y para el corte de las llantas se debe seguir lo que especifica el documento en el

capitulo2.2.6.3.

7.1.1.7 Análisis de estabilidad externa

Finalmente para determinar si la solución cumple y es una solución igual de confiable a otras

soluciones parecidas técnicamente, a continuación se hace un chequeo de la estabilidad externa del

muro de tierra reforzada con llantas de desecho para verificar si cumple con los factores de seguridad

exigidos en las normas técnicas.

σps σsc σcv σh Fa σ* Fr Fi ρ/m2kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m kN/m2 kN/m

0,00 0,0 3,18 0,00 3,18 0,0

0,20 1,3 3,18 2,93 7,40 1,48 3,9 182,9 0,0 0,0

0,40 2,6 3,18 5,37 11,13 4,45 7,7 185,7 0,0 0,0

0,60 3,9 3,18 7,12 14,17 8,50 11,6 188,6 0,1 0,0

0,80 5,1 3,18 8,26 16,59 13,28 15,4 191,4 0,1 0,0

1,00 6,4 3,18 8,94 18,56 18,56 19,3 194,3 0,2 0,0

1,20 7,7 3,18 9,28 20,19 24,22 23,2 197,2 0,2 0,0

1,40 9,0 3,18 9,39 21,58 30,21 27,0 200,0 0,3 0,0

1,60 10,3 3,18 9,33 22,81 36,50 30,9 202,9 0,4 0,0

1,80 11,6 3,18 9,16 23,93 43,07 34,7 205,8 0,4 0,0

2,00 12,9 3,18 8,91 24,96 49,92 38,6 208,6 0,5 0,0

2,20 14,2 3,18 8,60 25,94 57,06 42,5 211,5 0,5 0,0

2,40 15,4 3,18 8,26 26,88 64,51 46,3 214,3 0,6 0,0

2,60 16,7 3,18 7,89 27,80 72,28 50,2 217,2 0,7 0,0

2,80 18,0 3,18 7,51 28,71 80,38 54,0 220,1 0,7 0,0

3,00 19,3 3,18 7,13 29,62 88,85 57,9 222,9 0,8 0,0

3,20 20,6 3,18 8,13 31,90 102,09 61,8 225,8 0,9 0,0

3,40 21,9 3,18 9,13 34,19 116,24 65,6 228,6 1,0 0,1

3,60 23,2 3,18 10,13 36,48 131,31 69,5 231,5 1,1 0,7

3,80 24,4 3,18 11,13 38,76 147,30 73,3 234,4 1,3 1,3

4,00 25,7 3,18 12,13 41,05 164,20 77,2 237,2 1,4 1,9

4,20 27,0 3,18 13,13 43,34 182,01 81,1 240,1 1,5 2,6

4,40 28,3 3,18 14,13 45,62 200,74 84,9 243,0 1,7 3,3

4,60 29,6 3,18 15,13 47,91 220,38 88,8 245,8 1,8 4,0

4,80 30,9 3,18 16,13 50,20 240,94 92,6 248,7 1,9 4,7

5,00 32,2 3,18 17,13 52,48 262,41 96,5 251,5 2,1 5,4

5,20 33,5 3,18 18,13 54,77 284,80 100,4 254,4 2,2 6,2

5,40 34,7 3,18 19,13 57,06 308,10 104,2 257,3 2,4 7,0

5,60 36,0 3,18 20,13 59,34 332,32 108,1 260,1 2,6 7,8

5,80 37,3 3,18 21,13 61,63 357,45 111,9 263,0 2,7 8,6

6,00 38,6 3,18 22,13 63,92 383,49 115,8 265,8 2,9 9,4

Z(m)



DESECHO.

95

Tabla 7. 3 Chequeo de estabilidad externa

FACTORES DE SEGURIDAD PARA LA ESTABILIDAD DEL MURO DE CONTENCIÓN

Factor de Seguridad al Volteo F.S. v = 28,40 CUMPLE

Factor de Seguridad al Deslizamiento F.S. d = 6,76 CUMPLE

Factor de Seguridad por Capacidad de

carga F.S. cap_q = 6,93 CUMPLE

7.2 COMPARACIÓN ECONÓMICA CON OTROS SISTEMAS

Para tener una idea clara de la diferencia de precios que existe entre los muros de tierra reforzada con

llantas de desecho y los muros de tierra reforzada con geotextil y en concreto, se va a realizar la

evaluación económica de cada solución, a continuación se presentan unos cortes con los tres tipos de

estructuras con las especificaciones técnicas de cada uno donde se cuantifican, y se toma una

geometría en común para tener un punto de comparación, el muro es de 6.0 m de alto y 10.0 m de

longitud.

Figura 7. 2 Vista en corte de muro de tierra reforzado con llantas de desecho.



DESECHO.

96

Figura 7. 3 Vista en corte de muro de tierra reforzado con geotextil.

Figura 7. 4 Vista en corte de muro en concreto reforzado.



DESECHO.

97

Tabla 7. 4 Comparación de precios entre muro en concreto, tierra reforzada con geotextil y muro de tierra

armada con llantas de desecho.

