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Tesis:

Estudio de la aplicabilidad de materiales compuestos al diseño de estructuras de contención de tierras y su interacción con el terreno, para su empleo en obras de infraestructura viaria

  • Autor: JARA MORI, Gonzalo Andrés

  • Título: Estudio de la aplicabilidad de materiales compuestos al diseño de estructuras de contención de tierras y su interacción con el terreno, para su empleo en obras de infraestructura viaria

  • Fecha: 2008

  • Materia: Ciencia y tecnología de materiales

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

  • Departamentos: INGENIERIA Y MORFOLOGIA DEL TERRENO

  • Acceso electrónico: http://oa.upm.es/1169

  • Director/a 1º: Fort López-Tello, Luis

  • Resumen: Los muros de contención de tierras son elementos estructurales de amplio uso en obras de infraestructura viaria, cuya finalidad es la contención de tierras para estabilización de taludes naturales, formación de terraplenes para carreteras, formación de estribos para obras de paso, etc. Tradicionalmente se han empleado para su construcción, materiales tales como mampostería, hormigón en masa y/o hormigón armado. En las últimas décadas han tenido un fuerte desarrollo tecnológico, debido principalmente a la aparición de nuevas alternativas de solución como complemento a las de uso más tradicional. El avance alcanzado en el desarrollo de estas estructuras ha pasado por la incorporación de nuevos materiales para su diseño, la definición de nuevos métodos constructivos y la creación de nuevos elementos estructurales a partir de los materiales de uso tradicional. Es así como gran parte de las actuales aplicaciones en ingeniería están orientadas al refuerzo de suelos (con inclusión de armaduras metálicas o geosintéticos) y al empleo del hormigón prefabricado para la construcción de los muros (como pueden ser muros ménsula, muros criba, muros de tierra mecánicamente estabilizada, etc.). El empleo de elementos prefabricados permite realizar los trabajos de puesta en obra con una reducción de tiempo y coste, y una mejora en la calidad final de la estructura, desde un punto de vista estructural y estético. Además, esta técnica permite una reducción del impacto medio ambiental, debido a la posibilidad de dar distintos acabados superficiales a la estructura. En este sentido, es posible desarrollar nuevas soluciones de estructuras de contención de tierras prefabricadas, mediante el empleo de materiales “no tradicionales” como es el caso de los materiales compuestos (composites). Los composites presentan la ventaja de tener un reducido peso en comparación a otros materiales, como es el caso del hormigón (pueden alcanzar densidades del orden de 0,10 a 0,20 t/m3), con lo que la puesta en obra de estas estructuras se facilita, no necesitando el empleo de maquinarias de gran envergadura para su instalación, lo que permite también llegar a zonas de difícil acceso. Además, algunos de estos materiales presentan la posibilidad de reciclaje, con lo que se reduce el impacto que se genera sobre el medio. Los materiales compuestos disponen de ventajas con relación a otros productos, aportando numerosas cualidades funcionales como son: ligereza; resistencia mecánica y química; mantenimiento reducido; libertad de formas. Su uso permite aumentar la vida útil de ciertos componentes estructurales, gracias a sus propiedades mecánicas (rigidez, resistencia a la fatiga) y a sus propiedades químicas (resistencia a la corrosión). También enriquecen las posibilidades de diseño, permitiendo aligerar las estructuras y realizar formas complejas aptas para cumplir varias funciones. A través de este proyecto de investigación, se estudiará el desarrollo de una nueva aplicación de los materiales compuestos en la industria de la construcción, mediante el diseño de estructuras de contención de tierras fabricados en base a estos materiales. Se evaluarán distintas posibilidades de solución (muros tipo ménsula, muros de tierra mecánicamente estabilizada, entre otros), a partir del análisis del comportamiento geotécnico de dichas estructuras y de su interacción con el terreno, y se propondrá, finalmente, un prototipo que pueda ser utilizado en obras de infraestructura viaria. ABSTRACT Retaining walls made by soil are structural elements with a wide use in road infrastructure construction site, which aim is the soil containment for natural slope stabilisation, bank formation for road, support formation for passage work, etc. Traditionally there are used for its construction materials like masonry, mass concrete and/or reinforced concrete. During the last decades, there had an important technological development, due to principally the new alternatives appearance of solution to complete the ones of more traditional use. The reached advance in the development of these infrastructures took through the new materials incorporation for its design, the definition of new constructive methods and the creation of new structural elements from traditionally used materials The majority of the current applications in engineering are oriented to the soils reinforcement (with introduction of metal or geosynthetics frameworks) and to the prefabricated concrete use for walls construction (like cantilever, screening, mechanical stabilisation soil walls, etc) The use of prefabricated elements allows making construction works with time and cost reduction and improving the structure final quality from the aesthetical and structural points of view. Moreover, this technique allows environmental impact reduction due to the possibility to give different superficial finishing to the structure. In this sense, it is possible to develop new solutions for contention structure of prefabricated soils through the use of “non-traditional” materials like composites. Composite materials offer the advantage of a reduced weight compared to other materials like concrete (concrete can reach density in the order of 0.10 to 0.20 t/m3), facilitating the construction of these structures without the need of using important machinery for its laying and allowing to attain complicated access zones. In addition, some of these materials offer the opportunity of recycling reducing its environmental impact. The composite materials provide many advantages compared to other products giving several functional quality like lightness, chemical and mechanical resistance, reduced maintenance and shape liberty. It use allows improve the useful life of some structural components thanks to its mechanical (stiffness, fatigue resistance) and chemical (corrosion resistance) proprieties. Also they enrich the design possibilities allowing lightening structures and make complex shapes suitable for fulfilling various functions. Through this research project, it will be studied the new application development for composite materials in construction sector by means of structure design of soil contention based on these materials. Various solutions (cantilever, mechanical stabilisation soil walls…) will be evaluated from the geotechnical performance analysis of these structures and its interaction with the terrain and finally, a prototype able to be used in road infrastructures will be projected.