Protección de taludes empleando gaviones rellenos con suelo
La alteración del medio ambiente ha sido identificada como la principal fuente de contaminantes y se debe en parte a la erosión de los canales y del río, causada por el desarrollo urbano y el aumento de la escorrentía de aguas pluviales.
Restauración de la margen del río mediante la estabilización de los taludes empleando gaviones rellenos con suelo, de malla de alambre electrosoldada.
Un estudio previo indicó que la erosión del río se estima entre el 66% y el 81%. Se propuso un proyecto para reforzar aproximadamente 32 metros de margen del río que estaba ubicado a lo largo de una curva de meandro, estabilizar la pendiente que conduce desde el camino de acceso de una escuela primaria cercana, hasta el río, mejorar la calidad del agua en la cuenca y proteger el aula natural al aire libre de la escuela.
Este proyecto de restauración y control de erosión, lo puso en marcha una organización que entró en contacto con alumnos de la escuela primaria local que participan en la gestión de llanuras aluviales, aguas pluviales y en la industria de prevención de erosión y control de sedimentos.
Los estudiantes aprendieron sobre la cuenca, las inundaciones y la calidad del agua. También participaron en el diseño de ingeniería y en la supervisión de la construcción. Después de evaluar varias opciones de ingeniería y geotécnicas para restaurar y controlar la erosión de las orillas del río, estabilizarlo y proporcionar una solución sostenible, los ingenieros eligieron una combinación gaviones rellenos con suelo y grava, y geosintéticos.
El sistema es apto para resistir tensiones hidráulicas extremas, están diseñados para ayudar a proteger las márgenes, costas y otras aplicaciones similares de la erosión, a la vez que promueven la vegetación en lugar de una estructura rígida de hormigón.
Proporciona beneficios en la calidad del agua, incluyendo la eliminación de contaminantes y nutrientes. El sistema de gaviones rellenos con suelo, se utilizó para estabilizar el talud por encima de la orilla del arroyo a fin de evitar la erosión provocada por escorrentías e inundaciones de mayor magnitud. Este sistema combina geotextiles y una estera de refuerzo de césped de alto rendimiento, una geogrilla con anclajes para proporcionar estabilidad adicional a la pendiente.
Muro de sostenimiento de gaviones rellenos con suelo
En los últimos años, según lo permitan las condiciones del lugar, los diseñadores han buscado un revestimiento con vegetación en estas estructuras en lugar de los sistemas tradicionales de hormigón, rocalla, bloques de hormigón o gaviones rellenos con piedra. Este sistema actúa como un muro de contención por gravedad con vegetación. Los muros de contención por gravedad dependen del peso propio para contrarrestar las presiones laterales del terreno.
Los muros de gravedad más comunes actualmente en uso están compuestos de gaviones llenos de roca o de grandes bloques de hormigón, cada uno de los cuales pesa 800 kg, y que se entrelazan en forma de pila seca para construir muros de contención de hasta 4 m de altura. Para alcanzar tales alturas sin refuerzo artificial adicional, el ángulo del muro aumenta a 12°y 16° y se utiliza un bloque de base más ancho en la capa inferior de los bloques para aumentar la resistencia al deslizamiento de la base y controlar el vuelco.
Este sistema de gaviones rellenos con suelo, se compone esencialmente de celdas metálicas rígidas galvanizadas llamadas gaviones, con mallas eletrosoldadas, compuestos por bolsillos, que están revestidos internamente con una tela geotextil no tejida formadas por unidades de 0.90 m × 1.20 m × 4.60 m. Cada gavión se compone de cinco compartimentos bolsillos de 0.90 m x 0.90 m x 1.20 m y están abiertos en la parte inferior y superior, lo que permite una instalación y llenado listos en la obra. Varios gaviones unidos en serie, forman un sistema de muro de 1.20 m de altura x 0.90 m de espesor.
El sistema de muro con gaviones de alambre rellenos con suelo puede ser enviado plegado y plano, luego expandido como un acordeón, transformándose en unidades segmentadas que pueden ser colocadas sobre una superficie nivelada y preparada y luego rellenadas desde la parte superior abierta con tierra o grava.
