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1 CONTRUCCIÓN DOS MUROS DE CONTENCION, CORREGIMIENTO EL SALTO, ANDALUCIA – VALLE DEL CAUCA. HENRY GONZALEZ VICTORIA CONTRUCCIÓN DOS MUROS DE CONTENCION, CORREGIMIENTO EL SALTO, ANDALUCIA – VALLE DEL CAUCA.

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CONTRUCCIÓN DOS MUROS DE CONTENCION, CORREGIMIENTO EL SALTO, ANDALUCIA – VALLE DEL CAUCA.

HENRY GONZALEZ VICTORIA

CONTRUCCIÓN DOS MUROS DE CONTENCION, CORREGIMIENTO EL SALTO, ANDALUCIA – VALLE DEL CAUCA.

ANDALUCIA- DEPARTAMENTO DEL VALLE DEL CAUCA

SEPTIEMBRE DE 2011

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TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN 4

2. ALCANCES 5

3. OBJETIVOS 5

4. INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL 6

5. DESCRIPCION DEL PROYECTO 7

6. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA VÍA 8

7. DIAGNOSTICO PRELIMINAR 10

8. DISEÑOS Y ESTUDIOS 11

8.1 Sitio de intervención. 11

8.2 Localización. 12

8.3 Lineamientos de Diseño. 13

8.4 Programación. 13

8.5 Justificación. 14

8.6 Metodología. 16

8.6.1 Consideraciones fundamentales. 17

8.6.2 Drenajes. 27

8.6.3 Estabilidad. 28

8.6.4 Juntas. 29

8.6.5 Muros con presencia de agua en el relleno. 30

8.6.6 Pre dimensionado. 32

8.6.7 Diseño de la base. 33

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ANEXOS

Estudio de Suelos.

Diseño estructural. (Memorias de cálculo)

Presupuesto de Obra.

Análisis de Precios Unitarios.

Programación de Obra.

Especificaciones Técnicas.

Planos.

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1. INTRODUCCIÓN

Debido a las constantes lluvias, el rio morales ha provocado daños a la vía principal del corregimiento de El salto. (Hundimientos, erosión) por esta razón es de suma importancia efectuar un análisis previo del terreno: de su calidad y composición, existencia de capas freáticas, construcciones aledañas, paso de instalaciones, restos de construcciones antiguas, estado de construcciones afectables, consolidaciones y características geológicas, entre otros. Todo ello para poder confeccionar un proyecto, un diseño adecuado y un correcto control en la ejecución de las obras.

Un estudio previo puede requerir de una extensa serie de parámetros a considerar, ya que existe un alto grado de indeterminación de todos los aspectos a tener en cuenta al momento de elaborar el proyecto.

Por esta razón la alcaldía municipal de Andalucía contrató los estudios y diseños. De dos muros de contención en el corregimiento de El salto, Sobre la margen derecho del rio morales, ubicado en el Municipio de Andalucía, Valle del cauca. Se realizará los estudios de suelos, diseños estructurales, presupuesto, Análisis de precios unitarios, cronograma e insumos y planos de localización.

En este informe, se presentan los análisis de ingeniería efectuados. Para tal fin se tuvo en cuenta estudios preliminares como son: Visitas técnicas al lugar, historial de la precipitación según el IDEAM, también se realizó el estudio de suelos, el levantamiento topográfico para identificar las zonas más afectadas y finalmente se diseñó el muro de contención que podrá dar solución a las afectaciones del rio sobre la comunidad.

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2. ALCANCES

Este proyecto contiene todo el procedimiento para el análisis, diseño y construcción de un muro de contención, además de evaluar las actuales condiciones que presenta la rivera del rio morales a la altura del corregimiento de El salto.

Los siguientes son los alcances específicos del proyecto:

* Estudio de suelos: (Planos, perfil estratigráfico, ensayo de penetración, ensayos de laboratorio, nivel de aguas freáticas).

* Elaboración de la metodología general ajustada.

* Diseño Estructural: Evaluación de cargas de diseño, pre-dimensionamiento de la estructura de contención, diseño de las dimensiones del muro de contención, determinación de las cuantías de refuerzo en los elementos estructurales.

* Definición del estado general de la vía: estudio de las riveras ubicadas al margen derecho del rio morales, investigación del nivel de erosión que presenta el terreno (Identificación de la presencia de grietas, deslizamientos o volcamiento de la calzada), identificación de los riesgos que hay en las viviendas aledañas.

3. OBJETIVOS

Realizar estudio de suelos.

Reconocer las zonas que se encuentran con más riegos.

Realizar el diseño de muros de contención.

4. INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL

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El siguiente cuadro recopila la información que en su momento fue: documentada, solicitada, resumida y presentada a continuación:

Dirección: Vía principal corregimiento de El salto sobre la margen derecho del rio morales.

Localización: Andalucía – Valle del cauca

Ciudad: Andalucía

Área del Proyecto: Aprox. 400 m2

Unidad Independiente: muro de contención

Uso de utilización: obra pública

Materiales Predominantes: Concreto reforzado

Normas Utilizadas: Norma Sismo resistente Colombiana Nsr-2010

5. DESCRIPCION DEL PROYECTO

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Con el presente proyecto se pretende dar solución a la deficiente condición que viene presentando la rivera del rio morales en la zona del Corregimiento de El Salto. El rio en varias ocasiones ha provocado estragos en la población; éste se encuentra a escasos kilómetros del rio Cauca y debido a la ola invernal que ha habido en el país, ha provocado inundaciones, además que está comenzando a deteriorar la estabilidad en varios tramos de la vía principal.

