Este documento describe diferentes tipos de materiales geosintéticos, incluyendo geotextiles, geomembranas, geomallas y geocompuestos. Explica las propiedades, clasificaciones y aplicaciones principales de cada uno. Los geotextiles se clasifican según su método de fabricación y composición, y se usan comúnmente para separación, filtración, drenaje y refuerzo. Las geomembranas son barreras impermeables hechas de plástico como polietileno. Las geomallas son estructuras tridimensionales que refuerzan su

1. FACULTAD DE INGNIERIAS Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFECIONAL DE
INGENIERIA CIVIL
ARQUITECTURA:
Materiales sintéticos
AUTOR:
BERMEO QUIROZ AURELIO
Ciclo VlII
Lima, Julio 2016

2. 1. INTRODUCCIÓN
Muchas de las cimentaciones superficiales que se construyen están cimentadas
sobre suelos con parámetros de resistencia bajos (suelos flojos o blandos). Esto
conlleva a que se tengan valores de capacidades portantes muy bajas y problemas de
asentamientos. Esto puede causar algunos problemas como por ejemplo daños
estructurales, reducción de la vida útil y posibles inconvenientes con la serviciabilidad
de las estructuras cimentadas. Las alternativas de solución tradicionales para estos
problemas es el remplazo de una parte del suelo blando o flojo por un material
granular de buenas características o aumentar las dimensiones de la cimentación, en
algunos casos la combinación de ambas alternativas.
Una alternativa que ayuda a mejorar la capacidad portante y reducir los
asentamientos producidos es la de reforzar la cimentación, remplazando parte de este
suelo blando o flojo por un relleno granular en combinación con un refuerzo de
geosintético. La zona combinada resultante (suelo reforzado) mejorará la capacidad
portante de la cimentación y proporcionará una mejor distribución de presiones bajo la
zona del suelo reforzado, por lo tanto la reducción de los asentamientos. Durante los
últimos 30 años, el uso de suelos reforzados para mejorar la capacidad portante de
cimentaciones superficiales ha sido un tema de bastante interés. Muchos estudios
experimentales, numéricos y analíticos se han desarrollado para investigar el
comportamiento del suelo reforzado para diferentes tipos de suelos (por ejemplo,
Binquet y Lee 1975, Huang y Tatsuoka 1990, Kurian et al 1997).
2. MATERIALES GEOSINTETICOS
2.1. DEFINICIÓN
Geo sintético es un producto en el que, por lo menos, uno de sus componentes
es a base de polímero sintético o natural, y se presenta en forma de filtro, manto,
lámina o estructura tridimensional, usada en contacto con el suelo o con otros
materiales dentro del campo de la geotecnia o de la ingeniería civil.
Los geosintéticos se derivan de fibras artificiales, compuestos básicamente de
polímetros como polipropileno, poliéster, poliamida y polietileno, siendo los 2 primeros
los de mayor utilización en la actualidad

3. 2.2. PROPIEDADES DE LOS GEOSINTÉTICOS
Los plásticos son los componentes principales en los geosintéticos. En la
actualidad, muchas industrias sustituyen ventajosamente materiales tradicionales tales
como agregados, suelos, metal, vidrio, etc., por materiales de plástico, que poseen, en
general, las siguientes propiedades:
 Ligereza, existiendo materiales menos densos que el agua.
 Ductilidad
 Maleabilidad
 Elevada elasticidad
 Resistencia Mecánica
 Resistencia a agentes químicos, la cual varía dependiendo del material
 Posibilidad de mejorar sus propiedades mediante aditivos o procesos
mecánico – térmicos
 Rangos variables de resistencia al intemperismo, existiendo algunos que
deben ser protegidos y otros que pueden ser expuestos a la intemperie por lapsos
largos, sin experimentar deterioro.
 Baja absorción de agua
 Resistencia a la biodegradación, la cual varía según el material de que se
trate.
La familia de los Plásticos es muy extensa. Los productos de esta naturaleza
que se utilizan para fabricar geosintéticos es apenas una pequeña fracción de los
polímeros que se utilizan en la sociedad moderna.
En general, las propiedades específicas de un plástico dependen de la
combinación de muchas variables, las cuales son, entre otras:
 Naturaleza química: Grupos funcionales, peso molecular, dispersión del
peso molecular, ramificaciones de la cadena principal, incorporación química de
componentes (copolímeros), incorporación física de aditivos, tipo de formulación, etc.
 Historia de esfuerzos, temperaturas y exposición a agentes ambientales
durante su vida útil.
 Procesos de transformación o formado
 Procesos de acabado.

