UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES V.
EAP DE INGENIERIA CIVIL Curso: Análisis de Cimentaciones II
"Presion lateral de tierra y muros de retención” DOCENTE: MG. ING. ALFREDO ALARCON ATAHUACHI Juliaca Pe Peru ru 2013
EMPUJE DE SUELOS • Estructuras de Contención de Suelos • Estabilidad externa de muros de contención • Teorías de Equilibrio Límite – Teoría de Rankine – Teoría Coulomb • Método semiempírico de Terzaghi-Peck
EMPUJE DE SUELOS • Estructuras de Contención de Suelos • Estabilidad externa de muros de contención • Teorías de Equilibrio Límite – Teoría de Rankine – Teoría Coulomb • Método semiempírico de Terzaghi-Peck
Estructuras de Contención de Suelos
Estructuras de Contención de Suelos
Excavaciones
Rellenos
Estructuras de Contención Contención de Suelos • Permanentes • Temporales
• Muros de Contención: Estabilidad debida a peso propio propi o
Muros de Gravedad: Trabajan a compresión Muros Flexibles: Trabajan a flexión
• Cortinas: Estabilidad debida a empotramiento y/o anclajes
Tablestacas Paredes diafragma
Muros de Contención Muros de Gravedad • Generalmente para alturas < 6 m • Estabilidad externa por peso propio • Estabilidad interna sólo por compresión
• Muros de Piedra
argamasada
• Muros de Hormigón simple o ciclópeo • Muros de Gaviones • Muros
Crib Wall
Muro de Gaviones
Muro Crib Wall
Muros de Contención Muros de Flexión o Cantilever • Estabilidad externa por peso de relleno • Estabilidad interna compresión y tracción
• Muros de Hormigón armado (H < 6 m) • Muros de Contrafuertes (H < 10 m) • Muros de Hormigón pretensado
Cortinas Tablestacas • Estructuras provisorias • Madera, metálicas, hormigón • Estabilidad externa por empotramiento
Cortinas Muro o Pared Diafragma
Estabilidad Externa de Muros de Contención Solicitaciones Actuantes sobre el Muro
Peso
Empuje Activo
Empuje Pasivo Fuerza de sustentación
Resistencia al deslizamiento
Se necesita: • Superficie de falla • Resistencia al corte de suelo • Solicitaciones y empujes sobre muro
Estabilidad Externa de Muros Alivio de tensiones horizontales Aumento de tensiones horizontales
Vuelco
Tensiones Excesivas en la Fundación
Deslizamiento
Factor de Seguridad • Incertidumbres en análisis de estabilidad
Propiedades físicas y mecánicas del suelo Solicitaciones sobre el muro Variación de condiciones actuantes (solicitaciones, saturación, drenaje, etc.)
Factor de Seguridad
• Definido
para cubrir incertidumbres, comparando conjunto de solicitaciones que tienden a producir desplazamientos o fallas y conjunto de solicitaciones que tienden a impedirlos • Global: aplicado a conjunto de solicitaciones • Parcial: aplicado a propiedades de materiales,
variables derivadas de solicitaciones o resistencias
solicitaciones,
Factores de Seguridad Globales
Relación entre esfuerzos resistentes a desplazamientos ( esfuerzos resistentes) y esfuerzos que causan desplazamientos ( esfuerzos desestabilizadores o motrices) • Para
tener seguridad: suma de esfuerzos resistentes > suma de esfuerzos motrices Factor de Seguridad al Vuelco Factor de Seguridad al Deslizamiento
F v
M res M des
F d
F v d
W m W s E av d F h x E ah x F res F des
Rn tg
´
c L
E ah
´
Factores de Seguridad Globales • Factor de Seguridad al Vuelco • E p generalmente no es considerado • FSv > 1,5 para arenas • FSv > 2 para arcilla • Agua en trasdós desestabilizadora;
agua en extrasdós estabilizadora; subpresión en fundación desestabilizadora
• Factor de Seguridad al Deslizamiento • E p generalmente no es considerado • FSd > 1,5 para arenas • FSd > 2 para arcillas • R n es “efectivo” • Agua en trasdós desestabilizadora;
estabilizadora
agua en extrasdós
Empujes de Suelo Teoría del “Equilibrio plástico” o “Equilibrio límite”
Elemento de suelo sometido a estado tensional geostático z
s´v = g´.z
dz
• Determinación de K o: • Ensayos triaxiales especiales • Ensayo presiométrico • Fórmulas empíricas
s´h = K o. s´v
Fórmulas empíricas de determinación de K o K o
1 sen '
K o
0,95 sen '
K o
(1 sen ) OCR
K o
(1 sen ) 1 sen
Jaky (1944) para arenas
'
'
Brooker & Ireland (1965) para arcillas NC sen '
Mayne & Kulhawy (1981) para arcillas SC USACE (1989) para casos de relleno inclinado con horizontal