Se pudo observar que prácticamente el rio ya se encuentra a un costado de la vía, esta no cuenta con algún tipo de estructura que separe y contenga la vía del rio.

Hay en riesgo varias viviendas rivereñas al rio. Es por ello que se plantea en el proyecto una solución eficaz, con el fin de beneficiar a toda la población del corregimiento de El salto.

- Situación:Los taludes con problemas de erosión se encuentran ubicados a 400m del casco urbano del Corregimiento El Salto, municipio de Andalucía, Valle del cauca. La localización de los taludes erosionados queda recogida en el plano (levantamiento topográfico) del presente proyecto.

- Superficie:La zona de afectación tiene aproximadamente 400 metros cuadrados.

- Linderos:Norte: Corregimiento de CampoalegreOccidente: Río Cauca y Municipio de Río frio.Sur: Municipio de Tuluá, Corregimiento Bocas de Tuluá.Este: vereda Zajón de piedra.

- Situación urbanística:Es zona rural, hay casas ubicadas a un costado del rio y se encuentran en riesgo.

- Topografía:Tal como se desprende del levantamiento topográfico realizado, el terreno es plano con una pendiente mínima.

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6. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA VIA (Registro Fotográfico)

Se llevó a cabo la visita al sitio que se encuentra afectado. Se recopiló la información general del terreno, las condiciones actuales de las viviendas y vías aledañas. En esta última condición se caracteriza una vía por ser terciaria, sin pavimentar, ésta se encuentra conformada con material granular seleccionado.

La vía tiene varios huecos provocados por el transito normal en la zona, pero hay dos puntos donde el talud sufre de erosión a causa del rio morales.

En esta imagen se puede observar el rio morales junto a la carretera.

Se aprecia la erosión sobre la vía, causada por las crecientes del rio morales.

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El rio morales se encuentra a un costado de la vía. El tránsito de vehículos de carga pesada es restringido, pues podría ocasionar deslizamiento en la vía.

La población rivereña ha tenido que construir un jarillon.

Aunque el rio morales tiene un caudal bajo, en épocas de lluvia se vuelve muy caudaloso y provoca estragos en la población.

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7. DIAGNOSTICO PRELIMINAR

El estado actual de las vías del corregimiento de El salto es aceptable, presenta desgaste normal, pero hay dos puntos donde se presenta hundimiento de la banca con riesgo de deslizamiento, se debe dar pronta solución al riesgo de deslizamiento que hay en la zona de erosión. En poco tiempo la carretera podría desgastarse bastante e incomunicar a un gran porcentaje de la población del Corregimiento de El Salto.

En las imágenes anteriores se mostró el estado actual de la vía, en la cual se puede observar que prácticamente el rio ha ido acabando con el terreno alto. Se observa un muro de contención antiguo pero debido a las repetidas crecientes, el Río Morales ha provocado que la erosión se traslade a otros puntos, poniendo en evidente riesgo algunas viviendas.

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8. DISEÑOS Y ESTUDIOS

8.1 Sitio de Intervención

Los muros de contención estarán ubicados a 440 metros y 698,6 metros del casco urbano del corregimiento el salto.

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8.2 Localización

El proyecto se encuentra ubicado en el municipio de Andalucía. Este limita con Tuluá, Bugalagrande, en el departamento del Valle del Cauca.

Ubicado en el occidente colombiano, limita por el sur con el municipio de Tuluá, por el norte con el municipio Bugalagrande, por el oriente con la cordillera central y por el occidente con el Río Cauca, tiene 27.034 habitantes, 16.363 en la zona urbana y 10.671 en la zona rural, su extensión es de 316 km².

Su territorio es en mayoría plano aunque por el oriente posee terrenos montañosos con alturas hasta 1800 msnm, su temperatura media es de 23 ºC y su altitud de 995 msnm. Los muros van localizados en la parte plana del municipio de Andalucía, en la parte occidental se encuentra ubicado el Corregimiento de El Salto.

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8.3 Lineamientos de Diseño

Para el diseño del muro de contención se tuvo en cuenta las normas vigentes y el entorno paisajístico, se pretende conservar el mismo estilo del muro existente.

Se tomaron en cuenta los elementos constructivos y lineamientos de diseño de esta zona como:

- Concreto reforzado.

- El muro sobresaldrá a un costado de la vía.

- Se intervendrá los puntos más vulnerables de la vía.

- Instalación de filtros para controlar los niveles de aguas freáticas.