Para hacer la evaluación económica de cada estructura de contención se dimensionaron dos soluciones

más, un muro en tierra armada con geotextil y un muro en concreto reforzado, de las especificaciones

del diseño se sacaron las cantidades de obra y se cuantificaron, para el muro en concreto se tomó una

cuantía mínima de acero de refuerzo por metro cuadrado para poder cuantificar esta solución.

En el cuadro se observa que la solución en llantas de desecho es la más económica, es un 67% más

económico que el muro en concreto reforzado y un 24% más económico comparado con el muro

armado con geotextil.

Cantidad Total Pesos Cantidad Total Pesos Cantidad Total Pesos

m² 3.500$ 43,50 152.250$ 43,50 152.250$ 43,50 152.250$

m² 3.000$ -$ 60,00 180.000$ 60,00 180.000$

Un 1.500$ -$ -$ 478,2 717.231$

38.845.100$ 16.731.750$ 12.732.281$

-$

-$

4.071.600$

828.000$

Llantas

Muro en concreto

reforzado

14.720.000$

96.850$

-$

-$

648.000$ 24,00

4600,00

Ecomatrix/ Malla plástica gallinero

Carga a mano del material proveniente de

las excavaciones para asiento de

fundaciones, zanjas u otros

Encofrado de madera tipo recto, acabado

corriente fundaciones de pared, losas de

fundación y bases de pavimento

Concreto de Fc =21 Mpa a los 28 días,

acabado corriente para la contrucción de

vigas de riostra, tirantes y fundación de

paredes

Suministro, transporte, preparación y

colocación de acero de refuerzo

Fy=4200kgf/cm², utilizando varillas de

diámetro igual o menos del N₀ 3 para

7,45 313,20

24,00

Muro reforzado con Llantas

24,00 576.000$

240,00 1.440.000$

-$

-$

1546,00 4.947.200$

24,00 648.000$

313,204.071.600$

648.000$

m²

m²

m²

m²

Kg

m³

772,20 7.335.900$

8.000$ 103,50

46,00 17.112.000$

-$

-$

576.000$

1.440.000$

1.500.000$

Total

24,00 576.000$ 24,00

6.000$ 240,00 1.440.000$ 240,00

24.000$

164,00 4.100.000$ 60,00

3.200$

9.500$

27.000$

Excavación en tierra a mano para asiento

de fundaciones zanjas u otros, hasta

profundidades comprendidas entre 0,0 m

y 1,5 m (terreno semiduro y seco)

Geotextil No tejido para filtros (incluye

MO)

Tuberia de PVC para drenaje de 4" con

geotextil No tejido de recubrimiento

372.000$

25.000$

13.000$

ml

m²

m²

Relleno de compactación de material de

la zona

Geotextil tejido 2400 como elemento de

refuerzo (incluye MO)

Localización y replanteo

Descripción Unidad

Precio

unitario

(Pesos)

Muro reforzado con geotextil

Universidad Nacional de Colombia Capitulo 8 Conclusiones.


DESECHO.

98

8 CAPITULO 8. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES,

LIMITANTES, Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN.

8.1 CONCLUSIONES

De la construcción del equipo de corte

Con el desarrollo y construcción del equipo de corte a gran escala, se logró obtener los datos

necesarios y confiables de los parámetros mecánicos del conjunto de llantas material de lleno, este

equipo permitió determinar mediante la teoría de corte directo el ángulo de fricción y la cohesión del

contacto entre capas de material de lleno y la llanta de desecho.

Con la construcción del equipo de corte directo a gran escala va a permitir establecer parámetros de

resistencia de suelos cohesivos y granulares, lo que significa que el nuevo equipo de corte no tiene

limitante en cuanto al tipo de suelo y al tamaño de las partículas que se tenga que analizar mediante

ensayos de corte directo.

Ya que el uso del geotextil y de las geomallas en la construcción de muros de tierra armada se puede

restringir por ser estos materiales vulnerables a los rayos UV, el uso de las llantas de desecho puede

ser una solución a este problema técnico, ya que las llantas al contacto con los rayos UV son mucho

más resistentes y la vida útil de los muros va a ser mucho mayor.

De los resultados obtenidos

De acuerdo a las pruebas realizadas y a los conectores que se utilizaron para aumentar la resistencia a

la cortante entre las llantas de desecho y el material de lleno, donde dichos conectores fueron en

concreto y barras de acero, se comprobó que para mayor facilidad en el proceso constructivo y

optimizar tiempo al compactar el material de lleno es más acertado trabajar con conectores de acero

por su facilidad constructiva y a la vez otorga mayor resistencia a la cortante del muro.

En los resultados del ensayo de corte directo se puede observar que se está presentando un incremento

en la cohesión, esto se da por el refuerzo, que en este caso es el confinamiento del material de lleno en

la llanta de desecho, el incremento en la cohesión es de aproximadamente del 81%, comparando la

cohesión del material de lleno con la cohesión del conjunto de material de lleno con llanta de desecho

más tres conectores a cortante.

