INTRODUCCIÓN

Las estructuras de contención pueden ser autónomas, que soporten directamente las solicitudes de los materiales por contener, ó que involucren a dichos materiales con ayuda de refuerzos, para que éstos participen con sus propiedades a soportar dichas solicitudes en forma segura.

Los muros de contención son estructuras que proporcionan soporte lateral a una masa de suelo y deben su estabilidad principalmente a su propio peso y al peso del suelo que este situado directamente arriba de su base esta puede ser temporal o permanente, a taludes verticales o cuasi verticales de suelo, enrocado o macizos rocosos muy fracturados o con discontinuidades desfavorables.

Se diseñan con el propósito de mantener una diferencia en los niveles del suelo de sus dos lados de ahí reciben el nombre de contención y retención. La tierra que produce el mayor nivel se llama relleno y es el principal elemento generador de la presión.

Los muros de contención se usan principalmente para resistir masas de tierra u otro material de consistencia suelta cuando las condiciones existentes hacen imposible que estas masas asuman su ángulo de reposo natural. Las condiciones anteriores ocurren cuando el ancho de una excavación, corte o terraplén está restringido por límites de propiedad, uso de la estructura o la economía.

Adicionalmente se usan para reducir el empuje horizontal debido a: tierra, agua y vientos en las vías de comunicación terrestre, flu-vial, oleaje, aludes y erosión en las riberas.

Antes de 1900, los muros de contención se construían de mampostería de piedra, posteriormente fueron de concreto ciclópeo y finalmente de concreto reforzado hasta la fecha.

Los muros de contención tienen usos múltiples en la ingeniería tales como en carreteras a media ladera, en edificaciones construidas en terrenos con diferencias de nivel, en soportes de tuberías e instalaciones especiales .Los estribos de puentes son muros de contención con alas de extensión para sostener el relleno y proteger la erosión.

TIPOS DE MUROS DE CONTENCIÓN

Los muros de contención convencionales generalmente se clasifican en cuatro tipos dependiendo su funcionamiento:

a) Muros de contención de gravedad.b) Muros de contención de semigravedad.c) Muros de contención en voladizo.d) Muros de Contención con contrafuertes.e) Muros de Contención en gaviones.f) Muros cortina.g) Tablestacas Metálicas.h) Muros pantalla.

a) Muros de Contención de gravedad:

Se construyen con concreto simple o con mampostería. Dependen de su peso propio y de cualquier suelo que descanse sobre él para su estabilidad. Son estructuras pesadas, de grandes secciones que exigen la utilización de materiales poco costosos para que sean

practicables. El diseño debe garantizar que no haya tracción en ninguna de sus secciones, se suele colocar una cantidad de acero para

restringir el agrietamiento con los cambios de temperatura. No es económico para muros altos. Su uso genera empleos temporales, son más económicas que otras estructuras (de tabique u otros materiales ligeros), 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. Controlan el deterioro de las márgenes de los ríos, son de utilidad en el mantenimiento de las áreas útiles de cultivo y también sirven para la delimitación de predios.

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).

b) Muros de Contención de semigravedad:

Es un muro de contención más esbelto que el de gravedad y requiere refuerzo, consiste en varillas verticales colocadas a lo largo de la cara interior del muro y otras continúan dentro de las zapatas. También lleva acero por temperatura cerca de la cara expuesta.

c) Muros de Contención en voladizo:

Se construyen en hormigón reforzado y su estabilidad depende de su forma, de sus dimensiones y del peso del suelo. Son muros de poco pie y mucho talón. Deben su estabilidad básicamente a la acción de empotramiento en el extremo inferior, de esta manera el muro trabaja como

una viga vertical en voladizo que soporta las cargas horizontales debidas al empuje de tierras. Son muros cuyo funcionamiento es el de losas en voladizo construidas en concreto reforzado y en algunos casos en

mampostería reforzada. Sección transversal puede ser “T” o L Es una estructura esbelta susceptible a resistir a esfuerzos a tracción. Estos muros están constituidos por dos o tres voladizos dependiendo su sección transversal y altura.