4. Es importante hacer notar que el nombre genérico de un plástico o polímero, tal
como “Polipropileno”, “Polietileno de Alta Densidad”, “Poliéster”, etc., no es
suficiente para caracterizarlo de manera completa, porque bajo la misma denominación
pueden producirse diversos productos, con propiedades diferentes.
2.3. FUNCIONES DE LOS GEOSINTETICOS
 SEPARACION: Impide el contacto entre dos superficies de diferentes
propiedades físicas.
 FILTRACION: Esta propiedad permite de un material de ciertas partículas
sometidas a fuerzas hidrodinámicas.
 DRENAJES: Proceso en el cual se da el pasaje de un lugar a otro por
parte de un fluido.
 REFUERZO: El refuerzo del geotextil se consigue por las propiedades
que poseen ciertos geotextiles mejorando sus cualidades mecánicas.
 PROTECCION: Permite que el sistema geotécnico no se deteriore.
2.4. CLASIFICACION DE LOS GEOSINTETICOS
Los materiales geosintéticos pueden ser ampliamente clasificados según el método
de manufactura. Las actuales denominaciones junto con breves descripciones son las
siguientes:
a) Geotextiles: Son mantas de hilos tejidos, son flexibles y permeables.
b) Geomembranas: Láminas continuas y flexibles elaboradas de uno más
materiales sintéticos.
c) Geomallas: Tienen la apariencia de una malla abierta.
d) Geocompuestos: Hechos de la combinación de dos o más tipos de
geosintéticos.
e) Geo celdas: Redes tridimensionales relativamente gruesas construidas por tiras
planchas de polímero.
I. GEOTEXTILES
Los geotextiles se definen como “un material textil plano, permeable polimérico
(sintético o natural) que puede ser No Tejido, Tejido o tricotado y que se utiliza en
contacto con el suelo (tierra, piedras, etc.) u otros materiales en ingeniería civil para
aplicaciones geotécnicos.

5. 1.2. Clasificación
1.2.1. Según su Método de Fabricación
Tenemos las siguientes clases:
a) Geotextiles Tejidos
Son aquellos formados por cintas entrecruzadas en una máquina de tejer. Su
resistencia a la tracción es de tipo biaxial (en los dos sentidos de su fabricación) y
puede ser muy elevada (según las características de las cintas empleadas). Su
estructura es plana.
b) Geotextiles No Tejidos
Están formados por fibras o filamentos superpuestos en forma laminar, consolidándose
esta estructura por distintos sistemas según cual sea el sistema empleado para unir los
filamentos o fibras.
1.2.2. Según su Composición
Las fibras que más se emplean son las sintéticas, siendo por ello que siempre
tendemos a asociar al geotextil con fibras o filamentos sintéticos. Sin embargo al existir
gran diversidad de aplicaciones, también se fabrican con fibras naturales y artificiales.
A. Fibras Naturales
Pueden ser de origen animal (lana, seda, pelos...) vegetal (algodón, yute, coco,
lino...) que se utilizan para la fabricación de geotextiles biodegradables utilizados
en la revegetación de taludes, por ejemplo, en márgenes de ríos etc.
B. Fibras Artificiales
Son las derivadas de la celulosa. Son el rayón, la viscosa y el acetato.
C. Fibras Sintéticas
Los geotextiles fabricados con estos polímeros son de gran durabilidad y resistentes a
los ataques de microorganismos y bacterias. Los más empleados son el polipropileno,
poliéster, polietileno, poliamida y poliacrílico.
1.3. APLICACIONES
 Espesor (efecto colchón para protección de la
geomembrana.)
 Permiten la construcción de vías sobre suelos blandos y saturados.
 Disminuyen los espesores iniciales de la base y la sub- base.
 Logran un, mejor confinamiento de los agregados.
 Evitan el desarrollo de baches o hundimientos.

6.  Crean una condición drenada en el relleno mejorando las propiedades
de resistencias del material.
 Actúan como filtro impidiendo el arrastre del material durante el flujo
del agua.
 Mejoran la superficie de rodadura.
 Incrementan la vida útil del pavimento, reduciendo el programa de
mantenimiento de la vía.
II. GEOMENBRANAS
Las Geomembranas son productos geosintéticos en forma laminar, continua y flexible,
utilizadas como barrera impermeable de líquidos u otros fluidos en proyectos
ambientales o de ingeniería civil, específicamente diseñadas para condiciones
expuestas rayos UV. Pueden ser fabricadas a base de diversos polímeros, siendo las
más comunes las Geomembranas de Polietileno. Este es el tipo de Geomembranas
más utilizadas por su precio y versatilidad.
2.1. Clasificación
Igualmente existen membranas con características técnicas
especiales:
 Geomembranas De Polietileno de alta flexibilidad para el
recubrimiento de túneles.
 Geomembranas Texturizadas para desarrollar más fricción
con el suelo cuando los taludes a impermeabilizar tienen pendientes
importantes.
 Geomembranas Con Aditivos especiales para retardar la combustión
en aplicaciones donde se requieran materiales de construcción con
flamabilidad controlada.
2.2. Aplicaciones
 Recubrimientos para agua potable desperdicios líquidos peligrosos,
material radioactivo, canales de conducción, material sólido, material de
relleno, para evacuación de lixiviados.
 Para impermeabilizar la cara de tierra en presas de roca, fachadas de
mampostería en presas
 Como cubierta en reservorios flotantes para control de filtración.

