Muros de Contencion PAPER

Ingeniería Civil EPN, 2014, Quito Ecuador

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL, FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL - MECÁNICA DE SUELOS II

Análisis y comparación de los diferentes muros de contención. Patricio Palacios Benavides, Estudiante 4to semestre EPN, Mayo 2014. Quito Ecuador

Resumen.-

El

objetivo

del

siguiente

El uso de los muros de contención es cada

documento investigativo es presentar las

vez

diferentes ventajas y desventajas de la

solicitaciones que presenta la topografía

construcción de los diferentes muros de

local, en nuestro medio es común ver la

contención para una determinada situación

elaboración de muros de contención de

mediante el análisis sustentado en la base

manera no profesional, es decir, sin la

teórica que se presenta, obteniendo así la

intervención de un ingeniero, por otro lado

mejor opción para la selección y diseño del

tenemos los muros que se crean bajo

muro, garantizando economía y seguridad a

diferentes

la estructura y que además cumpla conjuntamente los requerimientos a los

profesionales, aunque a veces son criterios errados; por esta razón, la presente

cuales se la solicitará. Mediante una serie de

investigación propone crear un criterio

iteraciones se establecerá el mejor diseño

mayor al obtenido en las aulas para el

para cada tipo de muro, el cual se presentará

reconocimiento de muros de contención y

a

verificar de manera analítica su estabilidad.

continuación

con

las

respectivas

dimensiones que cumplirá con requerimientos antes mencionados. I.

los

Introducción.

Los muros de contención se utilizan para detener masas de tierra u otros materiales sueltos cuando las condiciones no permiten que estas masas asuman sus pendientes naturales. Por ejemplo, en la construcción de vías férreas o de carreteras, el ancho de servidumbre de la vía es fijo y el corte o terraplén debe estar contenido dentro de este ancho. De manera similar, los muros de los sótanos de edificios deben ubicarse dentro de los límites de la propiedad y contener el suelo alrededor del sótano.

más

grande

para

criterios

las

de

diferentes

personas

Se puede visualizar en la figura 1 un muro de contención elaborado para la retención de una masa de tierra, ubicado en la autopista Simón Bolívar, luego de un deslizamiento de tierras;

el

diseño

utilizado

debe

ser

resistente al volcamiento y deslizamiento producido por las diferentes presiones existentes.


(1) Reemplazando los ángulos expuestos en la cuña de falla de la figura 2 (b) y bajo un proceso matemático, se obtiene:

(2) Figura 1 II.

Para simplicidad de los cálculos y para hacer

Base Teórica

referencia al coeficiente activo de la teoría

Teoría de la presión de tierra de Coulomb

Coulomb presentó hace más de 200 años sus teorías para la presión de tierra activa y

de Coulomb, tendremos las siguientes expresiones que servirán para los cálculos para las presiones activas:

pasiva, tomando en cuenta que la superficie (3)

de falla es un plano y además la fricción fue tomada en consideración. Caso activo

(4) Caso pasivo

Figura 2

Si se considera un muro como el mostrado en la figura 2 (a), bajo las condiciones que la masa de suelos se trate de un relleno sin cohesión,

granular

y

que

forme

una

pendiente α con la horizontal, se puede obtener el triángulo de fuerzas para la cuña que se muestra en la figura 2 (b), donde:

Figura 3


(1) Reemplazando los ángulos expuestos en la cuña de falla de la figura 2 (b) y bajo un proceso matemático, se obtiene:

(2) Figura 1 II.

Para simplicidad de los cálculos y para hacer

Base Teórica

referencia al coeficiente activo de la teoría

Teoría de la presión de tierra de Coulomb

Coulomb presentó hace más de 200 años sus teorías para la presión de tierra activa y

de Coulomb, tendremos las siguientes expresiones que servirán para los cálculos para las presiones activas:

pasiva, tomando en cuenta que la superficie (3)

de falla es un plano y además la fricción fue tomada en consideración. Caso activo

(4) Caso pasivo

Figura 2

Si se considera un muro como el mostrado en la figura 2 (a), bajo las condiciones que la masa de suelos se trate de un relleno sin cohesión,

granular

y

que

forme

una

pendiente α con la horizontal, se puede obtener el triángulo de fuerzas para la cuña que se muestra en la figura 2 (b), donde:

Figura 3


Ante un muro de retención como el

contrarresta el empuje del terreno. terreno. Dadas

mostrado en la figura 3 (a), con un relleno sin

sus grandes dimensiones, prácticamente no

cohesión inclinado, el polígono de fuerzas

sufre esfuerzos flectores, por lo que no

por equilibrio de la cuña ABC pasa al estado

suele armarse. suele armarse.

pasivo, donde se tiene:

(5)

(6)

III.