Por razones prácticas no se recomienda exceder aturas mayores a 6 m.

d) Muros de Contención con contrafuertes:

El muro de contrafuerte consiste en una delgada losa exterior vertical, apoyada a intervalos en losas verticales o contrafuertes que cortan en ángulo recto la losa exterior. Tanto la losa exterior como los contrafuertes están conectados a la losa de la zapata y el espacio que existe entre la zapata y entre los contrafuertes se rellena de suelo.

Todas las losas están completamente reforzadas. Son muros cuyo funcionamiento es similar a los muros de voladizo. El propósito de los contrafuertes es reducir la fuerza cortante y los momentos flectores.

e) Muros de Contención en gaviones: Los muros en gaviones son estructuras de gravedad y su diseño sigue la práctica estándar de la ingeniería civil, para su diseño deben considerarse los siguientes aspectos:

Las unidades de gaviones deben amarrarse entre sí para garantizar una estructura monolítica y evitar el movimiento de unidades aisladas.

Por su flexibilidad el muro de gaviones puede deformarse fácilmente sin necesidad de que ocurra un volcamiento o un deslizamiento, es común encontrar deformaciones del orden del 5% diferenciándose en ello los muros convencionales.

La posibilidad del empleo de diferentes mallas permite escoger un rango de rigidez o de flexibilidad. Si se desea un muro rígido debe seleccionarse la malla electrosoldada, emplear cantos grandes y colocar una buena

cantidad de tirantes de rigidez. Proporciona protección contra tensiones internas de tracción. Fácil alivio de presiones de agua en el suelo. Soporta asentamientos sin pérdida de eficiencia. Su construcción es sencilla. Por ser estructura reforzada es capaz de resistir tensiones de tracción. Es más económica que las obras de hormigón.

f) Muros de cortina:

Se construyen en hormigón reforzado aligerándolos con bloques huecos de hormigón o mamposteria, se utiliza especialmente en sótanos de edificios, se apoyan en la viga de fundación y en la losa de entrepiso, el refuerzo debe llevarse desde la viga de fundación hasta la viga de la losa del entrepiso.

g) Tablestacas Metálicas:

Son elementos metálicos de sección alabeada que entrelazados entre si forman un muro. Las longitudes normalmente usadas son de 6,8 y 12 metros. Estos elementos metálicos en forma de U abierta poseen un deslizadera a cada extremo por donde son entrelazadas entre si

formando una junta estanca. Pueden ser colocadas por medio de equipo de martillo de vibración o martillos de hinca. Se usa en la construcción de canales para la colocación de ductos y tuberías de acueducto o en complejos industriales. Se usa como contención en ciudades para la colocación de alcantarillados ,en la construcción de muelles cerrados para

sostenimiento de rellenos seleccionados. En vías como elementos de contención de suelos inestables.

Son estructuras de contención del terreno, que se construyen antes de efectuar el vaciado de una excavación.

Sus características son:

Flexibilidad Protección Alta durabilidad Fácil instalación Resistencia

h) Muros Pantalla:

Los Muros Pantalla constituyen un tipo de cimentación Profunda muy usada en edificios de altura, que actúa como un muro de contención y brinda muchas ventajas por ahorro de costes y mayor desarrollo en superficies.

Es la tipología de Cimentaciones más difundida en áreas urbanas para edificios con sótano en un predio entre medianeras, en parqueaderos y a modo de barreras de contención de agua subterránea en túneles y carreteras..

El muro pantalla es un muro de contención que se construye antes de efectuar el vaciado de tierras, y transmite los esfuerzos al terreno.

Estos elementos estructurales subterráneos se emplean también en forma temporal para la contención y retención de paredes.

Son estructuras de contención del terreno, que se construyen antes de efectuar el vaciado de una excavación. Se fabrican perforando el terreno, mediante el hincado o con ayuda de lodos bentoníticos, y moldeando en su interior una

pared de hormigón armado.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO Y CARGAS DE DISEÑO

En el diseño de estructuras de contención se deben tener en cuenta las condiciones externas a que puede estar sometida, tales como las sobrecargas por otras estructuras, los procesos de construcción, las presiones hidrostáticas, las cargas de anclaje, las cargas de tráfico, las características del relleno, el sistema de drenaje, procesos de socavación o de oleaje (en vecindad de cuerpos de agua), efectos sísmicos y efectos de temperatura.