7.  Como barrera para los olores en rellenos.
 Bajo autopistas para prevenir polución y para recoger derramamiento de
líquidos peligrosos.
III. GEOMALLAS
Son estructuras tridimensionales pero con la característica de ser mono o
bi - orientadas, fabricadas en polietileno de alta densidad utilizando un proceso de
extrusión, logrando una mayor adherencia al terreno y una mayor durabilidad en el
medio que los geotextiles.
3.1. Clasificación
Como se mencionó anteriormente se dividen en dos tipos, los cuales se enuncian
a continuación.
a. Geomallas Coextruídas Mono – Orientadas
Las geomallas mono-orientadas, son estructuras bi- dimensionales producidas de
polietileno de alta densidad (HDPE) utilizando un proceso de extrusión seguido de un
estiramiento mono-direccional.
Este tipo de geomallas Coextruídas de HDPE, son totalmente inertes a las condiciones
químicas o biológicas que se presentan normalmente en el suelo, poseen gran
resistencia a los esfuerzos de tensión, soportando hasta 160KN/m aproximadamente,
da como resultado el concepto de estructura en suelo reforzado, similar al concepto del
concreto y el acero de refuerzo.
b. Geomallas Coextruídas Bi – Orientadas
Este tipo de geomallas son estructuras bi-dimensionales fabricadas de polipropileno,
químicamente inertes y con características uniformes y homogéneas, producidas
mediante un proceso de extrusión y luego estiradas de forma longitudinal y
transversal.
Este proceso genera una estructura de distribución uniforme de espacios
rectangulares de alta resistencia a la tensión en ambas direcciones y un alto módulo de
elasticidad.
Este tipo de geomallas Coextruídas se componen de elementos y nudos rígidos
que proveen un gran confinamiento. Son particularmente efectivas para reforzar
estructuras de pavimentos rígidos y flexibles
3.2. Aplicaciones

8. Las principales aplicaciones de las geomallas Coextruídas mono- orientadas se
enuncian a continuación:
 Refuerzo de muros y taludes.
 Refuerzo de terraplenes con taludes pronunciados y diques.
 Estabilización de suelos blandos.
 Reparación de deslizamientos.
 Ampliación de cresta de taludes.
 Reparación de cortes en taludes.
 Estribos, muros y aletas de puentes.
 Muros vegetados o recubiertos con concreto.
Las principales aplicaciones de las geomallas Coextruídas bi–direccionales se
enuncian a continuación:
 Refuerzo en bases de caminos pavimentados y no pavimentados.
 Refuerzo en estructuras d e p a v i m e n t o de pistas d e aterrizaje en
aeropuertos.
 Refuerzo debajo del balasto de las vías de ferrocarril.
 Como sistema de contención sobre rocas fisuradas.
IV. GEOCOMPUESTOS
Diseñado específicamente para estabilización de suelos donde se requieran tanto
refuerzo como separación de una base granular y un subsuelo muy fino. Uniendo un
geotextil no tejido a una geomalla, lo que permite una gran interacción con el suelo
reforzado, completa separación de los diferentes tipos de suelos, una efectiva
acción de filtración, gran resistencia a la tensión con un alto módulo elástico, gran
resistencia a los daños durante la instalación y un excelente comportamiento a los
agentes atmosféricos.
4.1. Clasificación
Estos compuestos se clasifican en tres y son los siguientes:
a. Geodrén Pavco
Este tipo de geocompuesto surgió básicamente como una alternativa a los sistemas
tradicionales de drenaje y para brindar un producto que tuviera la capacidad de
conducir flujos en mayores cantidades que las que un geotextil puede manejar,
debido a la magnitud de algunos proyectos.
b. Geodrén Planar