Muros de contención

Figura 4

El muro de contención es una estructura sólida hecha a base de mampostería y cemento armado que está sujeta a flexión por tener que soportar empujes horizontales de diversos materiales, sólidos, granulados y líquidos. Estos muros proporcionan soporte lateral permanente a taludes verticales o cas verticales de suelo. A veces los trabajos de construcción requieren excavaciones de terreno con caras verticales como los sótanos de edificios, las cuales necesitas estabilidad que se puede lograr mediante la introducción de un muro correctamente escogido. Muros de contención GENERALIDADES 

Muros de gravedad.

Se construyen en concreto simple o mampostería de piedra, ellos dependen de su propio peso y del suelo que descansa sobre la mampostería para su estabilidad. Este tipo de construcción no es económica para

muros

altos.

Su

propio

peso



Muros en voladizo.

Este tipo de muro resiste el empuje de tierra por medio de la acción en voladizo de una pantalla vertical empotrada en una losa horizontal (zapata), ambos adecuadamente reforzados para resistir los momentos y fuerzas cortantes a que están sujetos. Estos muros por lo general son económicos para alturas menores de 8 metros, para alturas mayores, los muros con contrafuertes suelen ser más económicos.


Figura 5

Figura 8

Figura 6 

IV.

Muros con contrafuertes.

Drenajes

Son similares a los muros en voladizo, con la

Los muros de contención fallan por una mala

diferencia que a intervalos regulares, se tiene

condición del suelo de fundación y por un

la presencia de losas verticales delgadas de

inadecuado sistema de drenaje. Cuando

hormigón conocidas como contrafuertes,

parte de la estructura del muro de

estas losas son uniones entre la pantalla

contención se encuentra bajo el nivel

vertical del muro y la base. La pantalla de

freático, bien sea de manera ocasional o

estos muros resiste los empujes trabajando los

permanente, la presión del agua actúa adicionalmente sobre él. En la zona

contrafuertes, es decir, el refuerzo principal

sumergida la presión es igual a la suma de la

en el muro se coloca horizontalmente. La

presión hidrostática más la presión del suelo

finalidad de los contrafuertes es reducir las

calculada.

fuerzas cortantes flexionantes.

Resulta más económico proyectar muros de

como

losa

continua

apoyada

y

los

en

momentos

contención que no soporten empujes hidrostáticos,

colocando

drenes

que

canalicen el agua de la parte interior del muro a la parte exterior.

Figura 7

Ingeniería Civil EPN, 2014, Quito Ecuador Figura 10

La relación entre la suma de los momentos de las fuerzas que tienden a volcar la estructura respecto a C, Mr y la suma de los momentos de las fuerzas que tienden a resistir el volteo respecto a C, Mo, se conoce como factor de seguridad al volcamiento FSv, esta relación debe ser mayor de 1,5 en suelos granulares y mayor a 2 en suelos cohesivos Figura 9 V.

Estabilidad

El análisis de la estructura contempla la determinación de las fuerzas que actúan por encima de la base de fundación, tales como empuje de tierra, peso propio que actúa en el centro de gravedad de la sección, peso de la tierra de relleno, cargas y sobrecargas.

(7) El momento de volteo es:

(8) Donde: (9)

Estabilidad al volcamiento y deslizamiento

Para estudiar la estabilidad al volcamiento, los momentos se toman respecto a la arista inferior de la zapata en el extremo de la puntera

Para el cálculo del momento resistente, un método que es de gran utilidad, es el elaborar una tabla como se muestra en la figura 11, teniendo en consideración que el peso del suelo arriba del talón y el peso del concreto también contribuyen al momento resistente. La componente vertical de Pa, produce un momento con respecto a C igual a (10) Una vez conocida la sumatoria de momentos resistentes, se puede calcular el FSv

(11)

El factor seguridad contra el desplazamiento es:


(12)

Fr: Fuerzas resistentes horizontales. Fd: Fuerzas actuantes horizontales.

Figura 11

La resistencia cortante de suelo debajo de la losa de base es:

(15)

(13)

Por unidad de longitud, se tiene que:

(14)

Sin embargo;

Figura 12 (16)

Debido a que Pp es también una fuerza resistente, tenemos:


(17)

Primeramente es necesario encontrar la resultante que está actuando.

Existe una única fuerza actuante que produce el deslizamiento del muero, la cual es la fuerza activa:

(20)

El momento neto de estas fuerzas es: (18)

El factor de seguridad al deslizamiento FSd queda expresado como:

(19)

(21)

Mr y Mo ya fueron determinadas anteriormente. La excentricidad queda determinada por la expresión:

Esta relación debe ser mayor de 1,5 en suelos granulares y mayor a 3 en suelos cohesivos.

