Muros de contención de hormi ón armado Hormigón Armado II Cat Cat.. Ing. Miguel Muñoz Black
GENERALIDADES:: La función de los GENERALIDADES muros de contención es sostener grandes cantidades de tierra u otro material suelto donde las condiciones no permiten a estos materiales asumir su talud natural. Tales condiciones ocurren cuando el ancho de la excavación o terraplén está restringido por límites de propiedad, uso de la estructura o costo. Hay dos tipos básicos de muros de contención: -Muros en ménsula, de los cuales hay muchas formas diferentes, una de las cuales es el muro de gravedad. -Muros embebidos, los cuales forman parte de la estructura, como muro de sótano
Límite de propiedad
-Los muros en voladizo son construidos en una excavación abierta y el terreno contenido es rellenado después de la construcción. -Generalmente, los muros en ménsula son sólo económicamente viables en sitios donde hay suficiente espacio para excavación hasta el talud estable. -Los muros en voladizo “aislados” son usados para contener el suelo en los cambios de nivel en el terreno natural, o para cortes y terraplenes.
Muros embebidos Los muros de contención embebidos son económicos para sótanos profundos y en todas las situaciones donde no hay suficiente espacio para inclinar los lados de la excavación o para proveer un soporte temporal a la cara vertical del suelo. apoyo temporal durante la construcción. Hay varias clases de muros de contención embebidos incluyendo: - Diafragmas - Pilas agujeradas continuas - Pilas secante - Láminas de acero hincadas
Los muros de contención no embebidos deben de proveerse su propia estabilidad en contra de el volcamiento y el deslizamiento.
VOLCAMIENTO γ min wx > γ max py
DESLIZAMIENTO min
max
Esto se logra de varias formas y da lugar así a varios tipo de muros de contención. - GRAVEDAD - VOLADIZO - CON CONTRAFUERTES
Los muros de gravedad , como su nombre lo implica, se apoyan sobre su peso propio generado por la masa de concreto para su estabilidad. El proveer un talón incrementa la resistencia tanto al volcamiento como al deslizamiento. Gracias a su gran sección, la flexión ni el corte son críticos. El diseño se dedica especialmente a mantener las fuerzas resultantes en un pérdida de contacto en talón del muro Con tanta cantidad de hormigón se debe de tener gran cuidado al reducir las temperaturas de hidratación por diseño de la mezcla, procesos constructivos y técnicas de curado. Es común en la práctica de proveer armadura de acoplamiento en la cara de la pared para controlar el agrietamiento por contracción térmica. Generalmente, los muros de gravedad son económicos para muros de baja altura, generalmente hasta muros de 3 metros de altura.
Los muros en ménsula confían su estabilidad al peso del terraplén del talón y en el peso propio de la pared. El muro cortina principal está soportado por la losa de pie o de base El muro cortina, la puntera y el talón son diseñados cada uno como losas en voladizo La presión de apoyo es menos en el talón que en la puntera En el talón la presión producida por el relleno es mayor que la presión hacia arriba , mucho más grande que cualquier presión dirigida hacia abajo
SEÑALA LOS PUNTOS DE Como en los muros de gravedad, la línea resultante de las TRACCION EN EL fuerzas, debe estar en el tercio central de la base del muro para MURO ( SON prevenir que el talón pierda contacto con el suelo. TRES) Si la resistencia al deslizamiento no es la suficiente, se coloca un tacón debajo de la fundación en una posición tal de satisfacer el diseño. Generalmente los muros en voladizo son económicos entre una altura de 3 @ 6 metros
Los muros con contrafuertes son usados para alturas de 6 @ 12 metros, donde un muro en ménsula ya es antieconómico. Como los muros en ménsula, éstos descansan sobre el peso del relleno en su talón y el peso propio del muro para estabilizarlo.
El muro cortina y el talón están unidos por contrafuertes o paredes de apoyo a intervalos regulares. Los contrafuertes actúan como miembros de tensión (La tensión T puede ser encontrada por simple estática) y completamente cambia las acciones de voladizo de la cortina y de la losa del talón como: • La losa del talón está soportada en tres lados. • El muro cortina está considerado como un vano entre los contrafuertes. Comúnmente los contrafuertes se inclinan a 70º y esto puede hacer que la base sea muy corta para proveer la resistencia suficiente al deslizamiento, así que se añade un tacón.
PRESION DE TIERRA TIERRA: Se encuentra lejos del propósito de la materia de HºAº la explicación de la complejidad de la mecánica de suelos. El objetivo es el de llevar la aplicabilidad de la matemática para determinar la presión lateral de tierras. La presión lateral del suelo se encuentra entre la de un sólido que no ejerce presión, y un líquido, digamos agua, que ejerce una presión hidrostática total (densidad X profundidad), entonces: Esto está representado matemáticamente, donde: Ka es el coeficiente de empuje de tierra activo ρs densidad del suelo Algunos de los factores de los que Ka depende son: • • •
El tipo de suelo, Ka es más grande para suelos cohesivos. La colocación y compactación del suelo. La inclinación de la superficie del suelo.
