Curso: suelos II noviembre 2014

INTRODUCCIÓN

Los muros son elementos constructivos cuya principal misión es servir de contención, bien de

un terreno natural, bien de un relleno artificial o de un elemento a almacenarEn ocasiones los

muros desempeñan la función de cimiento, al transmitir las presiones o cargas suministradas

por los pilares o por los forjados que se apoyan en la coronación del muro. Esta situación es

característica de los muros de sótano, muy desarrollada en la edificación actual.

Las formas de funcionamiento del muro de contención y del muro de sótano son diferentes.

Mientras que el muro de contención se comporta básicamente como un voladizo empotrado

en el cimiento, el cuerpo de un muro de sótano se compota como una losa de uno o varios

vanos.

OBJETIVOS GENERALES

Exponer los aspectos más importantes acerca de la teoría de empujes de tierra

Describir la forma en que las estructuras interactúan con la masa de suelo contenida

Realizar una presentación general de los sistemas de contención desarrollados por la

ingeniería

Dar a conocer sistemas de anclajes aplicados a muros de contención

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Efectuar una descripción de los sistemas de contención denominados muros

pantalla

describir las principales características y exponer los métodos constructivos de los

sistemas de contención: Muro pantalla, Pantalla de pilotes y Muro tipo Berlinés.

realizar un análisis comparativo de costos, rendimiento y aplicabilidad de los

sistemas de contención anteriormente nombrados, en base a un proyecto real.

CLASIFICACIÓN DE MUROS

La clasificación de los muros se hace de

acuerdo a su:

FUNCION POSICION

Carga Interiores

Aislamiento/Separación Exteriores

Decoración

Contención CONSTITUCION (material)

Opacos

POSICION DINAMICA Translucidos

Fijos Transparentes

Móviles

Muros de hormigón

El concreto y la mampostería son los materiales clásicos para muros. La

madera se emplea en forma de tablero con armazón y cubierta de la misma

madera contrachapeada o de otros materiales

Muros de hormigón armado

Muros de hormigón ciclópeo

El concreto ciclópeo es una mezcla de concreto con cantos o bloques de roca

dura. Generalmente, se utilizan mezclas de 60% de concreto y 40% de volumen

de piedra. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que a mayor cantidad de

piedra existe mayor posibilidad de agrietamiento del muro, por presencia de

zonas de debilidad estructural interna. En ocasiones se le colocan refuerzos de

varilla de acero dentro del concreto ciclópeo para mejorar su resistencia

interna. El diseño de un muro de concreto ciclópeo es muy similar al de los

muros de concreto simple rígidos y masivos

DISEÑO DE MUROS

Una vez conocidas las características del suelo en donde se emplazará el muro de contención, se debe

proceder a realizar el diseño del mismo. Un diseño adecuado para un muro de contención debe

considerar los siguientes aspectos:

Los componentes estructurales del muro deben ser capaces de resistir los esfuerzos de corte y

momento internos generados por las presiones del suelo y demás cargas.

El muro debe ser seguro contra un posible volcamiento.

El muro debe ser seguro contra un desplazamiento lateral.

Las presiones no deben sobrepasar la capacidad de soporte del piso de fundación.

Los asentamientos y distorsiones deben limitarse a valores tolerables.

Debe impedirse la erosión del suelo por debajo y adelante del muro bien sea por la presencia de

cuerpos de agua o de la escorrentía de las lluvias.

Debe considerarse la posibilidad de presencia de presiones de agua detrás del muro.

El muro debe ser estable a deslizamientos de todo tipo

PROCEDIMIENTO

Son muchas las formas por las cuales se pueden llegar a determinar las dimensiones de los

elementos constitutivos de un muro de contención, con los avances tecnológicos incluso es

posible encontrar programas de diseño estructural de libre distribución en Internet.

