CAMPO DE APLICACIÓN

El campo de aplicación de la presente invención apunta a los muros de contención de alta resistencia utilizados en obras viales, minería, defensas fluviales con el fin de sostener verticalmente cualquier plataforma, relleno o corte en el terreno.

DESCRIPCIÓN

Los muros de contención de alta resistencia que se aplican a las obras viales, entiéndase muros en autopistas urbanas, carreteras, pasos sobre nivel, defensas fluviales, es decir en cualquier plataforma, relleno o corte a sostener verticalmente. El objetivo del muro es poder generar un desnivel vertical en un terreno, condición imposible para ese suelo sin el confinamiento de una estructura. Para esta labor existen muros tradicionales de hormigón armado, y los muros de tierra mecánicamente estabilizada, estos últimos basados en la estabilización del suelo mediante refuerzos.

El muro requerido en esta solicitud caso es uno de los clasificados como tierra estabilizada mecánicamente (muros TEM), de paramento de bloques y con armadura de acero. El mecanismo estructural reconocido por el estado del arte consiste en la estabilización del terraplén mediante armaduras rugosas que por fricción y resistencia pasiva, impiden al suelo deslizar para formar los derrames, permaneciendo establemente verticales (W09423136, equivalente al ES2091 168). Como la condición de verticalidad en la cara vista no es estética, además de sufrir los fenómenos de erosión, se cubre este terraplén armado con unos bloques de hormigón que constituyen el valor estético de la obra.

El estado de la técnica más cercano a la presente invención es la solicitud de patente Chilena N ^e 2233-2009 la cual presenta un muro prefabricado de bloques de hormigón, mecánicamente estabilizado con armadura de acero para generar un desnivel vertical en un terreno que comprende una cara de bloques modulares, huecos, de caras planas, de planta trapezoide, con un bajo relieve superior y trabas de pvc, así como una armadura constituida por una malla de fierros longitudinales y trasversales electro-soldados, con terminación en bucle vertical en ambos extremos. Para poder repartir la carga de tracción sobre el bloque de hormigón se colocó una pletina o empalme de acero en la unión libre del bucle con el bloque. Estos bloques con su armadura y unión en un muro, fueron testeados en pruebas de resistencia hasta los 1400 Kgf antes de romper el bloque.

Esta pletina y la posición de aza, son claves para repartir la tracción sobre el bloque de hormigón, generando una serie de resistencias mecánicas para sostenerse por sí solo en el muro. Por otro lado, esta pletina frente a una tracción elevada por una sobrepresión del relleno contenido por el muro, tiende a perder su posición original, doblarse y/o fracturarse.

El desarrollo inicial de esta pletina en la solicitud de patente Chilena N ^Q 2233- 2009, posee una estructura octogonal alargada, tal como se ve en la figura 1/8. En esta patente solo se utilizó una única pletina para atrapar a la espiga o esparrago de la malla de acero al bloque, sin esperar los problemas posteriores que se suscitaron. DESCRIPCIÓN DEL MODELO

La modificación del dispositivo de fijación entre las mallas de acero a los bloques de paramento consiste en una disposición horizontal del aza en las puntas de la malla de acero, el posicionamiento de una placa difusora en forma de "L" y el traspaso de un perno ajustado con su tuerca respectiva, superponiendo las placas difusoras, las azas de los extremos, tal como se ve en las figuras 2/8 y 3/8.

La tensión que soporta el muro o la malla de acero en el documento citado del estado del arte más cercano, la solicitud de patente Chilena N ^s 2233-2009, soporta un rango entre los 900 Kgf y Ios1400 Kgf porque el aza en posición vertical tiende a fracturar una sección pequeña del bloque y a desgarrarlo bajo la fuera ejercida por un muro que está bajo tensión a través del peso en sí mismo o el peso extra sobre el mismo muro o la perdida erosiva de su resistencia.

Por otro lado, siempre uno de los lados esta traspasado por un perno conectando a una placa difusora donde ésta se posiciona por un lado sobre el agujero del aza y sobre el otro lado de la placa en forma de "L" contra el bloque pero sin apernar.