8.4 Programación

ESPACIO No. LONGITUD NETA (ml)

Muro 1 1 55

Muro 2 2 50

TOTAL 105

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8.5 JUSTIFICACIÓN

La vía del Corregimiento El Salto se encuentra en mal estado, de este modo, como lo describe la ley 400 y el código colombiano de sismo resistencia 2010, se debe de realizar una obra que cumpla con los requisitos mínimos para el buen funcionamiento de la vía. Es por ello que citamos el numeral H de estructuras de contención. Las cuáles son las idóneas para preservar la vida útil de la vía y por consiguiente la mejor calidad de vida de la población en general. Es por ello que se deben de tener todas las condiciones externas a que pueda estar sometida la estructura, tales como las sobrecargas por otras estructuras (paso vehicular), procesos de construcción cercanos, presiones hidrostáticas, las cargas de anclaje, las características del terreno, el sistema de drenaje y proceso de socavación y oleaje, efectos sísmicos y efectos de temperatura (dilatación térmica)

Las fuerzas actuantes sobre un muro de contención se consideran por unidad de longitud Las acciones que se deben tomar en cuenta, según el tipo de muro serán; el peso propio del muro, el empuje de tierras, la fricción entre muro y suelo que contiene el empuje hidrostático o las fuerzas de filtración en su caso, las sobrecargas en la superficie del relleno y las fuerzas sísmicas. Los empujes desarrollados en condiciones sísmicas se evaluarán en la forma indicada en H.5 Estas estructuras deberán diseñarse de tal forma que no se rebasen los siguientes estados límite de falla: volteo, desplazamiento del muro, falla de la cimentación del mismo o del talud que lo soporta, o bien rotura estructural. Además, se revisarán los estados límite de servicio, como asentamiento, giro o deformación excesiva del muro. Los empujes se estimarán tomando en cuenta la flexibilidad del muro, el tipo de material por contener y el método de colocación del mismo.

Los empujes debidos al agua subterránea deben minimizarse en lo posible, mediante el empleo de obras adecuadas de drenaje y despresurización. Sin embargo, cuando esto no es posible, deben sumarse a los empujes de tierras. Los muros de contención deberán siempre dotarse de un sistema de filtros y drenajes colocados atrás del muro, estos dispositivos deberán diseñarse para evitar el arrastre de materiales provenientes del relleno y para buscar una conducción eficiente del agua infiltrada, sin generación de presiones de agua significativas. Cuando la permeabilidad de la estructura sea superior a 1 cm/seg, como en el caso de gaviones o cribas, se puede emplear la propia estructura de contención para la captación y conducción del agua, pero se debe evitar la erosión del suelo que soporta por medio de filtros y garantizar el desagüe. Se tomará en cuenta que, aún con un sistema de drenaje, el efecto de las fuerzas de filtración sobre el empuje

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recibido por el muro puede ser significativo. De esta manera es de suma importancia los estudios de suelos para confirmar o negar la existencia de aguas subterráneas.

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8.6 METODOLOGÍA

Los muros de contención tienen como finalidad resistir las presiones laterales ó empuje producido por el material retenido detrás de ellos, su estabilidad la deben fundamentalmente al peso propio y al peso del material que está sobre su fundación. Los muros de contención se comportan básicamente como voladizos empotrados en su base. Un muro es toda estructura continua que de forma activa o pasiva produce un efecto estabilizador sobre una masa de terreno.

El carácter fundamental de los muros es el de servir de elemento de contención de un terreno, que en unas ocasiones es un terreno natural y en otras un relleno artificial. En la situación anterior, el cuerpo del muro trabaja esencialmente a flexión y la compresión vertical debida a su propio peso que es generalmente despreciable.Sin embargo, en ocasiones el muro desempeña una segunda misión que es la de transmitir cargas verticales al terreno, desempeñando una función de cimiento, la carga vertical puede venir de una cubierta situada sensiblemente a nivel del terreno o puede ser producida también por uno o varios forjados apoyados sobre el muro y por pilares que apoyan en su coronación transmitiéndole las cargas de los plantas superiores.Las formas de funcionamiento del muro de contención y del de sótano, son considerablemente diferentes, en el primer caso el muro se comporta como un voladizo empotrado en el cimiento, mientras que en el segundo el muro se apoya o ancla en los forjados, y a nivel de cimentación el rozamiento entre cimiento y suelo hace que sea innecesaria casi siempre la disposición de ningún otro apoyo. El cuerpo del muro funciona en este segundo caso como una losa de uno o varios vanos y a ese funcionamiento se superpone con frecuencia el de la pieza como viga de cimentación de gran canto.

Para proyectar muros de sostenimiento es necesario determinar la magnitud, dirección y

Punto de aplicación de las presiones que el suelo ejercerá sobre el muro. El proyecto de los muros de contención consiste en:

a- Selección del tipo de muro y dimensiones.b- Análisis de la estabilidad del muro frente a las fuerzas que lo solicitan, en caso que la estructura seleccionada no sea satisfactoria, se modifican las dimensiones y se efectúan nuevos cálculos hasta lograr la estabilidad y resistencia según las condiciones mínimas establecidas. c- Diseño de los elementos o partes del muro. El análisis de la estructura contempla la determinación de las fuerzas que actúan por encima de la base de fundación, tales como

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empuje de tierras, peso propio, peso de la tierra, cargas y sobrecargas con la finalidad de estudiar la estabilidad al volcamiento, deslizamiento, presiones de contacto suelo-muro y resistencia mínima requerida por los elementos que conforman el muro. Se debe comprender las designaciones utilizadas en un muro de contención. Estas son:

- Puntera: Parte de la base del muro (cimiento) que queda debajo del intradós y no introducida bajo el terreno contenido.- Tacón: Parte del cimiento que se introduce en el suelo para ofrecer una mayor sujeción.- Talón: Parte del cimiento opuesta a la puntera, queda por debajo del trasdós y bajo el terreno contenido.