Para proceder al diseño una vez conocida la topografía del sitio y la altura necesaria del muro

debe procederse a:

a) Escoger el tipo de muro a emplearse.

b) Dibujar a escala la topografía en perfil de la sección típica del muro.

c) Sobre la topografía dibujar un diagrama "tentativo" supuesto del posible muro.

d) Conocidas las propiedades de resistencia del suelo y escogida la teoría de presiones a

emplearse, calcular las fuerzas activa y pasiva y su punto de aplicación y dirección de 1/2 a

2/3, de acuerdo al ángulo de fricción del suelo y la topografía arriba del muro.

e) Calcular los factores de seguridad así:

a. Factor de seguridad contra volcamiento.

b. Factor de seguridad contra deslizamiento de la cimentación.

a) Si los factores de seguridad no satisfacen los requerimientos deben variarse las

dimensiones supuestas y repetir los pasos de a hasta “e”. Si son satisfactorios

se procederá con el diseño.

b) Calcular las presiones sobre el piso y el factor seguridad contra capacidad de

soporte.

c) Calcular los asentamientos generados y si es necesario ampliar la base del

muro o en su defecto establecer el pie del muro en otro estrato de suelo.

Diseñar los sistemas de protección contra:

Socavación o erosión en el pie.

Presencia de presiones de agua detrás del muro.

a) Finalmente deben calcularse los valores de los esfuerzos y momentos internos

para proceder a reforzar o ampliar las secciones del muro, de acuerdo a los

procedimientos estandarizados de la Ingeniería estructural (Suárez, 1998).

PROBLEMAS ASOCIADOS A LOS MUROS

El principal problema de los muros de contención es que son elementos

estructurales que están durante toda su vida útil en contacto directo con el suelo,

sufriendo tanto las acciones de éste (no sólo mecánicas, sino alguna otra como

humedades, etc.), como también las del propio edificio. Probablemente sean los

elementos estructurales que sufren una mayor problemática debido a esta razón

son la principal causa de lesiones en los edificios. Los síntomas no sólo se podrían

observar en el propio muro, sino también en el resto de la construcción.

GIRO EXCESIVO DEL MURO

Una de las principales características que debe cumplir un muro de contención es

su estabilidad general, que evitaría la inclinación del mismo. Consiste en el vuelco

del punto más alto respecto al punto más alejado de la zapata.

DESPLAZAMIENTO DEL MURO

Se consideraría un deslizamiento del mismo. Puede coincidir con movimientos

entre estratos diferentes del terreno. La presencia de tacón en el muro (en el

caso de un muro con zapata) o una mayor profundidad de empotramiento (en al

caso de muros enterrados) favorecen la resistencia del mismo a este tipo de

problema.

DESPLAZAMIENTO PROFUNDO DEL MURO

Este problema consiste no sólo en un deslizamiento del muro, sino que el

mismo también sufre un hundimiento así como un giro. Se debe a la formación

de una superficie de deslizamiento profunda (coincidiendo con un estrato

blando), de forma circular.

DEFORMACIÓN EXCESIVA DEL ALZADO

Se trata de una problemática poco frecuente, ya que se produce cuando el muro

es demasiado esbelto en la zona superior del alzado, algo poco común, ya que

éstos están caracterizados por su peso, y éste no se logra de otro modo sino por

volumen y anchura del mismo.

FISURACION EXCESIVA

Producida en su mayor medida en las zonas de tracción (trasdós), es por ello que

pueden ser causa de mayores problemas, ya que ésta es la parte del muro en

contacto con el terreno, por lo tanto, más atacable.

ROTURA POR FLEXIÓN

Este tipo de problema puede aparecer tanto en el alzado, como en la punta del

muro. Normalmente los síntomas sólo podrían ser visibles en la zona de trasdós,

por lo que no serían observables, hecho que puede ser motivo de colapso al no

poder hacer frente al problema. Este hecho puede tener mayores consecuencias

cuando las edificaciones se encuentren entre medianeras.

ROTURA POR ESFUERZO CORTANTE

Estos esfuerzos, como los de flexión, pueden producir roturas en diversas zonas del muro.

Este tipo de problemática y lo común que puede ser, desaconseja la utilización de la

fábrica de ladrillo para las estructuras de contención, debido a su escasa resistencia a

estos empujes.

ASIENTOS

Aunque no se puede considerar una problemática que pueda causar una rotura en el

muro (si no se trata de un asiento diferencial, sino de la totalidad del mismo), si podría

causar graves problemas en el resto de la estructura del edificio. Ocurre como

consecuencia de un exceso de cargas que el muro transmite al terreno.