Dentro de las definiciones necesarias para clarificar el presente desarrollo, nos referiremos a la resistencia superior al rango desde los 1401 Kgf hasta los 4000 Kgf de resistencia, de preferencia sobre los 1401 Kgf.

La placa difusora en particular es una pletina de un grosor en el rango de los 2 mm a los 10 mm, de preferencia 5 mm, que comprende un rango de medidas entre los 2 a 10 cm de ancho, de preferencia 5 cm y de largo un rango de medidas entre los 5 a 25 cm, de preferencia 10 cm, la cual está doblada a la mitad en su lado más largo, en un ángulo de 90 ^e y equidistante con sus extremos, posee un agujero por donde pasa un perno que cumple objetivo de fusionar mecánicamente las placas y las azas horizontales. Esta placa está elaborada en acero o materiales suficientemente fuertes para resistir la tensión y la erosión. (Figura 5/8).

Por otro lado la malla de acero es un enrejado terminado en bucles horizontales que comprende una armadura de fierro entre azas (5) separados en un rango entre los 100 y los 10 cm, de preferencia 25 cm y que separan las dos hebras paralelas de la armadura de fierro del aza (7) entre los 100 y los 10 cm, de preferencia 25 cm, formando cuadrados de preferencia 25 x 25 entre la armadura de acero entre azas (5) y la armadura de fierro del aza (7). Las armaduras de fierro entre azas (5) van soldadas sobrepuestas a la armadura de fierro del aza (7).

En la conexión de la malla de acero a los bloques a través de los bucles horizontales, en sus extremos, se utilizan dos placas en forma de "L", con el fin de aprisionar la punta del aza horizontal de la escalerilla de acero y generar una resistencia mecánica del bloque contra el relleno de tierra. Después cada escalerilla de acero y cada conexión más su bloque generan una resistencia exponencial de todo el muro y de la tierra que contienen.

Este dispositivo que logra distribuir las cargas descansa sobre la geometría de las dos placas difusoras previamente mencionadas, diseñadas para en conjunto, aprisionar el extremo anterior al bucle de la barra longitudinal de las mallas de acero (figura 2/8 y 3/8), quedando las placas fijas al eje de la barra longitudinal de las mallas de acero, pero atrapada por el perno que las atraviesa, contra la cara posterior del bloque. Luego al rellenar los espacios libres con arena o gravilla, queda asegurado además el confinamiento de los elementos. Esta capacidad de mayor soporte de las cargas de tracción sobre el bloque y así sobre el muro del presente dispositivo, logra el efecto de no requerir una malla por cada bloque en forma vertical. De hecho, este dispositivo y el efecto arco del armazón logran que la utilización del enmallado entre uno a tres bloques, de preferencia 3 bloques, en el eje vertical y no unitariamente como se hacía en el estado del arte más cercano, generando ahorros en el peso del muro, en la cantidad de acero utilizado y en la velocidad de armado del mismo.

DESCRIPCIÓN DE FIGURAS

Figura 1 /8

Esta figura presenta el estado del arte más cercano con el documento CL 2233-2009, donde se ve, a la derecha de la figura, claramente una pletina en forma octogonal con dos puntas equidistantes perforadas y una perforación en forma de guadaña en el centro. Por otra parte, el esquema de la derecha presenta el aza terminal de la malla de fierro, en forma vertical para poder ser colocada de forma correcta con la pletina antes mencionada.

Figura 2/8

Esta figura muestra un esquema de planta del presente desarrollo donde claramente se aprecia como el aza de la punta de la malla de acero está colocada de forma horizontal con respecto al suelo y como es el orden de superposición del perno transversal, el aza y la placa difusora. Para mayor claridad se identificara a continuación las partes y piezas de la figura:

(1 ) Placa difusora (2) Perno transversal

(3) Bloque

(4) Aza de la punta de la malla de acero

(5) Armadura de acero entre azas

Figura 3/8

Esta figura presenta un esquema de un corte vertical o A-A de la conexión del bloque -placa- malla de acero. Acá se ve claramente la configuración de sándwich entre la tuerca inferior, la placa difusora inferior, el aza de la malla de acero, la placa difusora superior y la tuerca de anclaje superior, todos atravesados por el perno transversal.

