Muros de contencin

Muros de contencinIng. Carlos Bravo AguilarTipos de muros de contencin

Funcionamiento de muros de contencinEl carcter fundamental de los muros es el de servir de elemento de contencin de un terreno, que en unas ocasiones es un terreno natural y en otras un relleno artificial. (Fig. l-la).En la situacin anterior, el cuerpo del muro trabaja esencialmente a flexin y la comprensin vertical debida a su peso propio es generalmente despreciable.Sin embargo, en ocasiones el muro desempea una segunda misin que es la de transmitir cargas verticales al terreno, en una funcin de cimiento. La carga vertical puede venir de una cubierta situada sensiblemente a nivel del terreno (Fig. 1-lb), o puede ser producida tambin por uno o varios forjados apoyados sobre el muro y por pilares que apoyen en su coronacin transmitindole las cargas de las plantas superiores. (Fig. 1 - 1 c).Las formas de funcionamiento del muro de contencin (Fig. 1 - 1 a), y del de stano (Fig. 1-lb y c), son considerablemente diferentes. En el primer caso el muro se comporta como en voladizo empotrado en el cimiento, mientras que en el segundo el muro se apoya o ancla en l o los forjados, mientras que a nivel de cimentacin el rozamiento entre cimiento y suelo hace innecesaria casi siempre la disposicin de ningn otro apoyo. El cuerpo del muro funciona en este segundo caso como una losa de uno o varios vanos.TIPOS GENERALES DE MUROS DE CONTENCIONMUROS DE GRAVEDADSon muros de hormign en masa (Fig. l-3) en los que la resistencia se consigue por su propio peso. Normalmente carecen de cimiento diferenciado (Fig. l-3a), aunque pueden tenerlo. (Fig. l-3b).

MUROS MENSULASon los de empleo ms corriente (Fig. l-4) y aunque su campo de aplicacin depende, lgicamente, de los costes relativos de excavacin, hormign, acero, encofrados y relleno, puede en primera aproximacin pensarse que constituyen la solucin econmica hasta alturas de 10 12 m.

MUROS DE CONTRAFUERTESConstituyen una solucin evolucionada de la anterior, en la que al crecer la altura y por lo tanto los espesores de hormign, compensa el aligerar las piezas. Esto conduce a refuerzo y encofrados ms complicados y a un hormigonado ms difcil y por lo tanto ms costos, al manejarse espesores ms reducidos. Sin embargo, a partir de los 10 12 m. de altura es una solucin que debe tantearse para juzgar su inters.Pueden tener los contrafuertes en trasds (Fig. l-5a) o en intrads (Fig. l-Sb), aunque la primera solucin es tcnica y econmicamente mejor, por disponer el alzado en la zona comprimida de la seccin en T que se forma. La segunda solucin, al dejar los contrafuertes vistos produce adems, generalmente, una mala sensacin esttica.

MUROS DE BANDEJASSu concepto es muy diferente del que origina el muro de contrafuertes. Aqu no se trata de resistir el mismo momento flector, aumentando el canto y aligerando la seccin, sino de reducir los momentos flectores debidos al relleno mediante los producidos por la carga del propio relleno sobre las bandejas. (Fig. l-6).Su inconveniente fundamental radica en la complejidad de su construccin. Puede resultar una alternativa al muro de contrafuertes para grandes alturas.

MUROS CRIBAS Y OTROS MUROS PREFABRICADOS

FORMAS DE FALLAEn general el muro puede alcanzar los siguientes estados lmites, de servicio o ltimos.a) Giro excesivo del muro considerado como un cuerpo rgido (Fig. 2-l).b) Deslizamiento del muro. (Fig. 2-2).

Deslizamiento profundo de muroEs debido a la formacin de una superficie de deslizamiento profunda, de forma aproximadamente circular.Este tipo de fallo puede presentarse si existe una capa de suelo blando en una profundidad igual a aproximadamente a vez y media la altura del muro, contada desde el plano de cimentacin de la zapata (2.1). En ese caso debe investigarse la seguridad frente a este estado lmite, por los procedimientos clsicos.

Deformacin excesiva del alzadoEs una situacin rara salvo en muros muy esbeltos, lo cual es un caso poco frecuente.

