RESUMEN

En la presente comunicación se introduce el concepto de muro vegetalizado. Se define que es un muro vegetalizado, cuales con sus ventajas principales y cuales son los diferentes tipos de sistemas de encofrado que se utilizan para este tipo de estructuras. Se analiza el principio teórico del suelo reforzado y los posibles modos de fallo de este tipo de estructuras. Se mencionan las propiedades de estos geosintéticos de refuerzo desde un punto de vista de diseño de estructuras y se analizan los coeficientes de seguridad para minorar la resistencia de estos materiales.

1. DEFINICIÓN

El concepto de suelo reforzado se conoce desde hace miles de años. Desde entonces, los materiales de refuerzo han sido desde ramas de árbol, pasando por flejes metálicos, hasta finalmente geosintéticos.

Los muros vegetalizados son macizos de tierra reforzados con geosintéticos. Estas estructuras se componen de tongadas de material de relleno compactado envueltas por un geosintético que tiene una alta resistencia a tracción.

Las fuerzas desestabilizadoras del muro se transmiten por cortante al geosintético y éste entra en tracción; la resistencia a tracción del geosintético debe ser capaz de absorber el esfuerzo de tracción horizontal generado durante la vida útil de la estructura. Además, el geotextil debe estar anclado a la zona estable del terreno, para que se pueda transmitir éste esfuerzo horizontal. Éste anclaje se consigue gracias al rozamiento entre el relleno y el geosintético.

La presión intersticial del agua puede disminuir la resistencia prevista del geosintético: el diseño completo debe incluir la solución del sistema de drenaje.

La utilización de geosintéticos de refuerzo en el mercado español ha experimentado un notable desarrollo durante estos últimos años. La ventaja económica que conlleva su aplicación ha facilitado este desarrollo. Aún y todo, en el norte de Europa y en Norteamérica su aplicación está mucho más extendida.

2. VENTAJAS DE LOS MUROS VEGETALIZADOS

Las ventajas que supone la ejecución de un muro vegetalizado son las siguientes:

• Mayor integración paisajística del muro. Menor impacto medioambiental que con otros sistemas.






• Menores cargas transmitidas al subsuelo. Se pueden construir muros en terrenos con baja capacidad portante y sin pilotaje. El sistema admite asientos diferenciales. La mayoría de los asientos ocurren durante la construcción.


• Se pueden construir muros de alturas mayores que con otros sistemas.
• No se necesita cimentación tradicional: no tienen "puntera" y por lo tanto es posible reducir los costes de expropiación.
 

• Mejor compactación del terreno. Los daños debido a una mala compactación son menores.
• Se pueden utilizar materiales de relleno que no son utilizables en estructuras de suelo reforzado con armadura metálica. No existen limitaciones electromecánicas que produzcan corrosión a los materiales de refuerzo.


• Mejor comportamiento a sismo (estructuras flexibles).
• Menor coste en muros grandes (mayores de 5-7 m y de más de 50 m de longitud).

3. SISTEMAS DE EJECUCIÓN

Existen tres tipos principales de sistemas de ejecución de muros vegetalizados, según el sistema de encofrado que se utilice para la compactación de la cara vista:

3.1. Sistemas internos y temporales: son sistemas que utilizan un encofrado que se apoya en la tongada inmediatamente inferior para ejecutar la tongada superior. Una vez que la tongada ha sido conformada tras la compactación de l relleno, el encofrado se elimina.

Sus inconvenientes más importantes son:

No siguen una referencia externa y por lo tanto es difícil mantener la verticalidad del muro. Las posibles deformaciones que ocurren en la compactación de una tongada se acumulan en las tongadas superiores

El acabado no suele ser adecuado

La falta de protección de la cara vista frente a vandalismo y fuego, junto a una inadecuada selección de los geotextiles de protección, pueden suponer un riesgo excesivo de inestabilidades en la cara vista, que puede llevar al colapso de la obra

No tienen ningún tipo de sistema de seguridad para los operarios que trabajan a una determinada altura

3.2. Sistemas internos y permanentes: son sistemas que utilizan un encofrado que se apoya en la tongada inmediatamente inferior para ejecutar la tongada superior. Una vez que la tongada ha sido conformada tras la compactación de l relleno, el encofrado se queda. El sistema de encofrado suele ser un mallazo metálico en forma de L.

Mediante este sistema el acabado de la cara vista suele ser más correcto, debido a que el mallazo es más sólido y permite una compactación de la cara vista, más enérgica.