Para mayor claridad se identificara a continuación las partes y piezas de la figura:

(1 ) Placa difusora

(2) Perno transversal

(3) Bloque

(4) Aza de la punta de la malla de acero (5) Armadura de acero entre azas (6) Tuerca de anclaje

(7) Armadura de acero del aza

Figura 4/8

Esta figura presenta un esquema de la distribución de una malla de acero terminada en puntas con azas colocadas en forma horizontal y sus medidas.

Para mayor claridad se identificara a continuación las partes y piezas de la figura:

(4) Aza de la punta de la malla de acero

(5) Armadura de acero entre azas (7) Armadura de acero del aza

Figura 5/8

Esta figura presenta una vista en detalle con medidas de la placa difusora.

Para mayor claridad se identificara a continuación las partes y piezas de la figura:

(1 ) Placa difusora

(8) Agujero de la placa difusora Figura 6/8

Esta figura presenta esquemáticamente y en fotografías los experimentos realizados para ver la resistencia de la unión de la malla al bloque. La imagen superior es un esquema de la ubicación de los puntos de aplicación de carga y la medición de las deformaciones. La imagen inferior izquierda presenta una vista general del montaje del ensayo y la imagen de la derecha inferior un detalle de la conexión al interior del bloque

Figura 7/8

Esta figura representa tres pruebas realizadas de tres experimentos diferentes para ver las curvas de carga v/s deformación total. También esquemáticamente en la parte inferior izquierda de la figura se ve como fue realizada la fuerza.

Figura 8/8

Esta figura representa tres pruebas realizadas de tres experimentos diferentes para ver las curvas de deformación unitaria v/s carga. También esquemáticamente en la parte inferior izquierda de la figura se ve como fue realizada la fuerza. EJEMPLO DE APLICACIÓN

Para poder hacer un estudio sobre la resistencia del presente dispositivo de aza horizontal con placa difusora y su respectivo perno de unión en un muro TEM, no existe una normativa nacional ni internacional para este tipo de ensayo. Sin embargo, se tomó como referencia la norma ASTM D 6638, la cual especifica un ensayo para la conexión entre un bloque y un geotextil de refuerzo en un muro TEM.

Este ensayo consistió en una prueba a un sistema compuesto por dos filas de bloques de concreto fijos a una base, con una malla a nivel de la junta, anclada mediante una conexión. Se medió la carga máxima y la carga residual de la conexión, y los desplazamientos asociados. La conexión utilizada fue la del presente desarrollo que consiste en dos placas de acero en L, unidas por un perno que atraviesa un anillo formado por los alambres de una malla. A su vez, la malla consiste en una escalerilla de dos alambres longitudinales y paralelos de acero galvanizado de 6 mm de diámetro, separados a 20 cm y con alambres transversales de 25 cm de largo, soldados a los longitudinales cada 25 cm, tal como se ve en la figura 4/8. La otra ala de las placas queda apoyada en la cara interna del bloque, fijando la unión del bloque con la malla. En función de la cuantía de refuerzo requerido en el dispositivo, un bloque puede tener sólo una conexión, o bien dos como el caso de las Figuras 2/8 y 3/8.

La norma ASTM D 6638 especifica que el ensayo debe hacerse a distintos niveles de carga normal entre bloques. Esto se debe a que, en los geotextiles, generalmente la resistencia de la conexión está dada en parte por el roce en el contacto de la malla comprimida entre dos bloques. Así, una malla puede quedar conectada a varios bloques. Sin embargo, en el presente dispositivo de conexión la malla no queda comprimida entre los bloques, por lo tanto la resistencia no depende de la carga normal. Por otro lado, en el diseño del sistema se requiere la resistencia de cada punto de conexión, por lo tanto basta con medir la resistencia de una conexión en la condición más desfavorable, que corresponde a un bloque con dos barras conectadas. Así, la falla de la conexión puede ocurrir por rotura del cable, rotura del mortero de los bloques, rotura del perno entre placas o rotura de las placas.