RETRACCIÓN HIDRÁULICA Y TÉRMICA

Se producen en su mayor parte durante la fase de fraguado y endurecimiento del

hormigón, en presencia de una armadura en sentido longitudinal escasa. También podrían

incluirse en este grupo las roturas por dilatación y retracción del propio muro, cuando éste

se encuentra sujeto en algún punto, como otro muro, o contrafuertes.

ROTURA DE ESQUINAS

Este tipo de problemática se caracteriza por tener una inclinación entre 45 y

60º y están ubicadas en las zonas de las esquinas, cuando se encuentran dos

muros perpendiculares. Serían producidas por una tracción horizontal. Las

diferencias térmicas empeoran este tipo de síntomas.

DEGRADACIÓN DEL MATERIAL POR ATAQUE DEL MEDIO

Se podrían considerar estos problemas como consecuencia de los anteriores, ya

que generalmente estas afecciones se intensifican debido a grietas y otro tipo

de lesiones. Estas degradaciones son mucho más relevantes por el hecho de

que el muro se encuentra en contacto con el terreno (Wikipedia, 2007).

Sin embargo es preciso recalcar que los problemas estructurales que aquejen a

un muro dependen directamente del tipo de muro que se escoja.

TIPOS DE ESTRUCTURAS DE CONTENCION

La gran variedad de sistemas de contención de suelos que existe en la actualidad

hace difícil establecer una clasificación clara, en la bibliografía consultada los

autores no establecen un límite claro entre un grupo de sistemas de contención y

otro. De acuerdo a esto podemos clasificar a las estructuras de contención en:

Estructuras de contención rígidas

Estructuras de contención flexibles

Estructuras de contención mixtas

Debemos dejar en claro que no se expondrán todos los tipos de estructuras de

obtención, si no que nos avocaremos a los más utilizados, en cada clasificación

se dará una breve descripción de cada sistema.

TIPOS DE ESTRUCTURAS DE CONTENCION MIXTAS

Dentro de esta clasificación encontramos diversos sistemas entre los cuales

podemos destacar:

Muros pantalla

Pantallas de pilotes

Muro berlinés

En este punto queremos dejar en claro de que algunos autores clasifican a este

grupo de sistemas como simplemente “pantallas”, sin embargo en nuestro

análisis nos es pertinente encasillarlo dentro de este grupo, ya que por su

forma se les denomina pantallas, pero en su naturaleza, consisten en muros de

contención mixtos.

PROCESO CONSTRUCTIVO

Por lo general la metodología constructiva de un muro pantalla consta de un proceso continuo

y repetitivo, que presenta leves variaciones en su estructura, debido a la naturaleza y

singularidad de cada proyecto, y condicionado directamente a la calidad del suelo en donde

se ejecutara el sistema de contención. A modo de descripción podemos presentar la siguiente

secuencia constructiva para un suelo de buena calidad y en ausencia de nivel freático

(Cimentaciones especiales Valencia, Junio 2007).

DEMOLICIÓN DE CIMENTACIONES CONTIGUAS

Se procede en esta etapa al marcado del contorno del muro pantalla demoliendo todas

aquellas cimentaciones que puedan causar problemas en la ejecución del muro pantalla. Se

debe revisar la posible presencia de cualquier tipo de instalación subterránea (agua potable,

gas, alcantarillado, etc.).

EXCAVACIÓN DEL MURO GUÍA

Se debe poner especial interés en la eliminación de cualquier resto de cimentación o terreno

duro antes de comenzar la construcción del muro guía. Si fuese necesaria una excavación

mas profunda para eliminar estos restos de cimentaciones se rellenara con mortero de

cemento de dosificación de 40 Kg. de cemento por m3 de arena.

ARMADO DEL MURO GUÍA

Una vez regularizada la zanja de la excavación (con mortero si fuera preciso), se procede al

montaje de la armadura del murete guía en todo el contorno.

ENCOFRADO DEL MURO GUÍA

Se podrá encofrar a un solo nivel los dos muros o a dos niveles, pero en ambos casos es

importante mantener el alineamiento y verticalidad.

APUNTALAMIENTO DEL MURO GUÍA

Durante el proceso de excavación es importante que este no se desvíe producto de los

impactos que pueda recibir de la maquina pantalladora, así que debe construirse con

material de buena calidad, un hormigón del tipo H-30 sería el adecuado.

