20 años de cálculo de estructuras de terreno reforzado: Macstars

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Las exigencias a nivel mundial en el desarrollo de infraestructuras es una de las razones por las que nos enfrentamos a problemas difíciles en ingeniería civil que requieren soluciones competentes en el ámbito de las estructuras de terreno reforzado (RSS).

En la actualidad, Maccaferri, que tiene un registro de más de un centenar de soluciones en el ámbito de la geotecnia (inicialmente con muros de gravedad de realizados con gaviones de doble torsión, y más tarde con estructuras de terreno reforzado), desarrolló un software para adaptarse a las necesidades de sus ingenieros en todo el mundo en el cálculo de esta tipología de estructuras: Macstars (Maccaferri Stability Analysis of Reinforced Soils).

Introducción

El software Macstars fue desarrollado por Maccaferri a finales de los años 90 en colaboración con el gabinete Studio Geotecnico Italiano y la empresa de desarrollo de software Autosoft. Antes de lanzarse para su uso, Macstars se validó comparándolo con el mejor software del mercado que había en aquel momento para el cálculo de estructuras de terreno reforzado a la vez que se realizó un modelo a escala real de un muro de terreno reforzado completamente instrumentado con el fin de comparar los resultados reales con los obtenidos de manera teórica mediante el software de cálculo.

Con más de 130 años de existencia, Maccaferri ha investigado, diseñado, desarrollado, fabricado y construido soluciones técnicamente avanzadas para resolver problemas complejos en obras civil y de protección del medio ambiente. Con más de 2.500 trabajadores, está presente en cinco continentes y en más de 100 países distintos. Esta experiencia global, junto con el conocimiento local, ha permitido a Maccaferri posicionarse como una empresa líder y de referencia en el sector de la obra civil y en la preservación del medio ambiente.

El software

La filosofía detrás de Macstars fue obtener un software en línea con los productos más novedosos que se utilizaban en RSS, tanto materiales a emplear en el paramento del muro como de los refuerzos sintéticos o metálicos, eliminando de este modo el trabajo adicional de investigar los valores característicos de cada uno de los refuerzos, los cuales podían comprometer al estado límite último de la estructura si no se evaluaban correctamente.

En el programa están introducidos los parámetros característicos de los distintos elementos de refuerzo de Maccaferri (geomallas de refuerzo, Terramesh, etc.), previamente analizados y certificados en laboratorios independientes, así como la interacción de estos elementos entre sí y entre los distintos tipos de suelo. El comportamiento de las conexiones entre los elementos metálicos Terramesh y los elementos sintéticos de refuerzo (ángulos de fricción, pull– out, etc.) introducidos en Macstars han sido ensayados en el Laboratorio ‘Bathurst, Jarret and Associates Inc’. Macstars ha sido validado mediante la motorización de estructuras reales y validado con software de elementos finitos (FLAC). Dentro de las bases de datos de Macstars están introducidas también las principales normativas existentes (con los coeficientes reductores y amplificadores y las combinaciones de acciones definidas en las normas) de manera que es el cliente quien elige la normativa a emplear en el cálculo de la estructura.

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La introducción de un planteamiento que toma como base el estado límite para el diseño de las estructuras de terreno reforzado requería la implementación de factores que caracterizasen cualquier parámetro implicado en el diseño. Macstars se desarrolló para tener en cuenta la mayoría de normas mundiales en el diseño de RSS, y actualmente el archivo permite al usuario hacer el diseño aplicando las siguientes normas: Eurocódigo 7 (EC-7), Guía de Cimentaciones en obras de Carretera del Ministerio de Fomento, BS8006:2010 (británica), NF P94-270 o NF XP G38-064 (francesa), SANS 207:2006 (sudafricana), A-NZ (australiana), griega, o DM 14-1-2008 (italiana) entre otras.

En este artículo, a partir de interesantes casos reales, nos centraremos en una de las soluciones que más ha crecido en los últimos 15 años: el refuerzo del suelo para construir estructuras de suelo reforzado, sobre todo con la técnica, exclusiva de Maccaferri, Terramesh, basada en refuerzos metálicos a base de enrejados de triple torsión y con la solución mixta Paramesh, que combina refuerzos metálicos con refuerzos sintéticos y que permite la realización de estructuras de contención de gran altura diseñadas con éxito utilizando el software Macstars. Los siguientes párrafos proporcionan una breve descripción de algunos proyectos significativos tanto en España como en todo el mundo.

Rehabilitación del dique seco Nigg; UK (1997): un ejemplo en condiciones saturadas

El primer diseño significativo utilizando Macstars fue para una estructura de terreno reforzado requerida para retener una zona de relleno entre un muelle nuevo y un dique seco ya existente de 240 m de longitud y 15 m de altura. El diseño se desarrolló de acuerdo con la BS8006, utilizando el software Macstars y haciendo una comprobación cruzada con el software comercial SLOPE, el software de equilibrio límite vigente en aquel momento. El principal reto en el proyecto era satisfacer en el diseño, la consideración de una bajada rápida de nivel del agua, en concreto de 13 m a 0 mm en menos de doce horas, lo que requería el uso de geomallas de poliéster de alta resistencia y baja deformación y cálculos en condiciones saturadas.

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Mina de platino Marikana; Sudáfrica (2003): un ejemplo con paramento vertical

En este caso se construyó mediante la tecnología de Terramesh System, conforme a UNE EN 10223-3, un muro vertical de 21 m de altura para facilitar el acceso de los dumpers portadores de mineral a la cabeza de la machacadora. El diseño elaborado por Maccaferri Southern Africa y gracias a la rigidez de los módulos Terramesh System, permite que camiones y maquinaria de 200 toneladas trabajen en el frente de la estructura. Mediante la utilización del Macstars en el diseño se satisfacieron todos los requerimientos para el análisis de la estabilidad: estabilidad global e interna, deslizamiento, vuelco y capacidad portante. Desde su construcción, el muro ha sido constantemente controlado por Maccaferri, y después de todos esos años su comportamiento está todavía en los límites prescritos en el diseño.

Uno de los hándicaps de este muro es que el cliente quería un paramento totalmente vertical; con los muros de terreno reforzado diseñados con los elementos Terramesh System lo normal es dotar al muro de una inclinación máxima de 85º. En este proyecto se ejecutó la solución a 90º pero se instrumentalizaron diferentes tongadas del muro para ver su comportamiento en carga y en vida útil.

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Aparcamiento comercial en Leiria; Portugal (2001): Un ejemplo de estructura mixta; acabado mineral y acabado vegetalizado

Para una área de aparcamiento en un emplazamiento donde había una obra de drenaje y un talud caracterizado por capas de arcilla, se diseñó una estructura híbrida de terreno reforzado con la parte inferior en Terramesh System (acabado en piedra) para prevenir la erosión del terreno por parte de la obra de drenaje, y la parte superior en Green Terramesh (acabado verde), con una inclinación del paramento de 70° y 29,2 m de altura en la sección más alta. Mediante la utilización de geomallas de alta resistencia a la tracción (Paralink), se permitió ahorrar hasta un 15% en comparación con el sistema wrap around convencional típico en los muros verdes, el cual utiliza geomallas de menos resistencia a la tracción.

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