(22)

Presiones de contacto

La capacidad admisible del suelo de fundación σ adm debe ser mayor que el esfuerzo de compresión máximo o presión de contacto σ max transferido al terreno por el muro para todas las combinaciones de carga. En los muros corrientes, es necesario que toda el área de la base quede teóricamente sujeta a compresión.

Figura 14

La distribución de presiones bajo la losa de base se determina mediante:

(23)

Figura 13

Para la determinación de σ max y σ min, se procede de la siguiente manera:

M neto: I: inercia por unidad de longitud de la sección de base.


Para determinar σ max y σ min, el valor de y es B/2 y bajo cálculos matemáticos se obtiene

(24) Figura 15

El factor de seguridad contra la falla por capacidad de carga se determina mediante la expresión:

(25)

2.

Aumentar el tamaño de la base, para de esta manera incrementar el peso del muro y la fricción suelo de fundación – muro.

3.

Hacer uso del empuje pasivo Ep, su utilización debe ser objeto de consideración, puesto que para que éste aparezca deben ocurrir desplazamientos importantes del muro que pueden ser incompatibles con las condiciones de servicio, además se debe garantizar la permanencia del relleno colocado sobre la puntera del muro, de no poderse garantizar durante toda la vida útil del muro, solo se podrá considerar el empuje pasivo correspondiente a la altura del dentellón.

VI.

Verificación de la resistencia a corte

Este factor, generalmente, es requerido bajo el valor de 3.

Incumplimiento de las condiciones de estabilidad

En caso de no cumplir con la estabilidad al volcamiento y/o con las presiones de contacto, se puede recurrir a las siguientes alternativas: 1.

Colocar dentellón o diente que se incruste en el suelo, de tal manera que la fricción suelo –muro cambie en parte por fricción suelo-suelo, generando empuje pasivo frente al dentellón. Se recomienda colocar el dentellón a una distancia 2Hd medida desde el extremo de la puntera, Hd es la altura del dentellón y suele escogerse en la mayoría de los casos mayor o igual que el espesor de la base.

y flexión de los elementos que componen el muro (pantalla y zapata)

Verificación de los esfuerzos de corte

Debe estar basada en:


Vu es la fuerza cortante mayorada en la sección considerada y Vn es la resistencia al corte nominal calculado mediante:

proponer dimensiones razonables según su experiencia, dimensiones que luego deberá verificar. Se puede apreciar las sugerencias para un muro de gravedad en la figura 16.

(26)

Vc es la resistencia al corte proporcionado por el concreto y Vs es la resistencia al corte proporcionado por el acero de refuerzo, se toma como nula. El código ACI 318S-05, indica que la resistencia al cortante para elementos sujetos únicamente a cortante y flexión puede calcularse con la siguiente ecuación: (27)

Verificación de los esfuerzos de flexión Debe estar basada en:

Figura 16

En la figura 17 predimensionamiento de voladizo

tenemos un muro

el en

Mu es el momento flector mayorado en la sección considerada y Mn es el momento nominal resistente. En zonas sísmicas la cantidad de acero debe estar basada en el p máximo que se obtiene de la siguiente manera: (28)

VII.

Predimensionamiento

El predimensionado de los muros de contención se hace en función de la altura H del muro, pueden ser necesarias varias iteraciones si se pretende lograr la estabilidad y la optimización de la estructura. En la figura se indican las recomendaciones para el predimensionado de muros en voladizo en general, el diseñador puede

Figura 17

Para un muro con contrafuertes, se tiene las siguientes sugerencias:


Figura 19

La característica básica del enrejado de malla hexagonal de triple torsión es facilitar la absorción de los esfuerzos que soportan estas estructuras de gravedad

Figura 18 VIII.

Figura 20

Muros de gaviones

Se entiende como gavión a cajas modulares elaboradas de mallas metálicas hexagonales de triple o doble torsión de diferente tamaño, el cual lleva tratamientos especiales de protección como la galvanización y la plastificación. Estos muros son flexibles, permeables y monolíticas. La piedra dentro de ellas no lleva cemento, lo que le permite sufrir deformaciones sin perder eficacia. Asimismo, es una estructura drenante, cualidad que permite disipar la energía del agua y disminuir presiones hidrostáticas, un claro ejemplo es el observado en la figura 19.