También debe tenerse en cuenta el tiempo de servicio esperado de la estructura. Las fuerzas actuantes sobre un muro de contención se considerarán por unidad de longitud. Los empujes se estimarán tomando en cuenta la flexibilidad del muro, el tipo de material por contener y el método de colocación del

mismo. El empuje de tierras suele identificarse por un coeficiente que varia según el tipo de suelo y la inclinación del muro. Existen varias teorías en la mecánica de suelos para determinar el empuje de tierras vale mencionar:

Coulomb. Rankine. Terzaghi.

Para poder diseñar adecuadamente un muro de contención, es necesario estimar lo más exacto posible la magnitud y la distribución de las diferentes cargas que actúan sobre él.

Se deben tener en cuenta para el cálculo de empujes coeficientes de presión de tierras según el estado de empuje que se presente sobre el muro:

Estado Activo. Estado Pasivo. Estado en reposo.

Las cargas que deben tenerse en cuenta en el diseño de muros de contención son las siguientes:

Peso propio del muro. Presión del lleno sobre el respaldo del muro. Presión de tierras contra el frente del muro. La componente normal de las presiones de cimentación. La fricción. Sobrecargas. Fuerzas de filtración o de presión hidrostática. Subpresiones. Vibraciones. Sismo.

ESTUDIO DE SUELOS

EMPUJES DE TIERRAS

Para calcular los diagramas de presiones de tierras necesarios para los análisis de estructuras de contención como muros y pantallas convencionales, se recomiendan usar los siguientes coeficientes de empujes de presión de tierras. Estos coeficientes tienen en cuenta que la estructura de contención se comporta como un elemento rígido con mínimas deformaciones.

COEFICIENTE DE TIERRAS EN REPOSO (KO)

Es una relación entre el esfuerzo horizontal efectivo y el esfuerzo vertical efectivo del terreno. Se debe tener en cuenta que el valor de Ko corresponde a una situación geoestática en el suelo, en la cual el terreno no ha sufrido ningún tipo de deformación diferente a las deformaciones causadas por la formación misma del suelo. Para el cálculo del Ko se utilizó la relación propuesta por Jacky en función del ángulo de fricción efectivo del suelo.

Donde, es el ángulo de fricción efectivo del suelo y Ko es el coeficiente de empuje de tierras en reposo.

COEFICIENTE PASIVO DE TIERRAS (KP)

Es la relación entre el esfuerzo horizontal efectivo y el esfuerzo vertical efectivo para una condición inminente de falla en la cual el esfuerzo horizontal efectivo aumenta hasta alcanzar un estado de plastificación por corte en el material manteniendo el esfuerzo vertical efectivo constante.

El coeficiente pasivo de tierras en el presente estudio se calculará por medio de la teoría de Rankine en la cual el valorde Kp sólo depende del ángulo de fricción efectivo del suelo.

Donde φ es el ángulo de fricción efectivo del suelo y Kp es el coeficiente pasivo de empuje de tierras.

COEFICIENTE ACTIVO DE TIERRAS (KA)

Es la relación entre el esfuerzo horizontal efectivo y el esfuerzo vertical efectivo para una condición de falla en la cual el esfuerzo horizontal efectivo disminuye hasta alcanzar un estado de plastificación por corte en el material manteniendo el esfuerzo vertical efectivo constante. El

coeficiente activo de tierras en el presente estudio se calculará por medio de la teoría de Rankine en la cual el valor de Ka solo depende del ángulo de fricción efectivo del suelo.

Donde, es el ángulo de fricción efectivo del suelo y Ka es el coeficiente activo de empuje de tierras.