El valor asumido de Ka está determinado por un estudio de suelos del mismo, típicamente alrededor de 0.33 para suelos cohesivos. De todas formas, los rellenos detrás de los muros de contención son raramente uniformes, pero más importante, son inusualmente secos.
Un drenaje apropiado del terraplén es de vital importancia para reducir presión, pero incluso aunque esto se haya hecho de la manera correcta, la presión se puede incrementarse durante la temporada de fuertes lluvias y durante la época de deshiele. La acción de las heladas y otras influencias pueden conllevar a un aumento temporal de la presión. Generalmente, son usados los suelos no cohesivos (arenas y gravas), como material de relleno porque son materiales de libre drenaje, no susceptibles a la acción de las heladas y tienen un buen largo plazo de estabilidad. Ocasionalmente, el nivel freático podría estar sobre la base del muro de contención. Esto no tiene efecto sobre la presión encima del nivel freático …. Pero debajo del nivel freático la presión es considerablemente más grande, porque aunque el peso efectivo del suelo sumergido se reduce por el flotamiento, pero hay en adición la presión hidrostática total. Así:
p
=
k a ( ρ s
− ρ w
)h + ρ w hw
La diapositiva precedente sugiere que la determinación de la presión de tierra es simple y segura.
NO LO ES.
La teoría de la mecánica de suelos no es más exacta que las asunciones .
En realidad la presión de suelos está afectada por tantos factores, que el diseño de los muros de contención es un albur
Hay tres condiciones de cargas comunes para un muro de contención, cada condición muestra el total de empuje de tierras por unidad de longitud de muro, P, y su línea de acción pasa directo por el centro de presiones. 1.-Superficie horizontal
2.-Superficie inclinada
3.-Superficie horizontal+sobrecarga
La línea de empuje es paralela a la inclinación. Para suelos similares el valor de Ka no es el mismo que para superficies horizontales.
q es equivalente a adicionar un peso de altura h’ de suelo, h’=q/ ρs Es por eso que la presión lateral es:
ESTABILIDAD DE UN MURO DE CONTENCION EN GRAVEDAD GRAVEDAD: El muro, junto con la masa del suelo que descansa sobre la base, se puede desplazar como un conjunto, por el empuje de la tierra, P, que actúa en un plano vertical resbalando a lo largo del plano horizontal entre la base de hormigón y el suelo. La fuerza de fricción resistente es µ(W+Pv) donde µ es el coeficiente de fricción entre el hormigón y el suelo. Por eso para proveer un factor de seguridad suficiente en contra del deslizamiento.Claramente la inecuación puede ser resuelta si se adopta una base lo suficientemente larga, de todas maneras esto puede ser antieconómico y es por eso que muchas veces de adopta un tacón. Esto tiene dos beneficios a seguir: • Primeramente esto provee una resistencia del empuje pasivo de suelo en contra de su deslizamiento. • Segundo, el deslizamiento ocurre entre el hormigòn y el suelo del talón, debajo del tacón , y entre el suelo y el suelo delante del tacón. La resistencia friccional entre las capas del suelo es mayor que entre el hormigon y el suelo
Un segundo modo de la falta de la estabilidad, aunque mucho menos probable, es que la pared se vuelque entera sobre la puntera. Para que esto no ocurra se necesita un suficiente factor de la seguridad, el minimo momento de equilibrio debe exceder el maximo momento de vuelco
Muros de contención: contención
La presión debajo del apoyo de la base se calcula de la misma forma que para un pie del apoyo.
Las dimensiones de la base deben de ser tales que qmax no exceda a la tensión del suelo admisible qa`. Considerando 1 metro de longitud del muro donde la resultante R intersecta a la base a una distancia ``a`` de la puntera. Si Rv es la componente vertical de R, entonces.
-Para un diseño económico, a debe caer dentro del tercio medio de la base, cuando a=L/3, qmin es cero, no hay necesidad para medir la pared de tal manera de dar una presión uniforme en la base, esto podría crear un diseño antieconómico. De otra manera en suelos muy compresibles como arcillas blandas, una gran diferencia en la presión de apoyo entre el talón y la puntera dará lugar a un asentamiento mucho más grande en la puntera que en el talón, con una inclinación correspondiente a la pared en este caso una distribución de presiones uniforme es lo más aconsejable.
Clasificación de un muro en ménsula Se considera un metro de longitud de muro. Determinar la longitud de la base de un muro en ménsula puede ser por ensayo o por prueba- error. La base debe de proveer estabilidad, al volcamiento y el deslizamiento y dar una tensión en la base de la puntera menor a la tensión admisible. , esto no quiere decir que este sobredimensionado. Afortunadamente hay ``reglas a seguir`` con las cuales se puede iniciar el análisis. Una superficie horizontal se usará como ejemplo.