Valores típicos de K o (Winterkorn & Fang, 1975) Tipo de Suelo Arena suelta saturada Arena densa saturada Arena densa seca (e = 0,6) Arena suelta seca (e = 0,8) Suelo residual arcilloso compacto Arcilla limosa orgánica, indeformada y normalmente consolidada Arcilla caolinítica, indeformada Arcilla de origen marino, indeformada y normalmente consolidada Arcilla de alta sensibilidad, normalmente consolidada
K o 0,46 0,36 0,49 0,64 0,42 – 0,66 0,57 0,64 – 0,70 0,48 0,52
Empujes de Suelo
Empuje en Reposo (Eo)
Desplazamiento
Eo s
s
Empuje Activo (Ea): Empuje mínimo posible Ea
' h
s
' ' v
s
' ' h
' h
Desplazamiento Empuje Pasivo (E p): Empuje máximo posible E p
Distorsión Desarrollo de resistencia al corte
0,1% H
s
' h
1% H
Empujes de Suelos
Análisis en Estado Plástico o Estado Límite Admitir desplazamiento lateral de muro hasta desarrollo completo de resistencia al corte Ea Cálculo de estabilidad para mínimo Ea
E p
• Teorías
Solución económica
de equilibrio plástico o límite para cálculo de empujes de
suelo • Teoría de Rankine (1857) • Teoría de Coulomb (1776)
TEORÍA DE RANKINE (1857) • Hipótesis • Resistencia
al corte de suelo obedece ley de
Coulomb • Relleno de superficie horizontal • Trasdós de muro vertical • No
existen tensiones tangenciales entre paramento vertical de muro y el suelo (Muro “liso”) • Superficie de nivel de agua en masa de suelo horizontal • Sobrecarga uniformemente distribuida en superficie de terreno
Teoría de Rankine t
s’hp
45º+j/2 j
s’v s’h s’ha
90º+j s’
Activo s
' a
K a
s
'
s p' K p s'v
Reposo
v
s
' h
K
s
'
Pasivo
Empuje de Arena
Empuje de suelo: integración de perfil de s’h en altura de muro
z
Zona en falla
H Ea
2
H/3
q 45j/2
Si hay agua en estado estático
1
g ' K a H 2
Ew
1
g w H2 2
Teoría de Rankine Arcilla en Condición Drenada j
t
B sen j
c M
O
' s 3
A
s
' 1
s
AB MA
1 2 1 2
(s1' s3' )
(s1' s3' ) c cot j
'
Tensiones conjugadas
1 sen j 2c s s 1 sen j ' ' 1 sen j 2c shp s v 1 sen j ' ha
' v
1 sen j 1 sen j 1 sen j 1 sen j
s K a s 2c
K a
s K ps 2c
K p
' ha
' hp
' v
' v
Teoría de Rankine t
Arcilla en Condición no Drenada j = 0º
Su
O
K a
K p 1
s3
s1
sha sv 2 Su shp sv 2 Su
s
En Tensiones totales
TEORÍA DE COULOMB (1776) Permite considerar efectos no previstos por Teoría de Rankine Hipótesis: • Resistencia al corte del suelo obedece ley de Coulomb • Cohesión aparente del suelo nula (suelo granular) • Hay fricción entre suelo y muro • No hay adherencia entre suelo y muro • Superficie del terreno puede ser horizontal o inclinada • Trasdós de muro puede ser vertical o inclinado • Superficie de falla supuesta plana (“cuña de falla”) • No hay sobrecarga en superficie del terreno • Suelo seco o
completamente sumergido
Teoría de Coulomb (1776)
Solución Gráfica (polígono de fuerzas) a W
W F F a
Fricción suelo-muro
Ea Ea max
j 2
2
j 3
Incógnitas del problema: magnitudes de Ea y F ángulo θ (W = f(θ))
Ea = f(q)
Método Semiempírico de Terzaghi – Peck (1967) • • • •
Para casos en que determinación experimental de parámetros resistentes de suelos no sea posible H<6m Fundación en suelo poco compresible Relleno construido en suelo compactado Relleno drenado
5 tipos de suelos: I. Arena o grava sin finos, de alta conductividad hidráulica II. Arena o grava limosa, de baja conductividad hidráulica III. Suelo residual, constituido de mezclas de gravas, arenas y limos, con tenores visibles de arcilla IV. Arcilla blanda o muy blanda, Limo orgánico o Arcillas limosas V. Arcilla media a dura, protegidos contra la entrada del agua en el suelo de relleno
Método Semiempírico de Terzaghi – Peck (1967)
4 Casos: 1) Superficie de relleno plana, inclinada o no sin sobrecargas 2) Superficie de relleno inclinada a partir de corona de muro y horizontal a partir de cierta distancia 3) Superficie de relleno horizontal y sobre ella actúa sobrecarga uniformemente repartida 4) Superficie horizontal y sobre ella actúa sobrecarga lineal paralela a corona de muro y uniformemente distribuida.
Caso 1. Superficie de relleno plana, inclinada o no sin sobrecargas
Caso 3 Superficie de relleno horizontal con sobrecarga uniformemente repartida Eh sobre plano vertical que pasa por pie del muro se incrementa uniformemente en: p = C.q q:
el valor de sobrecarga uniformemente repartida, en unidades apropiadas Tipo de relleno I II III IV V
C 0,27 0,3 0,39 1 1
MUROS DE RETENCION
DIMENSIONAMIENTO DE LOS MUROS
REVISION POR VOLTEO
EJERCICIOS PRESION ACTIVA
EJERCICIOS DE MUROS DE RETENCION