9. El geodrén planar es el sistema más adecuado para captar y conducir los fluidos en su
plano hacia un sistema de evacuación. Este geocompuesto se utiliza principalmente
para los sistemas de drenaje en muros de contención, drenaje de terraplenes,
drenaje de campos deportivos, captación de lixiviados dentro de rellenos sanitarios y
sistemas de drenaje en vías.
c. Geodrén Circular
El geodrén circular es un geocompuesto que combina las excelentes
propiedades hidráulicas de tres elementos que conforman al sistema: geotextil No
Tejido punzonado por agujas, geored y tubería circular perforada de drenaje. Este
geocompuesto integra estos elementos para obtener un sistema prefabricado de
drenaje que, instalado en zanjas o trincheras, permite captar y evacuar con alta
eficiencia los fluidos. Al igual que el geodrén planar, este sistema de drenaje con
tubería se utiliza para muros de contención, rellenos sanitarios, campos deportivos,
terraplenes y para los subdrenes en vías, con la función adicional de
evacuación de fluidos por medio de la tubería.
4.2. Aplicaciones
 Como drenaje en los espaldones de los muros de contención.
 Como drenaje debajo de las geomembranas en presas y canales.
 Como sistema de subdrenaje de campos deportivos.
 Como sistema de subdrenaje debajo de la fundación de edificaciones.
 Como sistema de subdrenaje en carreteras y pistas de aterrizaje.
 Como sistema de subdrenaje debajo de terraplenes.
 En rellenos sanitarios como sistema de evacuación de gases y
lixiviados.
 Sistemas de subdrenaje en sótanos.
 Sistema de drenaje de aguas de infiltración en muros de contención.
 Sistema de subdrenaje en cimentaciones.
V. GEOCELDAS
Sistemas tridimensionales de confinamiento celular fabricadas en paneles de
polietileno o polipropileno, siendo muy resistentes para el confinamiento de cargas,
utilizándose para aumentar la capacidad de carga de los suelos, sin generar
problemas de contaminación beneficiando al entorno ecológico.
 Permite el drenaje del agua con libertad

10. 5.1. Aplicaciones
 Protección frente a la erosión producida en taludes.
 Protección de márgenes de canales.
 Estabilidad de terrenos.
 Estructura de contención de tierras.
3. CAPACIDAD DE CARGA SOBRE UN SUELO REFORZADO
3.1. GENERALIDADES
El uso de tierra reforzada es reciente en el diseño y construcción de cimentaciones y de
estructuras para la retención de suelos.
La tierra armada es un material de construcción que comprende suelo reforzado por
elementos a tensión como:
 Barras y/o tiras metálicas
 Tejidos no biodegradables (geotextiles)
 Geomallas
Los efectos benéficos del refuerzo del suelo se derivan de:
a. La mayor resistencia a tensión del suelo.
b. La resistencia al corte desarrollado por la fricción en los contactos del refuerzo,
comparable con el de las estructuras de concreto.
3.2. CONSIDERACIONES PARA EL REFUERZO DEL SUELO
A. TIRAS METALICAS
En la mayoría de los casos se usaran “TIRAS DE ACERO GALVANIZADO” como
refuerzo en el suelo, dicho material es susceptible a la corrosión.
Por tanto, en el diseño del refuerzo debe tomarse en cuenta la rapidez promedio de la
corrosión que varía entre 0.025 y 0.050 mm/año.
Se dice entonces:
Tc=td + rn
Donde:
Tc: espesor real de las tiras de refuerzo usadas en la construcción
Td: espesor de las tiras determinado por los cálculos de diseño

11. R: rapidez de la corrosión
N: tiempo de vida de la estructura
B. TEJIDOS NO BIODEGRADABLES
Tipos de geotextiles:
 Tejidos
 No tejidos
Los geotextiles tienes 4 usos principales en la ingeniería de cimentaciones:
1. Drenaje
2. Filtración
3. Separación
4. Refuerzo
C. GEOMALLAS
La función principal de las geomallas es el refuerzo y son materiales relativamente
rígidos en forma de red con grandes espacios llamados aberturas.
Tipos de geomallas:
 Geomallas uniaxiales
 Geomallas biaxiales
4. TEORIAS REFERENTES A LA CAPACIDAD DE CARGA DE CIMENTACIONES
SOBRE UN SUELO REFORZADO
4.1. CIMENTACIONES SOBRE ARENA CON REFUERZO GEOTEXTIL
Los resultados muestran que, cuando las capas de geotextil se colocan dentro de una
profundidad igual al ancho de la cimentacion, estos incrementan la capacidad de carga-
soporte de la cimentacion, pero solo despues que un asentamiento medible tuvo lugar.
4.2. CIMENTACIONES SOBRE ARENA CON REFUERZO DE GEOMALLAS

12. La profundidad total del refuerzo de geomallas desde el fondo de la cimentación puede
darse como: 𝒖 = 𝒅 + ( 𝑵 − 𝟏)(∆𝑯)
En base al incremento en la capacidad de carga debido al refuerzo puede expresarse
en forma adimensional como:
𝐵𝐶𝑅𝑢 =
𝑄𝑢(𝑅)
qu
y 𝐵𝐶𝑅𝑠 =
𝑄𝑅
qo
Donde:
BCRU= razón de capacidad de carga con respecto a la capacidad ultima.
BCRS= razón de capacidad de carga con respecto al nivel de asentamiento, s, dado
para la cimentación.
QR, qo= carga por área unitaria de la cimentación (s<su) con y sin refuerzo de
geomallas, respectivamente.
Qu(R), qu= capacidad de carga ultima con y sin refuerzo de geomallas,
respectivamente.

13. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO.
I. Aplicar el geotextil sobre superficies lisas, libres de objetos que puedan dañar al
geotextil.
II. El geotextil puede desenrollarse a mano o utilizando algún equipo adaptado para
esta función evitando en lo posible las arrugas.
III. La unión o traslape no debe ser menos de 30 cm. O la indicada por
especificaciones de diseño, también pueden usar uniones cosidas o grapadas.
IV. El geotextil no se puede fijar al suelo por medio de anclas o broches, o piedras
lisas.
V. El material no debe ser pisado directamente por equipos de construcción. Debe
existir una capa de 20 o 30 cm de relleno para proteger el material de estos
equipos y proporcionar confinamiento.
VI. Es recomendable no tener expuesto el material geotextil al sol por más de 15
días.
5. REFUERZO DE CIMENTACIONES CORRIDAS CON GEOSINTETICOS
5.1. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Las cimentaciones superficiales reforzadas con geosintéticos presentan una
variación del modo de falla respecto a las cimentaciones no reforzadas, a

14. continuación se enumeran los modos de falla que pueden presentar en este tipo
de estructuras:
5.1.1. Falla por capacidad portante por encima de la
primera capa de refuerzo
Este tipo de falla ocurre generalmente cuando la primera capa de refuerzo está
colocada a una profundidad, d, mayor que 2/3B donde B es el ancho de la
cimentación.
Figura 13.2 Falla por cortante arriba del refuerzo.
5.1.2. Falla por Pullout o longitud de empotramiento
insuficiente
Esta corresponde a la longitud que se encuentra por detrás de la superficie de
falla, en la cual se desarrollan las fuerzas resistentes generadas por el coeficiente
de fricción entre el suelo de relleno y el geosintético.
Figura 13.3 Falla por longitud de empotramiento insuficiente.
5.1.3. Falla por tensión del material de refuerzo
Aunque todos los tipos de falla se deben chequear para el diseño de la
cimentación, este modo de falla es el que se considera para el diseño del
geosintético de refuerzo, y tiene en cuenta propiedades mecánicas tales como
la resistencia a la tensión del material de refuerzo.

15. Figura 13.4 Falla por tensión del material de refuerzo
5.1.4. Falla por fluencia del material de refuerzo a largo plazo
o creep
Esta se refiere a la deformación del material de refuerzo con el tiempo, debido a la
aplicación de una carga constante o repetitiva y que es menor a la resistencia última
del material. Se ha demostrado que el fenómeno de creep para geotextiles se ve
reducido al cuantificar las deformaciones en condición confinada, sin embargo
se recomienda utilizar factores de reducción en la resistencia de diseño del material,
que minimicen el efecto de este fenómeno en la cimentación, controlando así los
asentamientos que se puedan generar.
Figura 13.5 Falla del material por fluencia.
5.2. METODOLOGÍA DE DISEÑO
5.2.1. Localización de la superficie de falla
Para el modo de falla a tensión del material de refuerzo, la Figura 13.6 muestra el
comportamiento de los materiales frente al desarrollo de la superficie de falla
cuando d/B es menor que 2/3, condición en la que es de mayor beneficio la
inclusión de refuerzo.

16. Figura 13.6 Mecanismo de falla baja cimentaciones reforzadas.
La Figura muestra una condición idealizada para el desarrollo de la superficie de falla
en el suelo, la cual consta de dos zonas, la Zona I, localizada debajo de la
cimentación, forma una cuña debido al asentamiento que se genera por la
aplicación de la carga. La Zona II es la que se localiza a los costados de la Zona I en la
cual el suelo es empujado hacia fuera y hacia arriba.
Los puntos que definen el límite entre las zonas I y II, se obtienen como el resultado
de la localización del esfuerzo cortante máximo debido a la aplicación de carga en
la cimentación, para una profundidad dada. El esfuerzo cortante txy es el esfuerzo
desarrollado a una profundidad z y a una distancia x medida desde el eje de la
cimentación. Integrando la ecuación de Bousinnesq, el esfuerzo cortante se calcula
de la siguiente manera:
𝑇𝑥𝑦 =
4b. qr.x. 𝑧2
π((𝑥2 + 𝑧2 − 𝑏2)2 𝑧2)
Donde:
b = Ancho medio de la cimentación o B/2
B = Ancho de la cimentación
qR = Carga por área unitaria de la cimentación
El límite exterior de la zona I se refiere a los puntos donde el valor del esfuerzo
cortante es máximo para una profundidad z. Xo es la distancia en la cual el
esfuerzo cortante es máximo para una profundidad dada, esta distancia es variable
y se puede calcular mediante la siguiente figura:
Figura 13.7 Localización del esfuerzo cortante máximo para una profundidad z, dado un ancho de cimentación
B.
5.2.2. Disipación de esfuerzos por medio del refuerzo con
geosintético
A continuación se muestran las fuerzas aplicadas sobre una capa de suelo ΔH no
reforzada y reforzada, localizada a una profundidad z de la cimentación, según la

