Propuesta de diseño de muro de suelo reforzado como soporte de vías ferroviarias mediante técnicas numéricas en el tramo Mariscal Cáceres – Acoria del Ferrocarril Huancayo – Huancavelica

Abstract

En la actualidad, se puede observar situaciones en las que el terreno sufre constantes cambios debido a factores climáticos, geológicos, sísmicos, y demás fenómenos naturales, provocando movimientos que ocasionan la falla del talud. Por lo cual, cada proyecto de ingeniería debe tener como objetivo principal velar por la integridad del usuario final, interviniendo de manera adecuada en un diseño óptimo para cada situación, ya que esto depende de las características, condiciones y necesidades propias de cada proyecto, no dejando de lado la logística, aérea o terrestre, necesaria.

El proyecto de ingeniería en el cual se enfoca la tesis es la “Rehabilitación Integral del Ferrocarril Huancayo Huancavelica”, donde el tramo de estudio elegido es entre las estaciones Mariscal Cáceres y Acoria. Este tramo analizado presenta socavación y deslizamientos o flujos que incrementan paulatinamente debido a las vibraciones ocasionadas por el paso del tren, por agentes naturales y climáticos. También, se evidencia la ausencia de estructuras de soporte y la falta de mantenimiento constante en las progresivas km 86+154 al km 86+208.

Este problema puede traer consigo la falta de acceso de pasajeros y/o transporte de mercancías y mineral, a los pueblos que une la línea ferroviaria. Frente a la problemática en mención, existen varias opciones de reforzamiento estructural para el mejoramiento de la capacidad portante del suelo e incluso desde una visión más general existen diferentes tipos de muros de contención. Por ende, una solución óptima frente a nuestra problemática es el uso de suelos reforzados con paramento de gavión como estructura de soporte y protección.

El diseño de muro de suelo reforzado para el tramo estudiado se realizó considerando la teoría de equilibrio límite de la metodología de “Diseño por Esfuerzos Admisibles” (ASD - Allowable Stress Design) basada en las recomendaciones de la guía FHWA-NHI-00-043 y las consideraciones en el método de diseño de la “American Association of State Highway and Transportation Officials” (AASHTO).

La metodología ASD consiste en evaluar la estabilidad externa e interna en todos los esfuerzos límites de resistencia, mientras que la estabilidad global y el desplazamiento vertical u horizontal se evalúan en los estados límites de servicio.

Para el análisis de la estabilidad del muro se utilizó los softwares SLIDE (equilibrio límite) y PLAXIS (elementos finitos), en el cual se concluye que el diseño propuesto de muro de suelo reforzado para la estructura ferroviaria en el tramo estudiado es estable, ya que los valores de los Factores de Seguridad (F.S.) superan los valores mínimos y el desplazamiento horizontal no supera al valor máximo permitido recomendado por la Federal Highway Administration en la publicación FHWA-NHI-00-043.

At present, situations can be observed in which the terrain undergoes constant changes due to climatic, geological, seismic factor s, and other natural phenomena, causing movements that cause the slope to fail. Therefore, each engineering project must have as its main objective to ensure the integrity of the end user, intervening appropriately in an optimal design for each situation, since this depends on the characteristics, conditions, and needs of each project, without leaving aside the necessary air or ground logistics.

The engineering project on which the thesis is focused is the “Integral Rehabilitation of the Huancayo Huancavelica Railway“, where the section of study chosen is between the Mariscal Cáceres and Acoria stations. This section analyzed presents landslides or debris flow that gradually increase due to the vibrations caused by the passage of the train; furthermore, there is evidence of the absence of support structures and the lack of maintenance in the progressive km 86+154 to km 86+208.

This problem brings with it the lack of access for passengers and/or transport of merchandise and minerals, to the towns that the railway line connects. Faced with the problem in question, there are several options for structural reinforcement to improve the bearing capacity of the soil and even from a more general view there are different types of retaining walls. Therefore, an optimal solution to our problem is the use of reinforced soil as a support structure.

The design of the reinforced soil wall for the section studied was carried out considering the theory of limit equilibrium of the methodology of “Design by Allowable Stress Design“ (ASD - Allowable Stress Design) based on the recommendations of the guide FHWA-NHI- 00-043 and the considerations in the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) design method.

The ASD methodology consists of evaluating the external and internal stability in all the resistance limit stresses, while the global stability and the vertical or horizontal displacement are evaluated in the service limit states.

For the analysis of the stability of the wall, the software SLIDE (limit equilibrium) and PLAXIS (finite elements) were used, in which it is concluded that the proposed design of reinforced soil wall for the railway structure in the studied section is stable since the values ​​of the Safety Factors (FS) exceed the minimum values ​​and the horizontal displacement does not exceed the maximum allowed value recommended by the Federal Highway Administration in publication FHWA-NHI-00-043.