Figura 21

Diseño


Ante la experiencia de profesionales y un conjunto de datos recolectados, se ha podido determinar las siguientes recomendaciones para el prediseño de un muro de gaviones: 



 











Coeficiente de rozamiento entre Gaviones: 0,8. Peso específico de la piedra de relleno: n 2-3 Tn/m3 Tanto por ciento de huecos: 20%-30% Peso medio por m3 de Gavión (según piedra de relleno): 1,8 Tn/m3 Coeficiente de rozamiento entre el terreno y el Gavión: 0,7 Coeficiente máximo de compresión: 30 MPa Reducción de 0,5 m en cada hilada superior. La hilada de la coronación deberá tener como mínimo 1 m de ancho. Se recomienda dejar un escalón mínimo de 0,15 m en el paramento exterior para poder utilizar encofrados en la fase de montaje.

Figura 22

Modo de colocación

La superficie explanada debe ser alisada y nivelada, aparte de compactada con golpeteo de piedra o en el mejor de los casos con equipos de compactación. Para soportar la primera hilera de muro de contención de gaviones, se prevé colocar una carpeta de hormigón pobre solamente en un 20% de los casos. Armar las cajas con mucho cuidado, ya que las cajas de gavión en acero vienen desarmadas y dobladas, al desdoblarlas y colocarlas en posición existen pequeños traslapes y puntos de apoyo simple amarrado que se debe cuidar. Una vez armada la caja deberá colocarse vacía en el lugar dispuesto, colocada en su posición el obrero desde la parte interior


deberá empezar a colocar las piedras en hileras. Estas hileras deben realizarse de manera consecutiva hasta llenar en su totalidad la caja del gavión, colocando y disponiendo filas verticales de cajas llenas de gavión para apoyar las filas superiores.

uniaxiales de polietileno de alta densidad en los que se introducen armaduras metálicas con el fin de resistir los movimientos.

En todos los casos las filas de gaviones deben colocarse de manera entrelazada con las inferiores, no permitiéndose colocar juntas lineales para este sistema por no poseer rigidez. El muro de gavión podrá someterse a esfuerzos inmediatamente después de haber cerrado la malla, ya que en su interior no existen aglomerantes que requieran proceso de fraguado.

IX.

Muros de tierra armada

Figura 24

La importancia de esta armadura consiste en brindarle cohesión al suelo, de modo que disminuye el empuje de tierra que tiene que soportar el muro. La estabilidad interna de la masa de tierra armada puede analizarse por los métodos de: Coulomb y Rankine, debe comprender principalmente dos clases de análisis: 



Figura 23

La tierra armada es una técnica francesa, fue inventada por el ingeniero y arquitecto Henry Vidal, alrededor de 1967. El nombre de tierra armada nace a partir de la composición fundamental de los materiales que la conforman; como son: la tierra y elementos lineales. Son estructuras de suelo estabilizado, reforzado mecánicamente con geomallas

Tomar el elemento como un muro convencional del tipo de gravedad. Hacer análisis de estabilidad interna básicamente para definir la longitud de las tiras de refuerzo y separación horizontal y vertical, esto para que no se produzca deslizamiento del material térreo respecto a las tiras.

Geodrenes

Un geodrén o geocompuesto colocado sobre el talud de corte consiste en diseñar con un geosintético especializado que servirá para evitar la infiltración de agua desde la ladera de corte hacia el talud reforzado y por tanto evitar un incremento de los esfuerzos de empuje en el muro, funciona como una capa filtrante que conduce el agua hacia el pie del talud reforzado donde se encuentra


una capa de grava en la base diseñada para drenar y darle mayor soporte a la estructura.

Figura 26

X.

Resultados

Muros de gravedad.

Ventajas

Figura 25

Un geotextil no tejido que sirve para separar, retener y evitar la fuga de finos del relleno compactado hacia la capa de grava colocada en la base. La capa de grava tiene dos funciones, la primera consiste en drenar el agua de las infiltraciones captada a través del geodrén hacia un punto específico dado por la topografía del terreno. La segunda consiste en proporcionar una base más rígida y resistente que distribuya mejor y reduzca las cargas verticales del relleno sobre el suelo firme natural sobre el que se construirá el muro.

Su uso genera empleos temporales, son más económicas que otras estructuras, su cálculo y construcción son fáciles; no requieren de mantenimiento sofisticado, es fácil conseguir los materiales con que se construyen, protegen las vías y casas de las áreas urbanas, tienen mayor durabilidad y resistencia al deterioro ambiental, evitan pérdidas económicas de los insumos que se transportan por vía terrestre. Desventajas

Al construirlos, debido a su peso, no se pueden establecer en terrenos de baja consistencia y cohesión (muy húmedos). Se deben de eliminar todos los materiales indeseables tales como: fragmentos de roca, material vegetal, suelos arenosos e inestables (derivados de cenizas volcánicas).

Muros en voladizo.