17. hipótesis mencionada anteriormente, ambos tipos de cimentación poseen el mismo
asentamiento Se.
• C a s o no reforzado:
Las fuerzas presentes para este caso son las fuerzas F1 y F2, ambas verticales y S1
la fuerza cortante máxima localizada a una distancia Xo
.
Figura 13.8 Fuerzas actuantes en cimentaciones no reforzadas.
Por lo tanto las fuerzas aplicadas sobre la capa de suelo son las siguientes:
0 = F1 – F2 – S1
• C a s o reforzado:
En el caso de la cimentación reforzada, las fuerzas verticales son F3 y F4, S2 la
fuerza cortante máxima y T es la fuerza desarrollada por la capa de refuerzo, y esta
es vertical debido a la hipótesis de la deformación del refuerzo. Fuerzas actuantes
en cimentaciones no reforzadas.
Figura 13.9 Fuerzas actuantes en cimentaciones no reforzadas.

18. Las fuerzas aplicadas sobre cada capa de suelo son las siguientes:
0 = F3 – F4 – S2 - T
Debido a que el asentamiento es el mismo para ambos casos:
F2 = F4
Reemplazando F2 en F4 en la ecuación Del caso reforzado
T = F3 – F1 – S2 + S1
Por lo tanto la magnitud de las fuerzas F1 y F3 son causadas por el esfuerzo vertical
generado por la aplicación de las cargas qo y qR, y son calculadas como el área
bajo la curva de la función del esfuerzo vertical entre 0 y Xo.
Para S1 y S2 se calculan los esfuerzos cortantes a una profundidad z y a una
distancia Xo desde el eje de la cimentación, causados por las cargas qo y qR.
F1 = ∫  𝒒𝟎 𝒅𝒙
𝑿𝟎
𝟎
F1 = ∫  𝒒𝑹 𝒅𝒙
𝑿𝟎
𝟎
S1 = xy (q0) H
S2 = xy (qR) H
Integrando y simplificando la solución de Bousinesq se tienen las siguientes
ecuaciones:
F1 = A1 qo B (1.3)
F3 = A1 qR B (1.4)
S1 = A2 qo ΔH (1.5)
S2 = A2 qR ΔH (1.6)
Donde A1 y A2 están dados en función de z y B.

19. Figura 13.10 Variación de A1, A2, A3 con respecto a z/B.
Reemplazando las ecuaciones (1.3) – (1.6) en la ecuación (1.2) se obtiene:
T = A1 qR B – A1 q0 B – A2 qR ΔH + A2 q0 ΔH
T = q0 (qR/ q0-1) (A1 B - A2 ΔH) (1.7)
Debido a esta ecuación se desarrolló para una sola capa de refuerzo, si se tienen N
capas bajo la zapata separadas una distancia ΔH la fuerza T calculada en este caso
es:
Tult = T/N (1.8)
Donde N es el número de refuerzos a incluir bajo la cimentación.
Combinando las ecuaciones (1.7) y (1.8), la ecuación para el cálculo de la fuerza a la
que es sometido el refuerzo es la siguiente:
Donde:
T(N) = 1/N [qo (qR/qo – 1) (A1B – A2ΔH)] (1.9)
T(N)
N
Qo
qR
A1
A2
B
ΔH
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Fuerza desarrollada por cada capa de refuerzo
Número de capas de refuerzo en la cimentación
Carga admisible por área unitaria de la cimentación
Carga aplicada por área unitaria de la cimentación
Factor para el cálculo de fuerzas verticales en el suelo
Factor para el cálculo de fuerzas cortantes en el suelo
Ancho de la cimentación
Separación vertical entre las capas de refuerzo
Una vez calculada la resistencia a la tensión requerida de cada capa, se determina la
resistencia a la tensión admisible en función los factores de reducción.