EJEMPLO VALORES SUMINISTRADOS POR ESTUDIO DE SUELOS:

ESTADOS LÍMITE

-Estados límites de falla que se deben considerar para un muro de contención. Estas estructuras deberán diseñarse de tal forma que no se rebasen los siguientes estados límite de falla:

La rotura estructural. Las deformaciones de la estructura. El volcamiento. La falla por capacidad de carga. La pérdida de apoyo por erosión del terreno. El deslizamiento horizontal de la base bajo el efecto del empuje del suelo. Inestabilidad general del talud en el que se encuentre desplantado el muro.

-Estados límites de servicio: Cuando las deformaciones del sistema de contención afecten el funcionamiento de estructuras vecinas o generen procesos de falla en otras estructuras. Se revisarán los estados límite de servicio, como asentamiento, giro o deformación excesiva del muro.

(Tabla NSR-10-CAPITULO H-6)

DISEÑO DE MUROS DE CONTENCION SEGÚN LA NSR 10

COMBINACIONES DE CARGA PARA SER UTILIZADAS CON EL METODO DE ESFUERZOS DE TRABAJO O EN LAS VERIFICACIONES DEL ESTADO LIMITE DE SERVICIO.

COMBINACIONES DE CARGAS MAYORADAS USANDO EL METODO DE RESISTENCIA.

Empuje lateral del suelo (B.2.4.2.6)

Cuando H esté presente, se debe incluir en las combinaciones anteriores de carga los factores de carga que se ajusten a:

a) Cuando H actúe solo o incremente el efecto de otras cargas, debe incluirse con un factor de carga de 1.6.

b) Cuando el efecto de H es permanente y contrarresta el efecto de otras cargas, debe incluirse con un factor de carga de 0.9.

c) Cuando el efecto de H no es permanente, pero cuando está presente contrarresta el efecto de otras cargas, no se debe incluir H.

CAPITULO H-6

A continuación se presenta un resumen del contenido que se puede encontrar en este capítulo:

H.6.0 – NOMENCLATURA. H.6.1-GENERALIDADES. H.6.2- ESTADOS LÍMITES. H.6.3-CONSIDERACIONES DE DISEÑO. H.6.4-PRESIÓN DE TIERRAS. H.6.5-EMPUJES DEBIDO AL AGUA. H.6.6-EMPUJES POR CARGAS EXTERNAS. H.6.7-CAPACIDAD ANTE FALLA. H.6.8-EMPUJES SISMICOS. H.6.9-FACTORES DE SEGURIDAD INDIRECTOS.

CONCLUSIONES

Para diseñar apropiadamente los muros de contención, el ingeniero debe conocer los parámetros básicos tale como peso específico, ángulo de fricción y la cohesión del suelo retenido detrás del muro y del suelo debajo de la losa de la base.

El conocimiento de las propiedades del suelo detrás del muro permite al ingeniero determinar la distribución de presión lateral que gobierna el diseño.

Existen dos etapas en el diseño de un muro de contención convencional:

En la primera etapa se evalúa la Estabilidad del muro examinando volcamiento, deslizamiento y capacidad portante. En la segunda etapa cada componente de la estructura se revisa por resistencia determinando el refuerzo de acero de cada componente para solicitaciones de flexión y corte.

Se deben evaluar con cuidado las condiciones de carga a la cual va estar sometido el muro de contención y la condición de empuje a la cual va estar sometido y de esta forma.

Se debe contar con un estudio de suelos el cual evalué los parámetros de resistencia del suelo , coeficientes de presión y capacidad portante.

Se debe escoger que tipo de muro de contención se utiliza dependiendo las condiciones de empuje a controlar y el proceso constructivo a ejecutar buscando soluciones económicas y seguras.

Se deben considerar los estados límites de falla y servicio a la hora de diseñar un muro de contención.

BIBLIOGRAFÍA

http://es.wikipedia.org/wiki/Muro_de_contencion http://www.detallesconstructivos.net http://www.sagarpa.gob.mx http://www.google.com REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIONES SISMO RESISTENTE NSR-10 Segura Franco, Jorge Ignacio. ESTRUCTURAS DE CONCRETO I. Universidad Nacional de Colombia. Roberto Rochel Awad. HORMIGON REFORZADO.TOMO 2