Ventajas

El material utilizado es poco en comparación de un muro a gravedad, el factor económico


juega un papel importante; se recomienda este tipo de muros para alturas no mayores a 8m, ya que en este caso sería costoso.

armado puede presentar problemas y su costo aumentaría sin los correctos cálculos.

El peso para la estabilidad del muro es proporcionado por el material de relleno del talud que se encuentra sobre la losa de l alón del muro.

Estas estructuras tienden a "abrirse", y empujar transversalmente al muro que la sustenta. Por ese motivo, dicho muro debe reforzarse en esa misma dirección para no volcar.

Desventajas

Muros de gaviones.

El hormigonado presenta dificultades ya que al tratarse de una estructura que está formada por varias partes, es necesario introducir el hormigón de manera conjunta, labor que se vuelve dificultoso, además el cuidado necesario con la estructura de acero vuelve el trabajo un oficio para personas experimentadas. Para grandes alturas el volumen de hormigón se incrementa y los costos de sobre excavación son significativos lo que provoca el aumento de los costos de la obra

Ventajas

Son flexibles, rápidos, competitivos, tiene una gran facilidad de diseño, son respetuosos con el medio ambiente, además son estéticos, ofrecen una gran permeabilidad, generalmente no requieren cimentación, a menos que el suelo no tenga una capacidad deseada. En su ejecución, se lo puede hacer por fases y puede soportar carga apenas se acabe de construir. Son capaces de colaborar en la labor de encauzamiento y canalizaciones de ríos de óptimo rendimiento

Muros con contrafuerte.

Ventajas

Los contrafuertes ofrecen una mayor resistencia al deslizamiento y volteo del muro brindando mayor estabilidad, permiten al muro resistir empujes, sirven para contener alturas de tierra mayores a los 9m, ya que resultan económicos para este tipo de condiciones.

Desventajas

La construcción de estos muros requiere encofrados más complicados y un hormigonado más difícil y más costoso al tener que reducir espesores e incluir pequeñas losas que son los contrafuertes. El

Desventajas

En caso de que el muro se lo requiera en un lugar alejado del centro de obtención de material de relleno, el costo del muro será excesivamente alto debido al transporte de material, es por esto que es recomendable construirlo para la contención de tierras cerca de una cantera. Si se construye con un galvanizado pobre, el deterior del alambre se verá afectado por el paso del tiempo y las condiciones empeorarán si se encuentran bajo el efecto de un flujo de agua constante. El relleno con gaviones puede convertirse en un lugar de proliferación de plantas y animales, que si no es algo incluido en los


diseños, puede convertirse en un problema que afecta la estabilidad. Muros de tierra armada.



Ventajas

La principal ventaja de estabilizar un suelo, con cualquier tipo de técnica o muro, es la seguridad de la estructura, lo que deriva en seguridad para las personas que habitan en ella o cerca de ella, disminuyendo así el riesgo para la vida humana que se presenta cuando una obra civil no brinda las garantías requeridas por las normas de construcción. 



















Reducen los costos entre un 30 a 60 % en comparación con los muros de retención tradicionales, como ser los muros de mampostería y los de concreto reforzado. Fácil, práctico y rápido sistema constructivo, no requiere de equipos especiales No necesitan de Mano de Obra Especializada Gran Tolerancia a Asentamientos Diferenciales y Totales No requiere cimentación rígida ni mantenimiento. Puede ser vegetado para darle un realce más estético y paisajístico Flexibilidad: que le permite adaptarse a terrenos con características geotécnicas mediocres. Tiene un excelente comportamiento ante las vibraciones y temblores de tierra. Precio reducido: el costo de una obra en tierra armada es inferior al de una obra clásica, siendo la diferencia más importante cuanto mayor es la altura (30 – 50 %). En el caso de cimentaciones mediocre, la diferencia es todavía



más notable debido a que la solución tierra armada suprime las cimentaciones especiales. Rapidez de ejecución: debido a que el montaje de las escamas se efectúa sin necesidad de andamios. Las escamas de hormigón permiten realizar paramentos estéticos que se integran perfectamente a la topografía de la zona de ubicación de la obra.

Desventajas

Los problemas principales que presentan estos tipos de contenciones son principalmente en su ejecución, ya que debe cuidarse metódicamente, teniendo especial relevancia la elección del material de relleno, que debe cumplir unas prescripciones técnicas específicas, así como la compactación, que debe hacerse de forma correcta. En los muros de tierra armada, también hay que hacer hincapié en la protección de las armaduras frente a la corrosión que puede poner en peligro todo el sistema.

XI.