Fisuracin excesivaPuede presentarse en todas las zonas de traccin, y se trata de una fisuracin especialmente grave si su ancho es excesivo, ya que en general el terreno est en estado hmedo y la fisuracin no es observable.

Rotura por flexinPuede producirse en el alzado, la puntera o el taln. Como las cuantas en muros suelen ser bajas, los sntomas de prerrotura slo son observables en la cara de traccin, que en todos los casos esta oculta, con lo cual no existe ningn sntoma de aviso.

Rotura por esfuerzo cortantePuede presentarse en alzado, puntera, taln o tacn

Rotura por esfuerzo rasanteLa seccin peligrosa suele ser la de arranque del alzado, AB (Fig. 2-8), que es una junta de hormigonado obligada, en zona de mximo momento flector y mximo esfuerzo cortante.

Rotura por fallo de traslapeLa seccin peligrosa suele ser la de arranque de la armadura de traccin del alzado, donde la longitud f, de traslape (Fig. 2-9) debe ser cuidadosamente estudiada, ya que por razones constructivas el traslape se hace para la totalidad de la armadura en la zona de mximos esfuerzos de flexin y corte.

EMPUJES DEL TERRENO SOBRE LOS MUROS, CARGAS Y SOBRECARGAS ACTUANTES SOBRE EL TERRENOLa presin del terreno sobre un muro est fuertemente condicionada por la deformabilidad del muro, entendiendo por tal no slo la deformacin que el muro experimenta como pieza de hormign, sino tambin la que en el muro produce la deformacin del terreno de cimentacin.Si el muro y el terreno sobre el que se cimenta son tales que las deformaciones son prcticamente nulas, se est en el caso de empuje al reposo. Algunos muros de gravedad y de stano pueden encontrarse en ese caso.Si el muro se desplaza, permitiendo la expansin lateral del suelo se produce un fallo por corte del suelo y la cua de rotura avanza hacia el muro y desciende (tig. 3-la). El empuje se reduce desde el valor del empuje al reposo hasta el denominado valor de empuje activo, que es el mnimo valor posible del empuje.Por el contrario, si se aplican fuerzas al muro de forma que ste empuje al relleno, el fallo se produce mediante una cua mucho ms amplia, que experimenta un ascenso. Este valor recibe el nombre de empuje pasivo y es el mayor valor que puede alcanzar el empuje. El empuje al reposo es por tanto de valor intermedio entre el empuje activo y el empuje pasivo.Como se ha indicado anteriormente, al producirse el fallo del terreno se produce un corrimiento vertical relativo entre terreno y muro,que moviliza la fuerza de rozamiento entre ambos.Si no hay informacin procedente de ensayos directos, para terrenos granulares puede aceptarse que el ngulo 6 de rozamiento con muros de hormign es 6 = 20.Este valor no se ve afectado por el grado de humedad del suelo. (3.2).Para terrenos cohesivos puede suponerse que la resistencia a corte a lo largo del trasds del muro, viene dada por la expresin=a+tg

donde a es el valor de la cohesion, la presin normal del terreno sobre el muro en el punto considerado y el ngulo de rozamiento entre terreno y muro, que de nuevo a falta de ensayos directos se tomar como 20 para el caso de muros de hormign.Para la cohesin no deben considerarse valores superiores a 5 t/m2.

TEORIA DE COULOMB PARA SUELOS GRANULARESEste caso, el ms frecuente en muros, especialmente si se quiere drenar el suelo del trasds por razones econmicas y/o estticas, fue resuelto por COULOMB en 1773.