MURO GUÍA TERMINADO

Debido a su importancia este deberá estar perfectamente alineado, aplomado y firme en

toda su longitud.

TIPOS DE MUROS

LOS TIPOS DE MUROS DE CONTENCIÓN DE USO MÁS FRECUENTE SON:

MUROS DE GRAVEDAD.

Son los muros de contención de uso más frecuente, y aunque su campo de

aplicación depende de los costes de excavación, hormigón, acero, encofrado y

relleno, se puede pensar que constituyen la solución más económica para muros de

hasta 10 ó 12 m de altura.

Son muros de hormigón en masa en los que la resistencia se consigue por su propio

peso (figura 3 a). Normalmente carecen de cimiento diferenciado, aunque pueden

tenerlo (figura 3 b).

Su ventaja fundamental es que no van armados, con lo cual no aparece en la obra el

tajo de ferralla. Pueden ser interesantes para alturas moderadas si su longitud no es

muy grande, pues en caso contrario representan una solución antieconómica frente a

los muros de hormigón armado

Muros de contrafuertes.

Representan una evolución del tipo anterior. Al crecer la altura, y por ende los espesores de

hormigón, compensa aligerar las piezas con la solución de los contrafuertes, aunque

conlleve un tajo de ferralla y encofrado más complicados y un hormigonado más difícil.

Los contrafuertes pueden disponerse en el trasdós (figura 5 a) o en el intradós

(figura 5 b), aunque la primera solución es técnica y económicamente mejor por

colocarse el alzado en la zona comprimida de la sección en T que se forma. La

segunda solución, además, presenta un claro inconveniente estético.

Muros de bandejas.

En los muros de bandejas se pretende contrarrestar parte del momento flector que se ha de

resistir mediante la colocación de bandejas a distinta altura en las que se producen unos

momentos de sentido contrario, debidos a la carga del propio relleno sobre las bandejas

(figura 6).

Su inconveniente fundamental radica en la complejidad de su construcción. Puede

representar una solución alternativa al muro de contrafuertes para grandes alturas, en los

que para resistir el momento flector se aumenta el canto y se aligera la sección colocando

los contrafuertes

TIPOS DE MUROS DE SÓTANO.

El tipo más elemental está esquematizado en la figura 8. Aparte del peso propio,

recibe como única carga vertical la reacción de apoyo del forjado de techo.

Dentro de la tipología general, el caso más frecuente es que sobre el muro

apoyen pilares que transmiten cargas de las plantas superiores, pudiendo existir

además varios sótanos, tal y como se indica en la figura 9.

TIPOS DE EMPUJE.

La presión del terreno sobre un muro está fuertemente condicionada por la De

formalidad del muro, entendiendo por tal no sólo la deformación que el muro

experimenta como pieza de hormigón, sino también la que produce en el muro

la deformación del terreno de cimentación.

CÁLCULO DEL EMPUJE ACTIVO.

Existen diversas teorías para la determinación del empuje activo, entre las que

destacan las debidas a Coulomb y Rankine. En ambas teorías se establecen

diversas hipótesis simplificativas del problema, que conducen a cierto grado de

error, pero producen valores de empuje que entran dentro de los márgenes de

seguridad.

TEORÍA DE COULOMB.

Coulomb desarrolló su teoría para suelos granulares bien drenados en 1.773.

Para obtener el valor del ángulo que hace máximo el empuje activo, se deriva e

iguala a cero la expresión [3], e introduciendo su valor en la ecuación se obtiene:

PROCEDIMIENTO GRÁFICO

Para un terreno de forma cualquiera, la mejor solución es el procedimiento gráfico.

Suponiendo una línea de rotura recta, habrán de estar en equilibrio el peso Pt de la cuña de

suelo comprendida entre el muro y la línea de rotura, la reacción Ea

del muro contra el suelo, igual y de sentido contrario al empuje activo sobre el muro, y la

reacción F del terreno sobre la cuña, que formará con la normal a la línea de rotura un ángulo

igual al de rozamiento interno del terreno ϕ. Los valores de ϕ, a falta de ensayos

directos, pueden obtenerse de la tabla 1, tomada de Calavera, que incluye además valores

orientativos de las densidades secas de los distintos terrenos.