Conclusiones

Los métodos de estabilización de suelos deben emplearse cuando existe la amenaza de que se desarrollen en el terreno fuerzas mecánicas peligrosas de tracción o compresión. En tales casos, se necesita inmediatamente una estabilización a fondo del suelo. Los muros de contención se utilizan para detener masas de tierra u otros materiales sueltos cuando las condiciones no permiten que estas masas asuman sus pendientes naturales. Estas condiciones se presentan cuando el ancho de una


excavación, corte o terraplén está restringido por condiciones de propiedad, utilización de la estructura o economía Cuando el muro falla a deslizamiento debido a un suelo de cimentación desfavorable y no se desea alterar en mayor medida sus dimensiones, es conveniente realizar una reposición de suelo (material granular). En el análisis estructural de un muro a gravedad se debe comprobar que todas sus secciones se encuentren sometidas a esfuerzos de compresión y de tensión menores o a lo más iguales a los valores establecidos por el Código Ecuatoriano de la Construcción. El muro de tierra armada, si bien actúa como una gran estructura a gravedad, el comportamiento estructural depende de la interacción que se desarrolla entre el suelo y las tiras de refuerzo, mientras que los paneles cumplen una función de cobertura frontal para evitar la erosión del relleno reforzado, que se puede desencadenar por agentes externos. Esto hace que en este tipo de estructuras, los diseños en materiales compuestos se optimicen al máximo. Las fuertes lluvias, comunes en la localidad en los meses donde el invierno tiene gran impacto, constituyen el principal factor desencadenante del movimiento de tierras en taludes provocando fallas en los muros que los contienen. Los aportes de agua tienden a saturar los suelos arcillosos y limosos, así como las zonas de rocas meteorizadas, alteradas o fracturadas, lo que incrementa su peso, incrementa las presiones de poros y redice su resistencia al esfuerzo cortante, principalmente cuando el drenaje es muy pobre, provocando así la

activación de los deslizamientos que se observan.

Se debe evitar totalmente la proliferación de cualquier material vegetal en la estructura del muro de contención. La limpieza de la maleza se puede lograr por remoción manual, por medio de chorros de agua a presión o usando herbicidas apropiado.

El proceso de diseño consiste en suponer, con base a la experiencia, las dimensiones que requiere el muro, luego de esto, es necesario verificar la estabilidad del muro, en la mayoría de casos este análisis sugiere un redimensionamiento, pero luego de dos o tres iteraciones el proceso tendrá éxito.

XII.

Recomendaciones

Bajo los aspectos ya mencionados, es necesario la correcta selección del tipo de muro a construir para que cumpla los requerimientos a los cuales se lo someterá. En zonas donde la temperatura llega a alcanzar valores bajo cero grados centígrados, la profundidad de fundación debe ser suficiente para evitar los movimientos producidos por la congelación y el deshielo del agua contenida en el suelo, se debe verificar que el estrato de suelo tenga una capacidad de carga adecuada para resistir las presiones de contacto que origina el muro de contención.

Los sismos aplican cargas dinámicas de corta duración con deformaciones unitarias asociadas a este tipo de carga que pueden inducir efectos que modifican la resistencia al corte, esta propiedad puede ser utilizada


en el análisis y diseño de muros de contención cuando se empleen cargas sísmicas.

En arenas sueltas saturadas, el problema de licuación o licuefacción desencadena la siguiente problemática; cuando se vibra una arena seca o húmeda, ésta se densifica, pero si está saturada, la tendencia a disminuir el volumen incrementa la presión de poros, si esta se hace igual a la presión total resulta en esfuerzos efectivos nulos, en consecuencia la resistencia al corte se pierde completamente, transformándose la arena en un fluido (arena movediza).

La excentricidad ex de la fuerza resultante, medida respecto al centro de la base, no debe exceder el sexto de ella, en este caso el diagrama de presiones es trapezoidal y no se tendría una distribución como se requiere.

Según recomendaciones de la norma AASHTO 2002, la profundidad de fundación, no será menor de 60 cm (2 pies) en suelos sólidos, sanos y seguros. En otros casos y en terrenos inclinados la profundidad de fundación no será menor de 120 cm (4 pies).

Si el muro de contención se apoya sobre un suelo rocoso, el uso del dentellón resulta ser un medio muy efectivo para generar resistencia adicional al deslizamiento. Se deben efectuar revisiones con periodicidad para detectar proliferación de material vegetal en la estructura, principalmente en la época de lluvias.

Se recomienda la canalización de agua desde el interior hacia el exterior mediante métodos de drenaje para así asegurar que no se produzca un incremento de presiones sobre el muro, las mismas que no son tomadas en cuenta en el análisis, por lo que pueden desencadenar fallas en los muros. Siempre se deberá valorar el costo del diseño emplear, la disponibilidad de los equipos y materiales necesarios, pues muchas veces las tecnologías son muy modernas y por ende bastante costosas, se recomienda buscar la economía y seguridad, estas dos condiciones deben estar presentes conjuntamente.