20. Tadm = Tult/FS (1.10)
FS = FRID x FRFL x FRDQB (1.11)
Donde:
Tult = Resistencia última del geotextil o geomalla por el método de la tira ancha
Tadm = Resistencia a la tracción disponible del geotextil o geomalla
FRID = Factor de reducción por daños de instalación
FRFL = Factor de reducción por fluencia o creep
FRDQB = Factor de reducciónpor degradaciónquímica y biológica.
5.2.3. Calculo de la longitud derefuerzo
Una vez calculada la fuerza que soportará cada capa de refuerzo, se debe
revisar si la resistencia admisible del refuerzo de la cimentación es mayor que la
resistencia requerida, calculada en el paso anterior, si no es así, el refuerzo
podrá fallar por tensión o por Pullout.
La resistencia al Pullout se obtiene de la resistencia por fricción entre el suelo y el
refuerzo. Esta corresponde a la superficie de empotramiento por detrás de la
zona de falla la cual es calculada por la siguiente ecuación:
FB = 2 tan δ [Fuerza Normal]
FB = 2 tanδ [(LDR) ∫ 𝒒𝑹 𝒅𝒙
𝑿𝟎
𝑳𝟎
+ (LDR) g (Lo – Xo) (z + Df)] (1.12)
Donde:
g = peso específico del suelo
Df = profundidad de la cimentación
δ = Angulo de fricción entre el geosintetico y el suelo (ASTM D521)
La fuerza normal la define la fuerza generada por la disipación de la carga de la
cimentación y la fuerza generada debido a la presión normal del suelo a la
profundidad del refuerzo.
El término LDR se define como la razón de densidad lineal del refuerzo; para el
caso de geotextiles LDR=1 debido a que el geotextil cubre toda el área de refuerzo.
Para el caso de geomallas pese a que estas no cubren un área de forma
constante debido a su estructura de costillas y aberturas, el refuerzo generado
por las geomallas se debe en gran parte al trabazón de los agregados entre sus
aberturas, por lo que en términos de densidad de refuerzo la geomalla se
encuentra muy cercana a la unidad y por lo tanto el valor con el que se diseña es
igual a 1

21. Lo se calcula como la distancia a la que el esfuerzo σ (qR) es igual a 0.1 qR, este
valor se puede calcular por medio de la siguiente figura en función del ancho y de
la profundidad.
Figura 13.11 Variación de Lo/B con respecto a z/B.
Simplificando el término de la integral, la ecuación queda de la siguiente forma:
FB = 2 tanδ (LDR) [A3Bqo (qR/q0) + g (Lo – Xo) (z + Df)] (1.13)
Donde A3 esta expresada en función de la profundidad y el ancho de la cimentación.
El factor de seguridad contra el Pullout del refuerzo es:
FSp = FB/T(N) ≥ 1.5 (1.15)
5.3.PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE CIMENTACIONES REFORZADAS
1. Con base en las propiedades geomecánicas del suelo de fundación determine
la capacidad portante admisible, qadm.
2. Según las propiedades ingenieriles del suelo de mejoramiento. establezca
el peso unitario total, y ángulo de fricción del material.
3. Según el ancho de cimentación, B, preestablecido, suponga la
profundidad de la primera capa de refuerzo, d, y el número de capas, N.
La ubicación más efectiva del refuerzo con geosintéticos se produce
cuando la profundidad de la capa superior cumple que d < 2/3 B. Para la
ubicación de la capa más baja del refuerzo se tiene en cuenta el bulbo de
presiones del cimiento donde se recomienda que esta debe estar a una
distancia de menor o igual a 2B.

22. 4. Calcule la magnitud de qR para la cimentación reforzada con el geosintético:
qR = QL / B
Donde:
QL = Carga lineal sobre el cimiento
B = Ancho del cimiento
5. Calcule la fuerza requerida por cada capa del refuerzo
utilizando la ecuación (1.9). Se recomienda realizar una tabla
especificando la profundidad de cada capa, y los cálculos
necesarios para calcular la magnitud del refuerzo.
6. Determine los factores de reducción del material de refuerzo
según las condiciones del proyecto y las Tablas 3.1 y 3.2.
7. Compare la fuerza desarrollada por el refuerzo del cimiento,
T(N), con la resistencia admisible de los geosintético disponibles
para la aplicación de refuerzo y seleccione el más apropiado
con base en que el factor de seguridad sea mayor a la unidad.
8. Calcule la resistencia por fricción del refuerzo con geosintético
por longitud unitaria de cimentación, FB, utilizando la ecuación
(1.13) y verificando que la longitud de empotramiento sea
suficiente para cada una de las capas de refuerzo. Tenga en
cuenta que la distancia mínima de empotramiento no puede
ser menor a 0.5 m.
9. Realice el esquema del diseño final de la cimentación teniendo en cuenta el
número de capas, la profundidad, la separación y el tipo de refuerzo
empleado de las mismas.
5.4. EJEMPLO DE DISEÑO
Para la construcción de una bodega que tendrá 4 pisos en el frente y una altura de
12.0 m en el sitio de almacenaje, se diseñó una cimentación conformada por
zapatas corridas con un ancho de 2.0 m. Se desea reforzar la cimentación debido a
que la capacidad portante última del suelo de fundación es de 51 Ton/m2 y el
ancho de cimentación debe ser mantenido, debido a las condiciones específicas
del sitio del Proyecto.