- Alzado o cuerpo: Parte del muro que se levanta a partir de los cimientos de este, y que tiene una altura y un grosor determinados en función de la carga a soportar.- Intradós: Superficie externa del alzado.

- Trasdós: Superficie interna del alzado, está en contacto con el terreno contenido.

8.6.1 Consideraciones fundamentales

Un volumen de tierras, que suponemos sin cohesión alguna, derramado libremente sobre un plano horizontal, toma un perfil de equilibrio que nos define el ángulo de talud natural de las tierras o ángulo de fricción interna del suelo φ.Las partículas resbalan a lo largo del talud A-B, o talud natural de las tierras, que constituye la inclinación límite, más allá de la cual la partícula no puede mantenerse en equilibrio.

En la figura 1, se muestra un volumen de tierra derramado libremente y las fuerzas que origina una partícula sobre el talud. Considerando un elemento de peso p que reposa sobre el talud, la componente según el talud vale: p . Sen φ, y el equilibrio se establece entre dicha componente y la fricción que se desarrollaría por el efecto de la componente normal al talud: p . Cos φ, al ponerse en movimiento dicha partícula.

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Si designamos f el coeficiente de fricción de las tierras consigo mismas, la fuerza de fricción originada por el peso de la partícula en la dirección del talud A-B es: f . p . Cos φ. En el equilibrio:p⋅Senφ = f (p⋅Cosφ ) (1)f = Tanφ (2)

Por lo tanto la tangente del ángulo del talud natural es igual a la fricción interna de las tierras. El ángulo φ y el peso específico de los suelos γ, son variables y dependen del tipo de suelo y del estado de humedad, etc. En la tabla 1, se indican valores φ y γ, correspondientes a distintos tipos de suelos que se consideran desprovistos de cohesión, valores pueden ser de interés para las aplicaciones prácticas. Si por cualquier circunstancia es preciso dar a las tierras un talud mayor que φ, será necesario evitar su derrumbamiento, colocando un muro de sostenimiento o de contención, que constituye un soporte lateral para las masas de suelo, ver figura 2.

El tipo de empuje que se desarrolla sobre un muro está fuertemente condicionado por la deformabilidad del muro. En la interacción muro-terreno, pueden ocurrir en el muro deformaciones que van desde prácticamente nulas, hasta desplazamientos que permiten que el suelo falle por corte, pueden ocurrir desplazamientos de tal manera que el muro empuje contra el suelo, si se aplican fuerzas en el primero que originen este efecto.

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Si el muro de sostenimiento cede, el relleno de tierra se expande en dirección horizontal, originando esfuerzos de corte en el suelo, con lo que la presión lateral ejercida por la tierra sobre la espalda del muro disminuye gradualmente y se aproxima al valor límite inferior, llamado empuje activo de la tierra, ver figura 3.

Si se retira el muro lo suficiente y pierde el contacto con el talud, el empuje sobre él es nulo y todos los esfuerzos de corte los toma el suelo, ver figura 4.

Si el muro empuja en una dirección horizontal contra el relleno de tierra, como en el caso de los bloques de anclaje de un puente colgante, las tierra así comprimida en la dirección horizontal originan un aumento de su resistencia hasta alcanzar su valor límite superior, llamado empuje pasivo de la tierra, ver figura 5. Cuando el movimiento del muro da origen a uno de estos dos valores límites, el relleno de tierra se rompe por corte.

Si el muro de contención es tan rígido que no permite desplazamiento en ninguna dirección, las partículas de suelo no podrán desplazarse, confinadas por el que las rodea,

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sometidas todas ellas a un mismo régimen de compresión, originándose un estado intermedio que recibe el nombre de empuje de reposo de la tierra, ver figura 6.

Se puede apreciar que los empujes de tierra se encuentran fuertemente relacionados con los movimientos del muro o pared de contención. Dependiendo de la interacción muro-terreno se desarrollaran empujes activos, de reposo o pasivos, siendo el empuje de reposo una condición intermedia entre el empuje activo y el pasivo.Con el estado actual del conocimiento se pueden estimar con buena aproximación los empujes del terreno en suelos granulares, en otros tipos de suelos su estimación puede tener una mayor imprecisión.Los suelos arcillosos tienen apreciable cohesión, son capaces de mantener taludes casi verticales cuando se encuentran en estado seco, no ejercen presión sobre las paredes que lo contienen, sin embargo, cuando estos suelos se saturan, pierden prácticamente toda su cohesión, originando empuje similar al de un fluido con el peso de la arcilla, esta situación nos indica que si se quiere construir un muro para contener arcilla, este debe ser diseñado para resistir la presión de un líquido pesado, más resistente que los muros diseñados para sostener rellenos no cohesivos. En caso de suelos mixtos conformados por arena y arcilla, es conveniente despreciar la cohesión, utilizando para determinar el empuje de tierra solo el ángulo de fricción interna del material.