La cara vista queda perfectamente protegida frente a acciones posteriores

3.3. Sistemas externos y temporales: son sistemas que utilizan un encofrado que se apoya en un andamiaje externo. Una vez que la tongada ha sido conformada, el encofrado deslizante se eleva para permitir la compactación de una nueva tongada. Al finalizar el muro, el andamiaje se retira.

El sistema permite mantener perfectamente la verticalidad deseada y permite una compactación enérgica de la tierra vegetal y por lo tanto el acabado de las tongadas puede ser extraordinario.

El sistema lleva consigo un sistema de seguridad para los operarios.

4. MODOS DE FALLO DE LOS MUROS VEGETALIZADOS

4.1. ESTABILIDAD EXTERNA

1. - Deslizamiento de la base. La fuerza de rozamiento en la base de la estructura reforzada no es suficiente para resistir el empuje horizontal.

2. - Vuelco. Los momentos volcadores respecto al extremo del muro son mayores que los momentos estabilizadores.

3. - Capacidad portante. La carga que el muro transmite al subsuelo es superior a la tensión admisible de éste.

4.2. ESTABILIDAD INTERNA

1. - Arrancamiento del geosintético. La longitud del geosintético no es suficiente. El material de refuerzo es arrancado.

2. - Rotura del geosintético. La resistencia a tracción de trabajo del material es inferior a los esfuerzos generados. El material de refuerzo se rompe.

3. - Deslizamiento interno. A una determinada altura, el rozamiento no es suficiente para evitar que la parte superior deslice sobre la inferior, por efecto del empuje horizontal.

4.3. FALLOS EN EL PARAMENTO

La conexión entre el geosintético de refuerzo y el paramento del muro no tiene la resistencia suficiente. La rotura inicial conlleva el colapso del muro a largo plazo. El geosintético de refuerzo debe ser continuo en la zona vista del muro y envolver la tongada. Las tensiones de diseño en el paramento deben ser, como mínimo del 80 % de la tensión de diseño total. Además, la colocación de una geomalla poco resistente en el paramento es una práctica muy peligrosa: los daños observados pueden tener unas consecuencias imprevisibles.

Si se colocan gaviones u otros elementos prefabricados, una conexión inadecuada con el material de refuerzo puede conllevar la tendencia a la caída de los elementos superiores o desplazamientos laterales de los elementos inferiores.

4.4. ESTABILIDAD GLOBAL

Se debe verificar la estabilidad de los diferentes círculos o poligonales de cálculo que atraviesan el macizo reforzado.

5. PROPIEDADES DE LOS GEOSINTÉTICOS DE REFUERZO. COEFICIENTES DE SEGURIDAD.

Un aspecto fundamental a la hora de diseñar una estructura de muro ecológico se basa en un conocimiento exhaustivo del tipo de material. El proyectista debe conocer los valores siguientes cuando realiza un diseño con materiales geosintéticos.

5. 1. INTERACCIÓN ENTRE EL SUELO Y EL GEOSINTÉTICO

El geosintético debe tener la suficiente adherencia al suelo para que las fuerzas desestabilizantes de la estructura se transmitan a él por cortante. Además, debe tener la suficiente adherencia para fijarse a la zona estable del terreno, y poderle transmitir esa fuerza de tracción.

En el análisis de estabilidad, el proyectista tiene que suponer la interacción real suelo - geomalla y definir los coeficientes y tiene que decidir los factores de seguridad que se aplicarán a la extracción de la geomalla y al deslizamiento directo.

La información más acertada sobre la interacción suelo - geomalla se obtiene realizando ensayos del producto específico. De nuevo, no se dispone frecuentemente de esta información y por eso se aplican valores por defecto. Los valores que las diferentes normativas proponen para materiales sin homologación son valores menores y por lo tanto los diseños con estos materiales sin certificar son mayores.

En todo caso, es recomendable que el suministrador certifique el valor de este coeficiente para que el ingeniero responsable no tenga dudas.

5. 2. RESISTENCIA A TRACCIÓN

De acuerdo con la bibliografía, se puede determinar la tensión de diseño de un geosintético (F_d) de la siguiente forma:

Fk
Fd = ------------------------------ [kN/m]
A₁ * A₂ * A₃ * A₄ *

donde:

tensión nominal o resistencia a tracción a corto plazo
A1 [ - ]	factor de seguridad de fluencia
A2 [ - ]	factor de seguridad para daño mecánico
A3 [ - ]	factor de seguridad debido a uniones y solapes. Si no hay solapes en la dirección del refuerzo: A3=1.00
A4 [ - ]	factor de seguridad para efectos medioambientales
[ - ]	factor de seguridad en el proyecto, fabricación y extrapolación de datos

La normativa internacional ISO 10319 define el ensayo para determinar el diagrama tracción – deformación de un geosintético de refuerzo y por lo tanto su resistencia nominal. Esta resistencia nominal se debe minorar con los 4 coeficientes siguientes para obtener la resistencia de diseño.