El ángulo de fricción que dio como resultado en el ensayo de corte directo del conjunto material de

lleno con la llanta de desecho, disminuye significativamente con respecto al ángulo de fricción

obtenido del material de lleno, lo que corresponde a que el conjunto puede disminuir esta propiedad en

el material, pero una vez se le adicionan los conectores a cortante el ángulo de fricción va aumentando

a medida que se adicionan estos elementos.

El incremento en las propiedades mecánicas del conjunto material de lleno con llantas de desecho

favorece el diseño de los muros de tierra reforzada y hace que económicamente sean viables, ya que



DESECHO.

99

no va ser necesario el uso de muchos conectores a cortante para que aumenten la resistencia a cortante

del sistema.

Además de contribuir a la solución de un problema ambiental, los muros de tierra armada con llantas

de desecho son más económicos que los muros en geotextil y los muros en concreto reforzado, los

muros en llantas comparados con los de geotextil son 24% más económicos, y comparados con los de

concreto reforzado son 67% más económicos, con lo que se construye un muro en concreto reforzado

se podrían construir tres muros en llantas de desecho.

8.2 RECOMENDACIONES

El equipo construido garantiza hacer pruebas para investigaciones futuras, ya que la posibilidad de

fallar muestras de gran tamaño abre un panorama para realizar pruebas de laboratorio.

El equipo de corte directo puede apoyar investigaciones para evaluar las propiedades mecánicas de

materiales como gravas y depósitos con materiales gruesogranulares, porque la capacidad es suficiente

y los resultados de los ensayos son confiables.

Por la configuración del equipo de corte directo es posible que las muestras sean saturadas antes de ser

falladas, para futuras investigaciones y haciendo uso del equipo que se construye es recomendable que

las muestras sean saturadas para evaluar su comportamiento y obtener resultados de los materiales en

presencia de agua.

Ya que la instrumentación que se utilizó para medir las cargas y las deformaciones no están diseñadas

para este tipo de ensayos, se recomienda instrumentar el equipo con tecnología adecuada, que los

equipos sean apropiados y se acomoden a las necesidades de los ensayos que se van a realizar.

8.3 LIMITANTES

Una limitante importante para la elaboración de este trabajo de investigación es la falta de equipos y

de instrumentación para determinar las propiedades mecánicas de este conjunto de elementos, el

equipo de corte fue necesario construirlo y los instrumentos de medición no son diseñados para este

ensayo, razón por la cual el montaje del ensayo tuvo un grado de dificultad muy alto.

El tamaño de las llantas de desecho fue una variable importante en la ejecución del ensayo, ya que

existen muchos tamaños de llantas, y los tamaños de las llantas dependen de los fabricantes y del tipo

de vehículo en el que se usen las llantas.

Otra limitante importante es la falta de investigación sobre las llantas de desecho y su utilización como

estructuras de contención, el no contar con artículos académicos hizo muy difícil la revisión

bibliográfica y por lo tanto dificulto realizar la investigación.

La compactación del material de lleno puede ser una limitante importante en el trabajo de

investigación y puede alterar los resultados, por ser la llanta un recipiente cerrado, estrecho y flexible ,

hace que la compactación del material sea dispendiosa y no siempre se pueda alcanzar el grado de

compactación recomendado en la norma.



DESECHO.

100

Cuando se inició la aplicación de cargas a las llantas de desecho con el material de lleno, se están

presentando deformaciones excesivas en la llanta, esto genera que las lecturas de las deformaciones

sean por la llanta deformarse y no por el movimiento que se genera entre capas de suelo de lleno con

llanta de desecho, lo que puede generar una margen de error en los resultados del ensayo de corte

directo.

8.4 FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Se considera necesario encaminar mayores esfuerzos o prestar mayor atención a la problemática que

presenta las llantas de desecho en todo el mundo, ya que cada día la producción de llantas aumenta y

los posibles usos de las llantas de desecho no son suficientes para la solución de este problema

ambiental.

Futuros estudios deben considerar otros factores de suma importancia como otros posibles conectores

a cortante para los muros de tierra reforzada con llantas de desecho como madera inmunizada, madera

plástica, manila de polipropileno, cables metálicos etc.

Otras variables que se pueden tener en cuenta para futuras investigaciones es el tamaño de las llantas

de desecho, ya que en este trabajo solo se tomó un tamaño de llanta.

Como el equipo de corte directo ya está construido y probado se puede plantear otra investigación para

el mejoramiento en suelos blandos siguiendo la metodología propuesta por PAVCO para el sistema

Neo Web.

Con las llantas de vehículos pesados también se pueden proponer trabajaos de investigación, ya que

con llantas de gran tamaño, se podrían reemplazar sistemas como los bolsacretos que son utilizados

para la protección de las riveras de los ríos.

Por las propiedades de las llantas de desecho y por los resultados obtenidos en esta investigación se

pueden considerar otras aplicaciones de las llantas de desecho como elementos estructurales en la

ingeniería civil, el uso de las llantas de desecho debería ser más frecuente, las líneas de investigación

más amplias y los recursos deberían ser mucho mayores.

Universidad Nacional de Colombia. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.


DESECHO.

101

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