Para cada problema que se presenta, hay unas opciones de diseño de muro. Estos tipos se deben utilizar cumpliendo casos específicos de terreno, clima, economía y necesidad. Tenemos:

Muros de gravedad

Utiliza su propio peso como elemento estabilizador, no estando diseñado para que trabaje a tracción. Son muros de hormigón en masa en los que la resistencia se consigue por su propio peso. Normalmente carecen de cimiento diferenciado, aunque pueden tenerlo.Su ventaja fundamental es que no van armados. Pueden ser interesantes para alturas moderadas, y aún así, sólo si su longitud no es muy grande, pues en caso contrario, y en definitiva siempre que el volumen del muro sea importante.

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Muros de hormigón armado.

Son muros armados interiormente con barras de acero diseñado para poder soportar esfuerzos de tracción.

Tipos:

- Muros de semi gravedad Similar al de gravedad pero ligeramente armado.

- Muros ménsula o en “L”

En estos muros el momento al vuelco, producido por el empuje de las tierras, es contrarrestado por el peso de las tierras sobre la zapata.

Son los de empleo más corriente y aunque su campo de aplicación depende, lógicamente, de los costes relativos de excavación, hormigón, acero, encofrados y relleno, puede en primera aproximación pensarse que constituyen la solución más económica hasta alturas de 10 ó 12 metros.

- muros con contrafuertes

Constituyen una solución evolucionada de la anterior, en la que al crecer la altura y por lo tanto los espesores del hormigón, compensa el aligerar las piezas. A partir de los 10 ó 12m de altura es una solución que debe tantearse para juzgar el interés.

Puede tener los contrafuertes en el trasdós o en el intradós:

Con contrafuerte en el intrasdós Consiste en aligerar un muro de gravedad, suprimiendo hormigón en las zonas que colaboran muy poco en el efecto estabilizador.

Con contrafuerte en el trasdós, Su idea es igual al del muro con contrafuerte en el intrasdós, pero en este caso los contrafuertes son interiores, es decir, no se ven.

La segunda solución es técnica y económicamente mejor, por disponer el alzado en la zona comprimida de la sección en T que se forma. La primera solución, al dejar los contrafuertes vistos produce además, generalmente, una mala sensación estética.

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- muros con plataforma estabilizadora o de bandejas.

Se sitúa una o varias plataformas estabilizadoras que reducen el empuje producido por las tierras y los momentos de pantalla. Su concepto es muy diferente del que origina el muro de contrafuertes. Aquí no se trata de resistir el mismo momento flector, aumentando el canto y aligerando la sección, sino de reducir los momentos flectores debidos al relleno mediante los producidos por la carga del propio relleno sobre las bandejas.Su inconveniente fundamental radica en la complejidad de su construcción. Pude resultar una alternativa al muro de contrafuertes para grandes alturas.

- muros de bóvedas horizontales

Su filosofía es análoga a la del muro anterior, pero su construcción se remonta años atrás.

- pantallas; Ejecutadas en el interior del terreno, previamente a la excavación. Hay varios tipos:

- Empotradas

- Ancladas

- Pilotes

- Muros prefabricados

“Los muros prefabricados de hormigón son aquellos fabricados total o parcialmente en un proceso industrial mediante elementos de hormigón”.

Posteriormente son trasladados a su ubicación final, en donde son instalados o montados, con la posibilidad de incorporar otros elementos prefabricados o ejecutados en la propia obra.Estos se han clasificado según su diseño estructural:

- Muros prefabricados empotrados

Es el formado por un elemento plano o nervado, continuo o discontinuo, prefabricado de hormigón armado, pretensado o pos tensado y empotrado en su base.Trabajan en voladiza con un empotramiento en su base o zapata. Puede considerarse

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activo, es decir, entra en carga cuando se le aplica el material de relleno. Sus dos funciones principales son el sostenimiento y contención de tierras. La construcción de la zapata requiere una excavación previa, lo que dificulta a este muro tener una función de revestimiento.Los asientos importantes del terreno base pueden ser en determinadas ocasiones, un problema para este tipo de estructuras de contención. Estos muros son estructuras rígidas, pudiendo existir un nervio o zuncho superior que aumentaría más la rigidez del muro, por lo que si el terreno sobre el que se apoya sufre asentamientos diferenciales, la pantalla del muro se puede dañar, salvo que se disponga de juntas en la cimentación y zuncho, formándose en este caso un paramento articulado.

- Muros de pantalla prefabricada y zapata “in situ”

Estos muros se definen como muros de elementos modulares prefabricados de hormigón, de secciones nervadas, colocadas de forma continua, adosadas unos a otros, que empotrados en una zapata realizada “in situ”, constituyen el paramento exterior del muro.La máxima altura que puede alcanzar este tipo de muro varía según el fabricante, no superándose para un muro de contención los 9 metros.

Reciben directamente la práctica totalidad de los empujes del terreno. Su canto es variable, aumentando con la altura del muro, evitándose de esta forma la necesidad de armadura de corte, siendo el propio hormigón de pantalla el encargado de absorber todo el esfuerzo cortante.

El acabado de su cara vista puede tener diferentes formas, reduciéndose así el impacto visual que el muro podría originar en su entorno.