Además, forma bolsas que pueden llenarse con suelo del lugar u otros materiales granulares para promover y mantener la vegetación. El revestimiento de geotextil duradero permite que las celdas rígidas se llenen de tierra, arena, grava y otros materiales granulares. Las gaviones pueden apilarse uno encima de otro, utilizando un escalonado hacia atrás de unos 15 a 46 cm, formando así paredes de hasta 4 m de altura.
Las paredes del sistema de gaviones rellenos con suelo, debe cimentarse directamente en suelo nativo o sobre un relleno compactado, en la mayoría de los casos, la preparación de la subrasante implica el uso de una excavadora con una cuchara de cuchilla lisa para eliminar la capa superior de la tierra y los detritos orgánicos para llegar al suelo nativo y no perturbado y proporcionar una zanja suave y poco profunda para colocar la fila primera de gaviones.
Si el suelo de cimentación está compuesto de arcilla o limo, sensibles a la humedad, o si el diseño requiere una base más friccional, entonces se debe colocar una almohadilla niveladora de grava compactada. Además, se debe instalar un sistema de tuberías de drenaje para eliminar el exceso de agua subterránea en la base de la pared, al pie del muro en el intrados. Si se utiliza un tubo de desagüe de cimentación, éste debe tener una salida adecuada para la evacuación de agua o el transporte a puntos bajos. Para sitios propensos a la inundación o crecida del río, la primera fila de bastiones puede llenarse con grava gruesa para permitir el libre movimiento del agua sin que se acumule la presión de los poros.
- Se recomienda que el relleno de tierra para el sistema de gaviones rellenos con suelo, cumpla con las siguientes especificaciones: GM, GW-GM, SM, SW-SM, SC-SM, CL-ML o ML utilizando el sistema unificado de clasificación de suelos (USCS).
- Debe tener un índice de plasticidad de finos no superior a 10 y un límite de líquido no superior al 30.
- Debe tener un contenido de humedad natural o acondicionado para permitir una compactación adecuada.
- No debe contener sustancias nocivas como madera, metal, plástico, residuos, productos químicos peligrosos o residuos de pesticidas/herbicidas.
Debido a que el sistema de gaviones rellenos con suelo es flexible, se pueden incorporar curvas a lo largo de la alineación de la pared o de la pendiente. Esto se logra para cada elevación sucesiva flexionando y estacando las unidades antes de rellenarlas.
El control de la compactación del suelo durante la construcción es crítico para el rendimiento a largo plazo de estas estructuras de gravedad como los muros con gaviones. El relleno debe ser compactado con un esfuerzo moderado, permitiendo la compactación del suelo sin causar deformación excesiva de las paredes de los bolsillos de los gaviones. La compactación es necesaria en la zona de relleno detrás del intradós del muro. Para equipos de compactación pequeños, tales como compactadores de placas vibratorias, el espesor de las capas de compactación del suelo se limita a 15 o 20 cm para lograr la densidad especificada según ASTM D1557). El monitoreo y la verificación de compactación efectivos ayudan a reducir el potencial de asentamiento diferencial, que puede afectar negativamente el rendimiento a largo plazo.
El diseño geotécnico de los muros de gaviones con relleno de suelo
Este tipo de muro debe resistir las solicitaciones del terreno debido a que el suelo retenido detrás del muro, tiende a deformarse y a deslizarse hacia abajo y hacia afuera debido a la fuerza de gravedad. Además, debe resistir cualquier contribución lateral de la carga generada por sobrecarga detrás del macizo detrás del muro, como cargas permanentes debidas a la cimentación de un edificio o puente o cargas temporales debidas al tráfico o al equipo de construcción. La fuerza lateral de la presión de la tierra, Fa kN/m se estima utilizando el coeficiente de presión activa Ka de Coulomb dado por:
β = ángulo de bateo de la pared (inclinación de la cara de la pared desde la vertical)
Øw = ángulo de fricción en la interfaz pared-suelo (típicamente 0,67 del ángulo de fricción del suelo)
Ø = ángulo de fricción interna del suelo sostenido
θ = ángulo de retroceso del muro
La fuerza lateral de la presión de la tierra es:
Fa = 0.5γH2Ka (2)
γ = peso unitario (densidad) de suelo retenido
H = altura del muro
La fuerza lateral debida a sobrecarga aplicada en sobre el macizo es:
Fq = qHKa (3)
donde q = sobrecarga (kN/m2)
Estas fuerzas tienden a volcar (girar) el muro de gravedad o hacen que se deslice horizontalmente hacia afuera a lo largo de su base. Además, se debe realizar un análisis de la capacidad portante de la cimentación y se debe hacer un análisis de la estabilidad global del muro de gaviones relleno con suelo, y de la vertiente posterior utilizando un enfoque de método de cortes para evaluar estos posibles modos de falla externos al sistema de paredes en sí (Miller 2017).