23. Diseñe el refuerzo de la cimentación empleando geosintéticos, sabiendo que las
cargas previamente estimadas por metro lineal de cimentación son inferiores a 70
Ton/m. Utilice los siguientes parámetros:
Las propiedades geo mecánicas del suelo de mejoramiento son:
Φ = 34°
gT = 19 KN/m3
Solución:
1. Cálculo de capacidad portante admisible y cargas aplicadas sobre el
cimiento
Ancho de la cimentación:
B = 2.0 m
Determinar la capacidad admisible de carga para el suelo sin refuerzo es:
qult = 51.0
Ton/m2qad
m
= qult / 3
qad
m
= 17.0
Ton/m2qad
m
≈ 170 kPa
Determinar la carga sobre la cimentación por metro lineal:
qR = QL / B
qR = 70.0 Ton/m /
2.0 mqR = 35.0 Ton/m2
qR ≈ 350 kPa
2. Diseño de la conformación de las capas de refuerzo
• Profundidad de la primera capa de refuerzo, “d”, en este caso:
d = 0.5 m
• Profundidad de la capa más baja de refuerzo, “u”, en este caso:
u < 4.0 m
• Separación entre capas, “ΔH”, se recomienda que la separación entre las
capas de refuerzo sea uniforme para la conformación de la base de la
cimentación, y que este a su vez sea un valor constructivamente viable, en
este caso:
ΔH = 0.40 m
• Número de capas de refuerzo, N, se supone un valor inicial del número de las
capas de refuerzo y se verifica con el cálculo de diseño si el valor es aceptable.
En general el número de capas de refuerzo para las bases de cimentaciones
no debe ser mayor que 7, en este caso:

24. N = 3
3. Resistencia a la tensión requerida del refuerzo
A1, A2: se obtienen de la gráfica de variación de z/B de Binquet y Lee (Ver Figura
13.10)
Tabla 13.1 Cálculo de la resistencia a tensión del geosintético
4. Selección del geosintético de refuerzo
a. Refuerzo con geotextil tejido:
La resistencia a la tensión última por el método de la tira ancha (ASTM D-4595) del
geotextil tejido TR4000 es:
Tult = 65 kN/m (En el sentido más desfavorable)
Tadm =
− 𝑇𝑢𝑙𝑡
FRdixFRflxFRdqb
Tadm =
−65
1.1x2.0x1.0
Por lo tanto la resistencia a la tensión admisible del geotextil TR4000 es:
Tadm = 29.5 kN/m < T(N) ⇒ No Cumple
Debido a que Tadm < T(N) se puede añadir una capa más de refuerzo, con el fin
de distribuir en un mayor número de capas, de modo que la resistencia del geotextil
sea apropiada.
Para N = 4 capas la fuerza del refuerzo es:
Tabla 13.2 Cálculo de la resistencia a tensión del geosintético
En este caso con 4 capas, Tadm > T(N), por lo que el geotextil tejido TR4000
cumple con la resistencia solicitada por la estructura.
b. Refuerzo con geomalla biaxial coextruída:

25. Con base en la Tabla 13.2 donde se observa que la T(N)max requerida
empleando 4 capas de geosintético es de 26.63 kN/m. La geomalla LBO302 tiene
una resistencia última de 30 kN/m por lo tanto Tult > T(N), entonces la geomalla es
una opción para el refuerzo de la cimentación.
Para el caso de las geomallas en aplicaciones de refuerzo de cimentaciones se
emplea la Tult debido a que estas desarrollan su resistencia máxima a menor
elongación debido a su rigidez, además el efecto de fluencia se reduce en este
tipo de refuerzo debido a las propiedades intrínsecas y de construcción del
material.
5. Cálculo de la resistencia del geosintético debido a la fricción
Empleando la ecuación (1.13) se calcula la resistencia por fricción del refuerzo de
cada capa, junto la longitud total de cada capa de refuerzo según la Figura 3.9,
donde la longitud de refuerzo de cada capa debe ser de 2Lo.
Posteriormente se calcula el factor de seguridad por Pullout del refuerzo
teniendo en cuenta la ecuación (1.14).
En este caso debido a que la resistencia al corte generada por las capas de
refuerzo y el material granular es mucho mayor que la resistencia al corte
requerida por el geotextil (Ver Tabla 13.3), se puede reducir la longitud de
empotramiento en las capas inferiores, sin afectar el diseño del refuerzo. (Ver
Figura 13.12).
Tabla 13.3 Resistencia al Pullout del material de refuerzo

26. 6. Esquema del refuerzo de la cimentación
Una vez modificadas las longitudes de refuerzo de las capas inferiores se realiza
un esquema del refuerzo de la cimentación, teniendo en cuenta la separación y
longitud de las capas.
Figura 13.12 Refuerzo de la cimentación.

27. ANEXOS