- Muros de pantalla prefabricada con tirante y zapata “in situ”

A estos muros los podemos definir como muros de paneles prefabricados de hormigón, planos o nervados, con un tirante y anclados, ambos elementos a una zapata construida “in situ”.

Su utilización más frecuente es en la construcción de muros de contención de alturas considerables.

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- Muros completamente prefabricados

Son muros en donde el panel y la zapata se han prefabricado conjuntamente formando un solo elemento.

Están formados por piezas de hormigón en forma de “L”, donde alzado y zapata forman un cuerpo monolítico, pudiendo su cara vista tener diferentes acabados (hormigón liso, árido visto, imitación piedra, etc.). Existen sistemas en los que la zapata está parcialmente construida, es decir, la pieza lleva la armadura necesaria para terminar de completar la zapata “in situ”.

- Muros de lamas

Muros formados por placas transversales prefabricadas, lamas, situadas entre unos contrafuertes verticales empotrados a la zapata hecha “in situ”.

Este tipo de muro lleva una cobertura vegetal. El aspecto final de la cara vista es el formado por unas bandejas fijadas lateralmente a los contrafuertes y ligeramente inclinadas, que sirven de apoyo para el crecimiento de la vegetación.El material de relleno en contacto con el muro está compuesto por una capa de tierra vegetal que sirve de base para el crecimiento posterior de vegetación, proporcionando así un aspecto final verde y una reducción del impacto visual. El número de placas depende de la altura del muro, oscilando la máxima altura para estos los ocho metros, con una separación entre ejes de aproximadamente 2,20 metros. Estos muros tienen la ventaja de poder sustituir fácilmente una placa, cuando esta sufra algún daño o rotura.

- Muro pantalla aligerado

Es el muro formado por una pantalla aligerada o alveolar prefabricada, anclada a otro panel prefabricado o zapata hecha “in situ”.

Este tipo de muro está formado por una placa alveolar anclada a una zapata, la cual puede ser:- Pantalla aligerada de menor dimensión, unida al alzado mediante una pieza prefabricada con forma triangular.

- Formada por piezas prefabricadas.

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- Realizada “in situ”.

La cara vista puede tener varios acabados, de forma similar a lo que ocurría para los de pantalla prefabricada y zapata “in situ”, según el entorno en el que se encuentre el muro.La máxima altura que se puede llegar a alcanzar con este tipo de muro oscila los siete metros. La anchura de las piezas está condicionada por las limitaciones del transporte.

- Muros prefabricados de gravedad

Se entiende por muro prefabricado de gravedad aquel formado por elementos prefabricados, que es estable por su propio peso, sin que existan esfuerzos de tracción en alguno de sus elementos.

Los muros de gravedad construidos mediante unidades prefabricadas pueden ser de módulos huecos o de bloques macizos. Sus funciones van a ser tanto de recubrimiento como de sostenimiento o contención de tierras.

La anchura de la solera de la base es variable, dependiendo de la altura del muro y de las condiciones de terreno.

- Muros de módulos prefabricados verdes

Se define como muro de módulos prefabricados verdes aquel muro formado por piezas prefabricadas huecas que se van encajando unas con otras rellenando posteriormente su interior con tierra.

Este tipo de muro admite el cultivo de flores y plantas reduciendo de este modo el impacto visual provocado por el muro. El aspecto visual que se obtiene es el de una combinación de superficies lisas de hormigón y vegetación.

Estos módulos son elementos prefabricados de hormigón armado de longitud y anchura diferentes, según las necesidades del muro, las formas de estas piezas son variables dependiendo del sistema comercial empleado.

La altura máxima aconsejable para este tipo de muro oscila entre los 20 y los 24 metros.

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- Muros de bloques macizos

Son muros de bloques macizos de hormigón encajados entre sí.

Existen en el mercado una amplia tipología de bloques utilizados en la construcción de muros. Todos ellos tienen distintas dimensiones, pesos y resistencias, dependiendo del fabricante.El manejo de estos bloques se realiza habitualmente de forma manual, sin requerir medio auxiliar alguno, debido a las pequeñas dimensiones y pesos.

Estos muros, pueden ser macizos o abiertos, los últimos dejan huecos libres, para normalmente, permitir el crecimiento de vegetación, pero así mismo supone una limitación para la altura que puede alcanzar el muro.

La máxima altura aconsejable que se puede alcanzar con un muro de este tipo, sin existir ningún tipo de refuerzo y dependiendo de la densidad de ajardinamiento de la cara vista, no supera los tres metros, para el caso de obra continúa.

- Muros de bloques prefabricados de hormigón

Son muros realizados mediante la superposición de bloques abiertos, no macizos, unidos entre sí por un mortero de cemento.

Su uso se limita a muros pequeños y medianos. En algunos casos puede ser necesario armarlos interiormente con barras de acero y hormigón, y unirlos mediante armaduras de espera a la zapata para resistir los momentos que se pueden dar en esta unión, en estos casos los huecos se rellenan con mortero.

Es un muro completamente vertical.

La altura máxima de este tipo de muros depende de la existencia, o no, de un refuerzo interno de los bloques. Es una situación favorable puede oscilar en torno a los tres metros.La cara vista del bloque puede ser lisa, tosca o con formas geométricas.

