.: Marcos de mortero reforzado para protección de laderas (diseño).

Consideraciones generales del código de diseño de protección de taludes y laderas del Departamento de Desarrollo y Mantenimiento Vial de Hokkaido, Japón.

Deambulando por ahí en la red, me encontré con el sitio web del Departamento de Desarrollo y Mantenimiento Vial de Hokkaido, perteneciente al Ministerio de Transporte de Japón. En dicho sitio web, están los reglamentos correspondientes a los asuntos relacionados a carreteras de Hokkaido. Las consideraciones generales de diseño de los diferentes métodos de protección de laderas, entre ellos el correspondiente a noriwaku.

En este post, hago un resumen de los principales aspectos involucrados en el diseño estructural de los marcos de mortero para protección de laderas.

1. En qué consiste el metodo de protección de laderas por medio de marcos de mortero/concreto reforzado? Como su nombre lo indica, este metodo de protección de laderas, esta constituido a base de marcos de mortero/concreto reforzado, tal como se observa en la siguiente fotografía. Hace algunas semanas compartí un post que bien podría funcionar como introducción para esta nueva entrada (para ver el post anterior click aqui). El mortero y/o concreto se coloca en sitio, a través de mangueras de 4 pulgadas de diámetro, que bombean el mismo, desde una pequeña planta en la base de la ladera. El mortero tiene la característica particular de ser de revenimiento cero (ver ejemplo, aqui).

Método de marcos de mortero reforzado para protección de laderas, un metodo muy común en Japón (1).

Diseño preliminar

1)Dimensionamiento
En el diseño estructural, el dimensionamiento de los diferentes elementos que componen la estructura, es parte esencial del trabajo de gabinete. En el caso de los marcos de mortero y/o concreto (de acá en adelante los marcos), el dimensionamiento consiste en determinar la sección transversal de los elementos, y del marco.

*Sección transversal de los elementos estructurales que conforman el marco

En términos generales, las dimensiones mínimas de la sección transversal recomendada es de 150 x 150 mm (F150); sin embargo para regiones frías, en donde debe considerarse una carga adicional por nieve, se recomienda como mínimo, una sección transversal de 200 x 200 mm (F200). En este punto podría agregar, que en regiones volcánicas, donde la caída de ceniza es inminente, tambien podria aplicarse este principio, teniendo una sección mínima de diseño recomendada de 200 x 200mm (F200).

*Distancia centro a centro entre los elementos adyacentes.
Por lo general, los marcos son cuadrados, la norma recomienda un valor 1.2 x 1.2m, como máximo, para una sección transversal F150 o F200. En caso de que se utilice una malla anclada al suelo, como base de la armazón de refuerzo, se permite un ancho hasta de 1.5 x 1.5 m. Sin embargo, estos valores pueden ser variables, dependiendo del diseño estructural definitivo.

Proteccion de talud mediante el metodo de marcos de mortero reforzado. Fuente: AYAKEN

*Sistema de drenaje

Dependiendo de las consideraciones generales del sitio, pueden instalarse tuberías para drenar el agua. Aunque el sistema por sí solo, permite el movimiento libre del agua. Los tubos de drenaje se instalan intercalados, a derecha e izquierda, como se observa en la figura siguiente.

Disposición de sistema de drenaje y anclajes (agujeros en las intersecciones)

2) Calculo de cargas

Cargas a las que esta sujeto cada marco

Las cargas a considerar son las siguientes:

Peso del marco (peso propio)
Peso del espacio intermedio (suelo de relleno, sacos de suelo mejorado para relleno)
Carga adicional: Peso de nieve, peso de ceniza volcánica.

Las cargas portantes, se estiman en un área tributaria (un marco, respectivamente).

En el caso de la carga adicional (nieve, ceniza volcánica), el criterio a utilizar depende de la pendiente del talud o ladera, para el peso de nieve se consideran los siguientes criterios.

m: pendiente

m < 1:06 No se considera peso de nieve

1:06 <m <1:1.0 Considerar la mitad de la carga normal de nieve

m > 1:1.0 Considerar el 100% de la carga normal de nieve

La recomendación considera que si hay barreras de retención de nieve, considerar el 100% de la carga de nieve, independientemente del gradiente de la pendiente.

La carga normal de nieve, esta definida por cantidad máxima de nieve acumulada dentro de un periodo de 30 años. La metodología esta dada mas adelante. En caso de ceniza volcánica, podría aplicarse de forma conservadora, el mismo principio. Es obvio que si, es en época seca, el valor estaría sobreestimado, pero en época de lluvia (ceniza húmeda), sucede lo contrario.

Matemáticamente, lo mencionado anteriormente está dado por:

W=Wc+We+Ws

Donde
Wc: Peso del marco, por span (kN/m)
We: Peso del material retenido por marco por span (kN/m)
Ws: Peso de nieve por span (kN/m)

Definidos por:
Wc: (L1 + l2) * b * h * γc
We: (l1 + l2) * h * γe
Ws: L1 * L2 * cosθ * h1 * γs

Where
L1: Distancia centro - centro entre los elementos que componen la rejilla
l2: distancia adentro-adentro, en la dirección paralela a la pendiente
b, h: dimensiones de la sección transversal de los elementos estructurales
γc: peso específico del mortero reforzado (considerando refuerzos)

Mortero: γc = 23kN/m3
Concreto: γc = 24kN/m3

γe: peso específico de los materiales de relleno
Suelos suelto: γe = 16 – 18kN/m3
Sacos de suelo mejorado con semillas: γe = 12 – 14kN/m3
Mortero: γe = 21kN/m3
Concreto: γe = 22.5kN/m3

h1: Profundidad de espesor de diseño (nieve)

Usar el valor promedio para 30 años

γs: Peso específico de nieve hasta un máximo de 4.0 metros (3.5kN/m3)