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El ensayo para la conexión del sistema del presente desarrollo se diseñó para someter las barras longitudinales de la malla de forma independiente a un esfuerzo de tracción realizado por dos gatos hidráulicos, cada uno aplicando una carga P/2. Cada refuerzo longitudinal cuenta con un sistema de conexión ío propio (perno-placa-acero longitudinal) que hace reacción con un bloque de concreto.

La instrumentación del ensayo se detalla en la Tabla I:

15 Tabla I

Se utilizó un muro TEM de paramento de bloques de hormigón de 20 x 20 x 39 cm de dimensión, de calidad H-25, los que se unen a armaduras de acero dentro del terraplén de tierra compuestas por mallas de acero de diámetro 6, 8, 20 10 o 12 mm, elementos estos últimos que constituyen la base estructural del sistema. Para mayor claridad la figura 6/8, muestra fotografías y un esquema de la ubicación de los puntos de aplicación de la carga y medición de las deformaciones. Las características del montaje final del ensayo y las diferentes pruebas se realizaron en distintos días, bajo temperaturas entre 16°C ± 2 y 19°C ± 2, medidas mediante un termómetro con marcador láser, modelo CHY 1 10, cuya precisión es de ± 2 [°C].

La diferencia de temperaturas no fue relevante en el comportamiento de la prueba ni en el nivel de precisión de las mediciones obtenidas.

Los resultados obtenidos en las presentes pruebas, las fallas correspondieron al corte de una de las hebras tensadas de la escalerilla. Se observo una leve plastificación por flexión en las placas difusoras interiores al bloque, perdiendo la ortogonalidad de los perfiles ángulos, sin embargo esto se produjo para la carga de falla por el corte de las hebras. No se observaron problemas en el perno de fijación entre la escalerilla y las placas difusoras. No se observaron problemas en la soldadura de la escalerilla en el extremo que genera el gancho de toma. No se observaron problemas en el mortero que conforma el bloque, ni ningún tipo de falla en el mismo producto de la reacción de las placas de apoyo de la escalerilla.

Para todos los casos la falla fue la misma y se obtuvo para un nivel de carga equivalente. Este hecho indica que el diseño es claramente controlado por la resistencia a tracción de la malla. Se destaca que la carga corresponde a la suma de ambas hebras en tracción.

A continuación se ven una serie de gráficos representados por la figura 7/8, donde se ven las curvas de carga vs deformación total para las tres pruebas ensayadas. En la figura 8/8 se observan las curvas de deformación unitaria versus la carga, obtenidas de los Strain Gages instalados en cada hebra.

El resumen de los resultados obtenidos se presenta en la siguiente tabla II:

Tabla II:

Frente a estos resultados se concluye que el presente dispositivo para reforzar muros de tierra estabilizados mecánicamente (TEM):

Luego los ensayos demuestran que la nueva conexión resiste el doble de carga que la conexión patentada solicitud de patente Chilena N ^Q 2233-2009, el estado del arte más cercano al presente desarrollo.

La falla se produce por tracción de las hebras de la escalerilla, bajo una carga promedio de 3482 kgf, repartida en ambas fibras componentes, generando una rigidez del sistema de 215 kgf/mm. Por lo tanto, la resistencia de la conexión queda limitada por un valor de carga última de 3450 kgf. La fluencia de la barra se presenta para una deformación unitaria promedio de 2514 x 10 ^"6 .

No se observan problemas en el gancho soldado, siendo capaz de cortar la hebra sin presentar corte de soldadura.

Se observa una leve plastificacion de las placas de apoyo interior al bloque.

No se observan problemas en los pernos conectores.

No se observan daños en el bloque de hormigón.