- Muros de tierra reforzada

Se definen como los muros construidos mediante tongadas de material de relleno, colocándose entre éstas elementos que arman el mismo, estando su paramento exterior formado por elementos prefabricados de hormigón.

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La combinación de las distintas piezas prefabricadas junto con la tierra compactada y las armaduras refuerzo dan como resultado un sistema estructuralmente resistente y estable debido a su gran peso propio.

Estos muros pueden estar construidos con bermas, de forma escalonada.La ocupación requerida por este tipo de muro, que va a depender de las características geotécnicas del relleno, es muy superior a la que necesitan los muros de pantalla y contrafuerte. El principal uso de estos muros son los de sostenimiento o contención de tierras.

- Muro celular verde

Son muros de piezas prefabricadas, con forma de celdas, constituyendo una estructura celular de contención, reforzándose el trasdós o relleno mediante un ge textil.Estas piezas se encajan entre sí gracias a unas muescas o ranuras dispuestas a tal modo. El montaje entre ellas se realiza normalmente en seco, es decir, sin necesidad de mortero.

8.6.2 Drenajes

En la práctica se ha observado que los muros de contención fallan por una mala condición del suelo de fundación y por un inadecuado sistema de drenaje. Determinar cuidadosamente la resistencia y compresibilidad del suelo de fundación, así como el estudio detallado de los flujos de agua superficiales y subterráneos son aspectos muy importantes en el proyecto de muros de contención.

Cuando parte de la estructura del muro de contención se encuentra bajo el nivel freático, bien sea de manera ocasional o permanente, la presión del agua actúa adicionalmente sobre él. En la zona sumergida la presión es igual a la suma de la presión hidrostática más la presión del suelo calculada con la expresión más conveniente de empuje efectivo, de manera que la presión resultante es considerablemente superior a la obtenida en la condición de relleno no sumergido. Esta situación ha sido ignorada por muchos proyectistas y es una de las causas de falla más comunes en muros de contención.

En consecuencia resulta más económico proyectar muros de contención que no soporten empujes hidrostáticos, colocando drenes ubicados adecuadamente para que canalicen el agua de la parte interior del muro a la parte exterior, tal como se muestra en las siguientes figuras.

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En condiciones estables de humedad, las arcillas contribuyen a disminuir el empuje de tierra, sin embargo, si estas se saturan, generan empujes muy superiores a los considerados en el análisis. Por esta razón es conveniente colocar material granular (φ>0) como relleno en los muros de contención.

Las estructuras sumergidas o fundadas bajo el nivel freático, están sujetas a empujes hacia arriba, denominado sub-presión. Si la sub-presión equilibra parte del peso de las estructuras, es beneficiosa ya que disminuye la presión de contacto estructura-suelo, pero si la sub-presión supera el peso de estructura, se produce una resultante neta hacia arriba la cual es equilibrada por la fricción entre las paredes de la estructura y el suelo. Esta fricción puede ser vencida inmediatamente al saturarse el suelo, produciendo la emersión de la estructura.

8.6.3 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, peso de la tierra de relleno, cargas y sobrecargas con la finalidad de estudiar la estabilidad al volcamiento y deslizamiento, así como el valor de las presiones de contacto.

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El peso propio del muro: esta fuerza actúa en el centro de gravedad de la sección, y puede calcularse de manera fácil subdividiendo la sección del muro en áreas parciales sencillas y de propiedades geométricas conocidas.

La presión que la tierra ejerce sobre el muro que la contiene mantiene una relación directa con el desplazamiento del conjunto, en el estado natural si el muro no se mueve se dice que existe presión de reposo; si el muro se mueve alejándose de la tierra o cede, la presión disminuye hasta una condición mínima denominada presión activa. Si el muro se desplaza contra la tierra, la presión sube hasta un máximo denominado presión pasiva.

En la siguiente figura, se muestra la variación del coeficiente de presión de tierras K, en función de la rotación del muro (NSR-10).

El diseño suele empezar con la selección de dimensiones tentativas para luego verificar la estabilidad de esa configuración. Por conveniencia, cuando el muro es de altura constante, puede analizarse un muro de longitud unitaria, de no resultar la estructura seleccionada satisfactoria, se modifican las dimensiones y se efectúan nuevas verificaciones hasta lograr la estabilidad y la resistencia requerida.En un muro pueden fallar las partes individuales por no ser suficientemente fuertes para resistir las fuerzas que actúan, para diseñar contra esta posibilidad se requiere la determinación de espesores y refuerzos necesarios para resistir los momentos y cortantes.

8.6.4 Juntas

Existen dos tipos de juntas, de construcción y de dilatación. Durante la construcción de los muros de contención, el gran volumen de concreto requerido no se puede colocar en una sola colada, este proceso hay que hacerlo por etapas, generando juntas de construcción verticales y horizontales, que deben ser previstas. En este caso la superficie que deja la junta de construcción debe ser rugosa, con salientes y entrantes, de tal manera que se

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incremente la fricción en los planos en contacto, procurando garantizar la continuidad del material. En la siguiente figura se muestran algunas juntas de construcción en muros de contención.Los cambios de temperatura originan dilataciones y contracciones que hacen que el concreto se fisure y agriete. Las juntas de dilatación o de expansión, son utilizadas para disminuir la fisuración y el agrietamiento en el concreto como consecuencia de los cambios de temperatura ambiental y de la retracción del concreto. Estas juntas son necesarias si no se provee al muro de suficiente acero de refuerzo de temperatura y de retracción.

