Propuesta de concreto proyectado estructural para la estabilización de taludes en el acantilado de la Costa Verde, Distrito de Magdalena del Mar

Abstract

En los últimos 30 años se han presentado problemas de deslizamientos en los taludes y/o acantilados que conforma la Costa Verde, en el distrito Magdalena del Mar, a pesar de los esfuerzos por colocarse elementos de contención para mitigar las caídas de material, como las geomallas, sin llegar a solucionarse la necesidad de estabilizar estos taludes para preservar la integridad de los transeúntes en el circuito de la Costa Verde.

Frente a esta necesidad, en la presente investigación se ha desarrollado una batería de concreto proyectado o shotcrete como alternativa a las técnicas de estabilización disponibles para solucionar el problema de deslizamiento. 9 diseños de mezclas de concreto proyectado fueron preparados en laboratorio con relaciones agua/cemento (a/c) de 0.35, 0.40 y 0.45; tipos de cemento GU, HS, y V, contenidos de 370 kg/m3, 420 kg/m3, y 470 kg/m3; rango de fluidez inicial de 8” a 9”, y contenido de fibras de polipropileno de 4 kg/m3.

Luego de realizar el análisis de resultados en estado fresco y endurecido, se establece como la mejor alternativa, en cuanto a fluidez, tiempo de fraguado, masa unitaria, resistencia a la compresión y resistencia a la flexión, a la mezcla de concreto proyectado que contiene cemento tipo HS y relación a/c de 0.40.

Posteriormente se efectuó el análisis costo y beneficio a partir del diseño óptimo de concreto proyectado con relación a/c de 0.40, contenido de cemento tipo HS con 420 kg/m3, encontrándose un costo unitario de proyectado del concreto proyectado de S/ 694.09/m3 y costo de aplicación final de S/141.45/m2.

Como conclusión todos los diseños de concreto proyectado con relación a/c de 0.35 y tipo de cemento I, HS y V tuvieron un mejor comportamiento en cuanto a fluidez, siendo el óptimo el de cemento tipo V con una pérdida de fluidez de ½”/hora. En cuanto al tiempo de fraguado, los diseños más óptimos, por tener tiempos más bajos, fueron los de relación a/c de 0.40 y cemento tipo I, HS y V, siendo el de mejor comportamiento el cemento tipo V con un fraguado inicial de 5h 02min y fraguado final de 7h. Por otro lado, los diseños de concreto proyectado que presentaron mayor resistencia a 1 día fueron los de relación a/c de 0.40, con un valor de hasta 295.16 kg/cm2 para el cemento tipo GU. Y todas las mezclas que contenían cemento HS alcanzaron mayores valores de resistencia a la flexión en comparación con los cementos tipo GU y V, alcanzando un valor de hasta 93.86 kg/cm2 para una relación a/c de 0.35. En cuanto costos, la técnica de proyección de la mezcla de concreto proyectado con cemento tipo HS y relación a/c de 0.40 fue más competitiva que otros sistemas de estabilización de taludes analizados, siendo entre 13% y 559% más rentable.

In the last 30 years, landslides have been a recurring issue on the slopes and cliffs that make up the Costa Verde in the Magdalena del Mar district. Despite efforts to install containment elements such as geogrids to mitigate material falls, the need to stabilize these slopes in order to preserve the safety of pedestrians on the Costa Verde circuit has yet to be fully addressed.

To address this need, the present study has developed a battery of shotcrete mixes as an alternative to the available stabilization techniques to solve the landslide problem. Nine shotcrete mix designs were prepared in the laboratory with water/cement (w/c) ratios of 0.35, 0.40, and 0.45; GU, HS, and V types of cement; contents of 370 kg/m3, 420 kg/m3, and 470 kg/m3; an initial flow range of 8“ to 9“; and a polypropylene fiber content of 4 kg/m3.

After analyzing the results in both fresh and hardened states, the shotcrete mix containing HS type cement and a water/cement ratio of 0.40 is established as the best alternative in terms of flowability, setting time, unit weight, compressive strength, and flexural strength.

Subsequently, a cost-benefit analysis was conducted based on the optimal shotcrete mix design with a water/cement ratio of 0.40 and HS type cement content of 420 kg/m3, resulting in a unit cost of shotcrete projection of S/ 694.09/m3 and a final application cost of S/141.45/m2.

In conclusion, all shotcrete designs with a water/cement ratio of 0.35 and types of cement I, HS, and V showed better behavior in terms of flowability, with the optimal mix being the one with type V cement and a flow loss of ½“/hour. Regarding setting time, the most optimal designs, due to their lower times, were those with a water/cement ratio of 0.40 and types of cement I, HS, and V, with the best performance being achieved with type V cement, with an initial setting time of 5h 02min and final setting time of 7h. On the other hand, shotcrete designs that showed higher 1-day strength were those with a water/cement ratio of 0.40, with a value of up to 295.16 kg/cm2 for GU type cement. And all mixes containing HS cement achieved higher flexural strength values compared to GU and V type cements, reaching a value of up to 93.86 kg/cm2 for a water/cement ratio of 0.35. In terms of costs, the technique of projecting the shotcrete mix with HS type cement and a water/cement ratio of 0.40 was more competitive than other slope stabilization systems analyzed, being between 13% and 559% more profitable.