XIII.

Bibliografía

http://www.murodecontencion.com/ http://www.mailxmail.com/murocontencion-gavion-informacion-basica_h http://www.icainversiones.com/uploaded/co ntent/category/1369953748.pdf LUIS I. GONZALES DE VALLEJO, Ingeniería geológica (2002) Madrid España. “ANÁLISIS Y DISEÑO DE MUROS DE CONTENCIÓN” Lucero Pardo Franklin Hernán, Pachacama Caiza Edgar Alfredo, Rodríguez Montero William Arturo, 2012, Universidad Central del Ecuador.

Braja M. Das, Fundamentod de la ingeniería Geotécnica. CAP 9 “Presión lateral de tierra” GAVIONES, sistemas de corrección fluvial, muros de contención, urbanismo, BIANCHINI INGENIERO “Muros de contención en tierra armada ”, Leandro Arguedas-Luis Ortiz


XIV.

Anexos

A partir de lo expuesto y en base al fundamento teórico mencionado, se dimensionará un muro por cada opción redactada, tomando en cuenta las recomendaciones citadas en la sección anterior. Se precederá a realizar una discusión de los datos obtenidos y por ende las consecuencias de los mismos. Los datos iniciales son los siguientes:

Datos iniciales


H h δ Φ γ γ concreto

NF

ka kp

Pa Pp Pav Pah

6 1 14 22 1,7 2,4 4

0,5285 1,7814

28,371 31,428 6,8635 27,5282

qu suelo (T/m2)



Diseño muro de contención en voladizo

24,0


0,5

Diente

Sección N°

Área (m2)

1 2 3 4 5 6 7

Peso/longitud unitaria (T/m)

Brazo de momento C (m)

Momento (T-m)

1,8 0,6 2,4 10 5 0,779 0,25 Pv

4,32 1,44 5,76 18,5 8,5 1,325 0,6 6,864

1,85 1,633 2,4 3,25 3,25 3,666666667 0,25 4,8

7,992 2,352 13,824 60,125 27,625 4,857 0,15 32,945

∑ V

47,30810375

∑ Mr

149,870

∑ Mo

60,632

FS (v)

2,47

OK

0,666666667 0,666666667

k1 k2 k1*Φ tan(k1*Φ)

14,66666667 0,261723367

FS (d)

1,59

OK

e

0,5137

OK

q punta q talón

1,6498 0,3595

OK OK


qu suelo

FS (cap carga)

24,0

14,55

OK

DISEÑO FINAL

Discusión.

Las dimensiones escogidas son acertadas para que la estructura no falle ante deslizamientos ni volcamientos, presenta factores de seguridad que permiten la afirmación que bajo las condiciones iniciales no fallará. Por otro lado tenemos el factor de seguridad por la carga que representa el peso de la estructura misma y del material de relleno, este factor cumple las normas establecidas en la base teórica en la que se fundamenta este texto, pero podemos observar que es bastante grande ante las exigencias establecidas, las otras medidas pueden ser modificadas, pero lo que se busca es que toda la base esté sometida a compresión, así que se cumple las condiciones establecidas. La presencia del diente, es necesaria para brindar mayor estabilidad ante el deslizamiento a la estructura, ya que sin esto, no se cumplía el factor de seguridad deseado. Ante cualquier caso de no cumplimento de este factor, será necesario el tratamiento del suelo a utilizar con cualquier método, el tratamiento con cal y cemento es recomendado por su bajo costo y buenos resultados. La presencia de sistemas de drenaje en la base del muro es recomendada para la eliminación de la presión de poro ejercida por la presencia de agua y así asegurar un estado de equilibrio sin que se produzcan fallas.




Diseño muro de contención a gravedad

Diente

Sección N°

1 2 3 4 5 6 7 8

Área (m2)

0,5



Momento (T-m)

1,8 1,5 0,96 1,5 8 2,000 0,499 0,25 Pv

4,32 3,6 2,304 3,6 14,8 3,400 1,196774414 0,6 6,052

1,85 1,633 2,4 3 3 3,333333333 0,25 0,25 4,8

7,992 5,88 5,530 10,8 44,4 11,333 0,2991936 0,15 29,048

∑ V

39,8725388

∑ Mr

115,433

∑ Mo

50,271


FS (v)

2,30

0,666666667 0,666666667

k1 k2

14,66666667 0,261723367

k1*Φ tan(k1*Φ)

FS (d)

1,59

OK

e

0,5137

OK

q punta

1,6498

OK

q talon

0,3595

OK

qu suelo

FS (cap carga)

DISEÑO FINAL

OK

24,0

14,55

OK


Discusión.