TEORIA DE COULOMB PARA SUELOS GRANULARESLa teora se basa en suponer que al moverse el muro bajo la accin del empuje, se produce el deslizamiento de una cua de terreno MNC, limitada por el trasds del muro MN, por un plano que pase por el pie del muro y por la superficie del terreno. Por tanto, se establece una primera hiptesis, que es suponer una superficie de deslizamiento plana, lo cual no es del todo cierto, aunque el error introducido sea pequeo.El resto de los supuestos de partida se pueden sintetizar en los siguientes puntos:Considera la existencia de friccin entre el terreno y el muro.Supone que el terreno es un material granular, homogneo e isotrpico y que el drenaje es lo suficientemente bueno como para no considerar presiones intersticiales en el terreno.De todos los posibles planos de deslizamiento, el que realmente se produce es el que conlleva un valor de empuje mximo.La falla es un problema bidimensional. Considera una longitud unitaria de un cuerpo infinitamente largo.TEORIA DE COULOMB PARA SUELOS GRANULARES

TEORIA DE COULOMB PARA SUELOS GRANULARESh = coeficiente de empuje activo horizontal depende de las siguientes variables: = ngulo de rozamiento interno del terreno = ngulo de rozamiento entre terreno y muro = ngulo de inclinacin del muro respecto a la horizontal = ngulo del talud natural del terreno v = coeficiente de empuje activo vertical. H = altura del paramento del muro ms el canto de la zapata. = densidad de las tierras. TEORIA DE COULOMB PARA SUELOS GRANULARES

TEORIA DE COULOMB PARA SUELOS GRANULARES

Teora de RANKINEOtra teora muy importante para el clculo de empujes, es la llamada Teora de RANKINE, la cual no se va a detallar para no hacer demasiado extenso este apartado. Slo se expondrn las conclusiones a las que llega dicha teora: Como conclusin, la Teora de Rankine, deduce que el estado tensional horizontal depende del parmetro C. La presencia de cohesin en un suelo horizontal homogneo no altera la orientacin de los planos de rotura respecto del caso no cohesivo; lo nico que vara es la magnitud de las tensiones horizontales de rotura, menores en el caso activo y mayores en el caso pasivo. Por tanto, en breve se proceder a ir hacia el lado de la seguridad considerando C=0, es decir, Se considerar que no hay cohesin incluso en los terrenos coherentes. Slo exponer que cuando =90, ==0, la Teora de RANKINE conduce al mismo valor que la de COULOMB. INFILTRACION DE AGUA EN EL RELLENOEn todo lo anterior hemos supuesto el terreno seco y manejado en las frmulas su densidad seca y. Esta es una situacin poco frecuente en la prctica.La presencia de agua en el relleno, bien por la accin de la lluvia, bien por infltraciones subterrneas, afecta de manera importante a todo lo anterior.INFILTRACION DE AGUA EN EL RELLENOa) Si el material del relleno es muy permeable como es el caso de las gravas y de las arenas gruesas e incluso medias, la aportacin de agua ser evacuada por el sistema de drenaje mediante el establecimiento de una red de filtracin de direccin predominantemente vertical. Mientras el sistema de drenaje sea capaz de evacuar el agua filtrante, el nivel de agua no rebasar la cota inferior del sistema de drenaje y las frmulas vistas hasta ahora para calcular las presiones y empujes siguen siendo vlidas sin ms que reemplazar en ellas la densidad seca y por la densidad aparente yh. Esta ltima densidad vara naturalmente con el grado de humedad del suelo y la falta de ensayos directos puede ser estimada a partir de los datos de la tabla T-3.5.INFILTRACION DE AGUA EN EL RELLENO

INFILTRACION DE AGUA EN EL RELLENOb) Si el material del relleno es de baja permeabilidad, como ocurre en arenas finas y arenas limosas, y la aportacin de agua es importante, aunque se establezca la red filtrante hacia el drenaje y ste sea capaz de desaguar el caudal correspondiente, se produce un aumento de las presiones y empujes respecto al caso anterior.Las presiones en este caso pueden ser estimadas sustituyendo en las frmulas la densidad seca y por la densidad sumergida y y aadiendo una presin que a profundidad z viene estimada por

donde yu es la densidad del agua y p acta perpendicularmente al trasds. El empuje correspondiente es de clculo inmediato.

INFILTRACION DE AGUA EN EL RELLENOc) Si la aportacin de agua excede a la capacidad de desage de la red de drenaje, el nivel del agua puede alcanzar la cota de la coronacin del muro, en el caso limite y en ese caso la presin p se duplica alcanzando el valor de la presin hidrosttica.

EMPUJE PRODUCIDO POR LA ACCION SISMICAMtodo de Monobe Okabe