8.7.5 Muros con presencia de agua en el relleno.

La presencia de agua en el relleno como consecuencia de infiltraciones subterráneas y por acción de la lluvia debe minimizarse en lo posible mediante el empleo de obras adecuadas de drenaje. Si el material de relleno del muro de contención es permeable (gravas y arenas), el aporte de agua por infiltraciones subterráneas y de lluvia, es evacuado mediante filtración predominantemente vertical, de esta manera el agua no rebasará la cota del sistema de drenaje. Las ecuaciones vistas hasta ahora son válidas y pueden ser utilizadas para la determinación del empuje de tierra.

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De no ser posible drenar el agua retenida por el muro, el cálculo de los empujes debe afectarse de manera importante, sumando a los empujes de tierra la presión hidrostática. Si el material de relleno es de baja permeabilidad, como es el caso de las arcillas, las arenas finas y las arenas limosas, aunque exista un sistema de drenaje para evacuar los aportes de agua, se produce un aumento de presiones y de los empujes respecto a los casos estudiados anteriormente debido a la baja permeabilidad del suelo, en estos casos para determinar las presiones y empujes se debe utilizar el peso especifico del suelo húmedo.Si el nivel del agua puede alcanzar la cota de corona del muro o una intermedia, las presiones en este caso pueden ser estimadas sustituyendo el peso específico γ por el peso específico del suelo sumergido γs , añadiendo la presión hidrostática, esta última actúa en dirección perpendicular a la cara interior de la pantalla. En todo caso la presión hidrostática debe ser considerada siempre para niveles inferiores al nivel más bajo del sistema de drenaje.

agua s sat γ = γ − γ (93)

γsat es el peso específico del suelo saturado y γagua es el peso específico del agua (1.000 Kg/m3). Para el caso indicado en la figura 27, la presión p a una profundidad z de la corona del muro, resulta:

[ ( )] ( ) 0 s 0 agua 0 p = γ ⋅ z + γ ⋅ z− z ⋅K+ γ ⋅ z− z (94)para: z z ..................z z 0 0 ≤ = (95)

z0 es la profundidad del nivel de agua.

Una vez determinadas las presiones se puede calcular los empujes activos o de reposo según sea el caso. En la tabla 9 se indican algunos valores de peso específico sumergido γs de diferentes tipos de suelos granulares. De la información recopilada y del uso adecuado de las diferentes teorías estudiadas dependerá la estabilidad y la vida útil de los muros utilizados como estructuras de contención de tierras.

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Peso especifico de materiales sumergidos

8.6.6 Pre dimensionado.

El pre dimensionado de los muros de contención en voladizo 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 siguiente figura se indican las recomendaciones para el pre dimensionamiento de muros en voladizo en general, el diseñador puede proponer dimensiones razonables según su experiencia, dimensiones que luego deberá verificar.

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Donde, F espesor del fuste o pantalla en la base, e espesor de la base o zapata, P puntera de la base, T el talón de la base, c espesor de la corona del muro.La cara exterior del muro puede ser vertical como en el caso del muro de la figura anterior, sin embargo la teoría de Rankine supone que la cara interna del muro es vertical.En la figura anterior se muestra el pre dimensionado del muro de H m de altura, fundado a X m de profundidad. Como se hace uso de la ecuación de Rankine para la determinación del empuje de tierra se propuso la cara interna del muro vertical (ψ=90°).

Condiciones especiales de carga deben ser tomadas en cuenta como en el caso de estribos para puentes, ya que sobre el muro actúan además de las cargas anteriores, la carga muerta y sobrecarga de la superestructura.

8.6.7 Diseño de la base

La puntera de la base del muro se comporta como un volado sometido a una presión o carga vertical hacia arriba correspondiente a la reacción del suelo y al peso propio que actúa hacia abajo, predominando en este caso la reacción del suelo, los momentos flectores resultantes originan tracción en la fibra inferior.Sobre el talón de la base del muro predomina la carga vertical hacia abajo correspondiente a la suma del peso del relleno y del peso propio del muro, actuando hacia arriba la reacción del suelo, los momentos flectores resultantes originan tracción en la fibra superior.En la próxima figura se muestran las fuerzas actuantes y también se indican la sección crítica.

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La fuerza cortante resultante en la puntera V1-1 se determinó despreciando el peso del relleno, debido a que no se puede garantizar la permanencia de mismo.

Diseño de la Zapata por corte

El máximo corte que actúa en la zapata ocurre en la puntera (sección 1-1) y se usa el factor de mayo ración de carga ponderado según NSR-10 y el factor de minoración de resistencia por corte: Ф=0,75.

La pantalla del muro se comporta como un volado sometido a la presión horizontal que ejerce la tierra y la sobrecarga, los momentos flectores resultantes originan tracción en la cara interna en contacto con la tierra, la cual deberá ser reforzada con acero. Las solicitaciones de corte y flexión se determinan en diferentes secciones hechas en la altura del muro, normalmente se hacen secciones a cada metro, midiendo la altura y desde la corona del muro hasta la unión de la pantalla con la zapata.