5.2.1. Comportamiento a fluencia

La fluencia engloba la pérdida de resistencia de un material de refuerzo debido al paso del tiempo. Cuando un material es sometido a una carga constante en el tiempo, éste experimenta una deformación y pierde sus propiedades mecánicas.

La fluencia depende de la carga aplicada, el tiempo, la carga aplicada y del producto. Además, las altas temperaturas afectan negativamente a las geomallas de polietileno.

Los ensayos de fluencia de los diferentes materiales de refuerzo tienen como objetivo el poder determinar el comportamiento del material transcurridos 120 años (las estructuras y terraplenes reforzados se diseñan para 120 años). Según los resultados y la duración del ensayo, el proyectista debe aplicar unos coeficientes de seguridad que son variables para cada material.

La bibliografía internacional recoge valores de estos coeficientes para determinados materiales según su materia prima y presentación. Por ejemplo, estos valores en Francia muestran que los geosintéticos de poliéster tienen la mitad de fluencia que la que tienen los geosintéticos de polietileno.

También se debe tener en cuenta que ante un mismo material, por ejemplo poliéster, el valor de fluencia es exclusivo de cada tipo de poliéster.

5.2.2. Daños durante la instalación

La pérdida de resistencia que el material de refuerzo sufre durante la instalación se cuantifica por medio de un coeficiente de seguridad, también especifico para cada material.

El valor de este coeficiente de minoración es función del tipo de material de relleno, nivel de compactación, de las características del refuerzo y sobretodo de la existencia o no de una capa protectora sobre la fibra resistente: las geomallas tienen un coeficiente menor que los geotextiles y por ello, es muy peligroso y muy frecuente la adopción de los mismos coeficientes para ambos tipos de refuerzo. Las geomallas recubiertas de materiales poliméricos tienen una pérdida menor que los geotextiles desnudos.

 

Su valor debe determinarse por medio de ensayos específicos para cada producto.

5.2.3. Daños químicos y biológicos

El material de refuerzo está expuesto al ataque del entorno que lo rodea durante la vida útil de la estructura. Dicho ataque es función del pH del suelo y del polímero que compone el refuerzo.

Este coeficiente depende por supuesto de las propiedades químicas y biológicas del relleno. Al igual que el coeficiente anterior, su valor es exclusivo para cada tipo de refuerzo y debe determinarse por experimentación.

5.2.4. Extrapolación de todos estos valores ya que no se conoce cual va ser el comportamiento real del material a lo largo de la vida útil de la estructura.

El valor de los tres coeficientes de minoración anteriores se basa en los ensayos realizados para cada material durante un determinado período de tiempo. Sin embargo, el comportamiento real durante la vida útil del muro es desconocido. Por ello se debe aplicar un coeficiente de extrapolación para el comportamiento real del refuerzo.

5.3. ANÁLISIS DE ESTOS VALORES

Los factores de seguridad parciales son conocidos para los productos certificados, ya que durante el proceso de certificación se han ejecutado todas las investigaciones relevantes, las cuales son posteriormente evaluadas por un instituto independiente de certificación.

Debido a que las geomallas no certificadas tradicionalmente no pueden dar toda la información anteriormente mencionada, en muchos países se han desarrollado standards o guías que informan de los factores parciales de seguridad por defecto, que no son específicos para cada producto y que por lo tanto pueden ser aplicados en general. Estos factores son mucho mayores que los que conllevan los materiales homologados.

En la práctica los proveedores de productos no certificados intentan a menudo convencer a los responsables de las obras de que los factores parciales de seguridad certificados y específicos para cada producto pueden aplicarse también para sus productos. Esto no es así ya que esos productos no han sido investigados y certificados, y por lo tanto se desconoce su comportamiento en el tiempo.

A los productos no certificados se deben aplicar los factores parciales de seguridad por defecto, que las diferentes normativas de cada país han desarrollado con ese propósito.

Una comparación de los factores de seguridad certificados y por defecto y su impacto sobre la resistencia permitida en el proyecto en las geomallas de poliéster viene dado en la TABLA 1 (con una vida de proyecto de 120 años). En esta tabla se comparan los valores de los coeficientes que se deben aplicar en Alemania y en Francia. En ambos países, cuando se utilizan materiales homologados se pueden aplicar unos coeficientes de seguridad menores.