Típicamente, los muros de suelo reforzado son estructuras de contención flexibles que combinan capas de suelo con refuerzos geosintéticos para mejorar su resistencia y estabilidad. Su desempeño depende en gran medida de los materiales utilizados, tanto para la conformación, como del material de refuerzo.

Con base en las recomendaciones de los manuales FHWA-NHI-10-024 (Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes) y FHWA-NHI-00-043 (Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes – Design & Construction Guidelines), abordaremos cómo influyen las propiedades del suelo de conformación dentro del desempeño del muro en suelo reforzado y cuáles son sus criterios de selección.

SUELO DE CONFORMACIÓN

Gran parte del conocimiento y experiencia de las comunidades de ingeniería con estructuras de muros en suelo reforzado, se han basado en suelos granulares seleccionados y sin cohesión.

Según la FHWA, no todos los materiales son aptos para este tipo de estructuras, ya que requieren características específicas de granulometría y plasticidad entre otras. En particular, la FHWA recomienda utilizar suelos granulares con un tamaño máximo de partícula no superior a 75 mm (3 pulgadas) para reducir los daños en los geosintéticos durante la compactación. Además, el contenido de material que pasa por el tamiz #200 debe ser menor al 15% para garantizar un buen drenaje y evitar la acumulación de presiones hidrostáticas. No se recomienda utilizar materiales recuperados o reciclados de asfalto ni de concreto. El asfalto reciclado es propenso a la fluencia por cambios de temperatura y el concreto, debido a la presencia de partículas de cemento libre no hidratado, puede provocar problemas de drenaje.

Para estructuras con compromiso de control de deformaciones, los suelos con una granulometría gruesa y buena gradación (clasificados como GW o SW en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos) son los más adecuados debido a su alta permeabilidad y resistencia al corte y deben ser compactados como mínimo al 95% de su máxima densidad seca. Por el contrario, suelos con alto contenido de arcillas o limos plásticos que pueden generar problemas de hinchamiento y pérdida de resistencia con cambios de humedad, se consideran marginales y su uso queda limitado a estructuras en las que el control de deformaciones no sea una variable a observar.

El Índice de Plasticidad es un parámetro crítico en la selección del suelo de relleno. La FHWA recomienda suelos con un IP ≤ 6%, ya que son menos susceptibles a cambios volumétricos. Si el IP supera el 10%, el suelo se considera inadecuado debido a su potencial expansivo y baja permeabilidad.

Figura 1. Conformación de muro con material seleccionado.

Fotografía 1. Conformación de muro con material seleccionado.

SUELOS MARGINALES

Utilizar materiales de relleno fuera de los requisitos de gradación y plasticidad es posible en algunos casos. Sin embargo, se pueden presentar problemas de deformación excesiva en la fachada y fallos estructurales por la baja capacidad de drenaje. De acuerdo a investigaciones realizadas por la NCHRP (National Cooperative Highway Research Program) podrían implementarse de forma segura, suelos hasta con 35% de contenido de material que pasa el tamiz No. 200, siempre que las propiedades los materiales se encuentren bien definidos y se establezcan controles para abordad los posibles problemas de drenaje, deformación y procesos constructivos entre otros. Implementar un material con estas características podría significar un gran ahorro en el presupuesto del proyecto, pero se debe evaluar el efecto sobre el rendimiento a largo plazo de la estructura.

Para muros de suelo reforzado que utilicen un relleno con más del 15% de material que pasa el tamiz No.200 o un índice de plasticidad (IP) mayor a 6, es fundamental analizar detalladamente los parámetros de resistencia al corte, tanto totales como efectivos. Este estudio permite hacer una evaluación precisa de aspectos críticos como las tensiones horizontales, el riesgo de deslizamiento, la posibilidad de falla compuesta (que afecte tanto la zona detrás como a través del refuerzo) y el impacto del drenaje en el comportamiento estructural.

Adicionalmente, se requiere la realización de ensayos de extracción (pullout) del refuerzo en condiciones de corto y largo plazo, junto con pruebas de fricción en la interfaz suelo-refuerzo. Asimismo, deben analizarse con especial atención las características de asentamiento, particularmente en lo que respecta a las tensiones transmitidas a las conexiones de la fachada y el posible hundimiento de las estructuras adyacentes.

El diseño debe incluir una evaluación exhaustiva de los sistemas de drenaje y subdrenaje, tanto en la parte posterior como en la cara y la base de la zona reforzada. Técnicas como el análisis de redes de flujo son útiles para determinar el efecto de las fuerzas de filtración y las presiones hidrostáticas. En casos donde se empleen estos materiales fuera de las recomendaciones de la FHWA, se recomienda dotar a la superficie del muro con una pendiente positiva que favorezca el drenaje del agua lejos de la estructura.Para todo tipo de muro de suelo reforzado, donde la corona va estar expuesta a la intemperie, se recomienda implementar una capa impermeable en la corona del muro, para evitar la infiltración de agua, hacía el material de conformación. Complementariamente, las dos capas superiores de refuerzo se deben extender más allá, de la longitud de refuerzo definida, con el fin de evitar la aparición de grietas por tensión directamente detrás de la zona reforzada.

Figura 2. Deformaciones en los MSR cuando se utiliza relleno marginal y subdrenaje deficiente.

Fotografía 2. Deformaciones en los MSR cuando se utiliza relleno marginal y subdrenaje deficiente.

CONCLUSIÓN

En conclusión, seguir los lineamientos recomendados por la FHWA en la selección de materiales para muros de suelo reforzado, en complemento con los geosintéticos de Geomatrix, permite garantizar la estabilidad, durabilidad y seguridad de estas estructuras. Las especificaciones sobre granulometría, plasticidad, drenaje y compatibilidad con geosintéticos no son arbitrarias; responden a décadas de investigación y experiencia en la observación de su comportamiento. Un relleno inadecuado o la modificación del tipo de geosintéticos, especialmente el cambio de geomallas a geotextiles, sin un ajuste de diseño, puede derivar en fallas por deslizamiento, asentamientos diferenciales o degradación prematura de los refuerzos, comprometiendo la integridad del muro y las estructuras aledañas.