Como se mencionó en las secciones anteriores del texto presente, un muro a gravedad resulta costoso de construir, se puede ver que los factores de seguridad son cumplidos, pero la masa de hormigón a utilizar es mayor que en un muro a voladizo, resulta en un muro que cumple con las aspiraciones de seguridad pero ante la economía no es una opción para ser construida. Como en el caso anterior se recomienda mejorar el suelo en caso de que no se cumplan las expectativas sobre el factor de seguridad por cargas. Como es evidente, la utilización de un diente ha sido necesaria, esto se lo hizo con el propósito de darle mayor estabilidad al deslizamiento a la estructura, ya que sin este complemento, la estructura no cumplía los requerimientos. Al igual que en caso anterior, se recomienda la presencia de sistemas de drenaje para asegurar una integridad física a la estructura y que no se vea comprometida por el aumento de la presión de poro. 

Diseño muro de contención con gaviones


6 0,9 1

H L h

6

Bloques

5,4

Base

Bloques

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Área (m2)



Momento (T-m)

0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 3,6 5,4 0,22045

2,52 2,52 2,52 2,52 2,52 2,52 2,52 2,52 2,52 2,52 6,66 9,18 0,374767257

1,8 1,350 2,25 0,9 1,8 2,7 0,45 1,35 2,25 3,15 4,95 4,95 5,1

4,536 3,402 5,670 2,268 4,536 6,804 1,134 3,402 5,670 7,938 32,967 45,441 1,911

Pv

4,978

5,4

26,883

Ingeniería Civil EPN, 2014, Quito Ecuador ∑ V ∑ Mo

46,39309136 37,084

FS (v)

4,11

∑ Mr

152,562

OK

0,666666667 0,666666667

k1 k2

14,66666667 0,261723367

k1*Φ tan(k1*Φ)

FS (d)

1,62

OK

e

0,2109

OK

q punta

1,0810

OK

q talon

0,6706

OK

DISEÑO FINAL

Discusión.

Se plateó un diseño preliminar en el cual se contempla la utilización de una roca con un peso unitario especificado, el cual es de 2,8 T/m3, a partir de este supuesto se realiza el cálculo. Como


se puede observar el diseño es bastante sencillo y cumple con los requerimientos propuestos haciendo de este muro la mejor opción para la construcción que soporte las condiciones impuestas, ya que ofrece un drenaje bastante beneficioso tratándose de la presencia de un nivel freático bastante alto, esto conlleva a la eliminación de presiones de poro indeseables y por ende esfuerzos que provocan el fallo de la estructura. Ante la construcción de este muro de contención, el único inconveniente que se presenta es el costo por transporte de material, si se trata de un lugar cercanos a una cantera o de un lugar donde se produzca la extracción de material, se recomienda la construcción de un muro de gaviones como el diseñado, por otro lado, si el abastecimiento de material resulta costoso, este modelo de muro debe ser desechado.



Diseño muro de contención con contrafuerte

Sección N°

Área (m2)



Momento (T-m)


1 2 3 4 5 6 7 8

1,8 3 0,96 3 4 1,000 0,125 0,25 Pv

4,32 5,55 2,304 7,2 7,4 1,700 0,299193603 0,6 5,696

2,35 1,967 2,4 3 3 3,16666667 0,25 0,25 4,8

10,152 10,915 5,530 21,6 22,2 5,383 0,0747984 0,15 27,338

∑ V

35,06869816

∑ Mr

103,343

∑ Mo

45,574

FS (v)

2,27

OK

0,666666667 0,666666667

k1 k2

14,66666667 0,261723367

k1*Φ tan(k1*Φ)

FS (d)

1,62

OK

e

0,7527

OK

q punta

1,4455

OK

q talon

0,0440

OK

qu suelo

FS (cap carga)

DISEÑO FINAL

24,0

16,60

OK


Discusión.

El diseño de un muro de contención con contrafuertes reveló que lo impuesto en este texto se cumple, ya que los contrafuertes brindaron mayor estabilidad a la estructura permitiéndonos disminuir las dimensiones que se tenían como diseño preliminar, esto se debe a que ofrecen un mayor momento resistente debido a su mayor brazo de palanca, esto cumple uno de los apartados mencionados, pero contrariamente tenemos el método de construcción, el cuál es uno de los principales inconvenientes, el encofrado y hormigonado de esta estructura compleja se torna difícil ya que esta debe ser construida como un solo sistema para que no falle por juntas imprevistas en el diseño. Si se cuenta con una especial maquinaria para la fácil colocación de hormigón y su desencofrado, se sugiere este método ya que muestra ventajas en el precio de material empleado.

Recomendaciones finales.

Muros de Contencion PAPER

Recommend Documents