A menudo, se incluye una zona de relleno granular gruesa de grava triturada directamente detrás de los gaviones, en el intradós del muro, para permitir el drenaje libre del agua subterránea y aumentar el ángulo de fricción a lo largo de la ruta de falla potencial. Usando un valor ponderado del ángulo de fricción a lo largo de este camino, el círculo de rotura de Coulomb, resulta en un valor calculado más bajo de Ka y, por lo tanto, en una mayor estabilidad del sistema de paredes.
Los factores de seguridad para criterios típicos de diseño geotécnico de un muro de gaviones rellenos con suelo son:
| solicitación | coeficiente de seguridad |
| Deslizamiento | 1.5 |
| Vuelco | 2 |
| capacidad de carga | 2 |
| estabilidad global | 1.3 a 1.5 |
Trazado del muro de gaviones rellenos con suelo
Debido a la altura de la margen del río, la llanura de inundación y la erosión, se utilizó para el proyecto un sistema de muro de gaviones escalonado de dos niveles, retrocedido unos 45 cm, protegiendo un talud con una pendiente de 3 Horizontal y 1 en vertical (3:1).
Los cimientos del muro se colocaron aproximadamente a 60 cm por debajo del nivel del lecho del río para la protección contra la erosión. Se utilizó un geotextil no tejido y una base de piedra para proporcionar una base estable. Los gaviones fueron empujados hacia la parte trasera de la ladera para obtener resistencia al empuje debido a las fuerzas de la erosión del suelo y del río, y se ubicaron dentro de la curva del meandro.
La fila de gaviones de cimentación, se rellenaron con piedra para permitir que el agua se mueva a través del sistema durante los cambios en las crecidas del río, mientras que permite que se alivie cualquier presión de poros detrás del muro de gaviones rellenos con suelo.
La fila superior del muro de gaviones se completó con los suelos arcillosos existentes ubicados en el sitio del proyecto. Se colocó un medio de crecimiento orgánico en los 15 cm superiores del muro para permitir el desarrollo de la vegetación.
Se protegieron 32 m de margen del río.Se plantaron árboles, arbustos y otras plantas nativas en el coronamiento del muro, y en varios lugares a lo largo de la margen del río, para restablecer un amortiguador ribereño con vegetación.
El proyecto de protección de la erosión en las márgenes del río en Mountain Creek tardó dos meses en realizarse, cubriéndose con el sistema de muro de gaviones rellenos con suelos los primeros 32 m. Esta restauración protegió el camino de acceso de la escuela primaria en Red Bank, previno que los sedimentos adicionales fueran depositados en una cuenca dañada y más importante aún, proporcionó un salón de clases seguro al aire libre donde los estudiantes pueden continuar participando en los esfuerzos de restauración de la cuenca de Mountain Creek.
Mediante la combinación de gaviones de alambre electrosoldado, con mallas rígidas revestidas internamente con un geotextil no tejido, ahora se dispone de un sistema de muro de gravedad de fácil construcción para la estabilización de márgenes, de arroyos, costas y taludes.
Para áreas remotas o sitios muy boscosos o escarpados, con difícil acceso al equipo, la capacidad de transportar fácilmente materiales geosintéticos al sitio es una ventaja sobre las alternativas con hormigón. Se podía acceder a sitios remotos a lo largo de las orillas de lagos, ríos, estuarios o costas en barco, transportando fácilmente materiales y trabajadores a los proyectos. Una vez que la plataforma de nivelación o los cimientos están preparados, las unidades de gaviones pueden desplegarse y colocarse, listas para rellenar con suelo.
Tenga en cuenta que la investigación del sitio y la caracterización de las propiedades geotécnicas del suelo siempre son necesarias para proporcionar una confianza razonable en el diseño. Se recomienda la supervisión y el monitoreo de la construcción para confirmar que las condiciones del sitio coincidan con las asumidas en el análisis del diseño y para verificar que las prácticas de construcción sigan el diseño y las especificaciones de ingeniería.