La altura del muro cortina, Hs se conoce y la profundidad de la raíz, hs puede ser estimada por el momento último en la raíz debido a la presión lateral de la tierra.
M u
G
=
PH 3
s
=
A S f yd z
para una sección simplemente reforzada asumimos AS
así
z
= ρ 1 *1000 * 2
d
=
d
=
0.9d , por
decir ρ1=0.5%
Mu ρ 1 * 900 * f yd
Y hs = d + recubrimiento + la mitad del diámetro de la barra + tolerancia El ancho superior del muro cortina es normalmente no menor a 200 mm Se debe comprobar el corte a la distancia ``d`` de la raíz para asegurarse de que no hay refuerzo de corte , eso quiere decir que:
La profundidad de la base, h nunca debe de ser menor a el ancho de la base del muro cortina, hs. Asumir,
h = hs + 50mm
La longitud de la base, L entre la mitad o dos tercios de la altura de la pared, Hs+h. La longitud del talón es normalmente dos veces que la de la puntera. Habiendo asumido estas dimensiones, encontramos: El centroide de la carga vertical total del servicio, W, suelo en el talón Verificar resistencia al deslizamiento Verificar resistencia al volcamiento Verificar presión en la base Donde
El talón es una viga en voladizo cargada hacia abajo por el peso del relleno del suelo y el peso propio del talón.
y hacia arriba por la presión de la losa de base. De todas formas, la mayor parte de los diseños la presión hacia arriba porque en la condición de sobrecarga la distribución de presiones no es constante y la mayor parte . Diseño del momento último en la cara del muro cortina :
Verificando el diseño último de corte a una distancia d del apoyo:
El diseño de la puntera es el de una viga en voladizo cargada hacia arriba por la tensión última en la base del muro
Cualquier suelo encima de la puntera es ignorado porque puede ser fácilmente removido Diseño del momento último en la cara del muro cortina es:
Verificando el diseño último de corte a una distancia d del apoyo:
Generalmente la profundidad requerida para la puntera es mucho menos que la requerida para el talón, pero para simplificar el trabajo se suele colocar la misma armadura que en el talón.
Seleccione una pregunta y use las formulas y los valores para ayudarse en las respuestas 1.- Si la densidad del relleno es 18 [KN/m3],¿Cuál es el es el momento último de flexión por metro de longitud del muro en la base del vástago? 2.- Si el momento último en la base del vástago es de 120 [KNm/m], fyd=435 [N/mm2], y un recubrimiento de 50 mm. ¿Cual es el máximo ancho del muro cortina que proveerá un 0.6% de tensión de refuerzo? 3.- Si la densidad del relleno y del concreto son 18[KN/m3] y 24 [KN/m3]. ¿Cuál es la fuerza de longitud de muro [KN], si la proyección del tacón es el doble que el de la puntera? 4.- Si la densidad del relleno y del concreto son 18[KN/m3] y 24 [KN/m3]. ¿Cuál es la máxima presión de la base debajo del de la puntera [KN/m2] si la proyección del tacón es el doble que el de la puntera? 5.- Si la densidad del relleno es de 18 [KN/m3] y la sobrecarga es de 10 [KN/m2]. ¿Cuál es el momento flector último por metro de longitud del muro en la base del muro cortina [KNm]?
Fórmulas y valores
Fórmulas:
Valores: Asumir el brazo de palanca = 0.9d Para cargas γ γg = 1.35 y γ γq = 1.5 Coeficiente activo de tierra es: 0.33 Coeficiente de fricción entre el suelo y el hormigón es = 0.40
Un muro de contención en voladizo no se puede construir entero. Primero que todo se debe de construir la base, incluyendo el tacón si se presenta. Las barras en U deben de colocarse en la parte inferior como superior para cubrir los momentos flectores en el talón y en la puntera, se debe de recubrir al tacón. Para satisfacer los requisitos de ELS en fisuración. • Debe ser colocada un área mínima de refuerzo • Debe de ser limitado el espaciamiento o el tamaño de las barras Un refuerzo mínimo debe de ser provisto en toda la losa inferior.
Un refuerzo mínimo se debe de colocar en la cara frontal de muro cortina. Cuando la base sea lo suficientemente resistente el muro cortina es construido. Un muro con contrafuertes es construido de una forma similar, excepto que los contrafuertes y el muro cortina son construidos al mismo tiempo
Esta exposición contiene los siguientes temas • •
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Tipos básicos de muros de contención Embebidos y no Embebidos. Tipos de muros no embebidos - Gravedad - En voladizo - Con contrafuertes El cálculo de la presión de tierras y el efecto de las aguas subterráneas. Las condiciones de carga comunes para los muros de contención: , , sobrecarga. La estabilidad los muros en voladizo en contra de el volcamiento y el deslizamiento. El cálculo de la presión y aceptable distribución ejercida en la base. Redimensionamiento de un muro en voladizo; la base total, el talón, la puntera, el muro cortina y detalles típicos del refuerzo.
