MUROS DE CONTENCIN

Ing. Percy De La Cruz I.

MECNICA DE SUELOS APLICADA A CIMENTACIONES Y VAS DE TRANSPORTE

Semana diez

UNIVERSIDAD ALAS PERUANASEscuela Profesional de Ingeniera Civil

MUROS DE CONTENCINDefinicin:son estructuras que tienen la finalidad de proporcionar estabilidad contra la rotura demacizos de tierra o roca, soportando las presiones laterales o empuje que pueden serproducidas por el peso propio del macizo o sobrecargas aplicadas sobre l. Su estabilidadse debe fundamentalmente al peso propio y al peso del material que est sobre sufundacin.

Existen muros masivos rgidos y muros masivos flexibles:

Muros masivos rgidosLas estructuras rgidas, generalmente de concreto, las cuales no permiten deformacionesimportantes sin romperse. Se apoyan sobre suelos competentes para transmitir fuerzasde su cimentacin al cuerpo del muro y de esta forma generar fuerzas de contencin(figura 2.28).

Muros masivos flexiblesSon estructuras masivas, flexibles. Se adaptan a los movimientos. Su efectividad dependede su peso y de la capacidad de soportar deformaciones importantes sin que se rompa suestructura (figura 2.29).

Concreto armado Concreto ciclpeo

Figura 2.28. Esquema de muros rgidos (Surez, 2009).

MUROS RIGIDOS

MUROS FLEXIBLES

Figura 2.29. Esquema de muros flexibles (Surez, 1998).

Los muros de contencin tambin se puede clasificar de la siguiente manera:

Muros de gravedad: Son muros con gran masa que resisten el empuje mediante su propiopeso y con el peso del suelo que se apoya en ellos; suelen ser econmicos para alturasmoderadas, menores de 5 m, son muros con dimensiones generosas, que no requieren derefuerzo.

Los muros de gravedad pueden ser de concreto ciclpeo, mampostera, piedra o gaviones. Laestabilidad se logra con su peso propio, por lo que requiere grandes dimensionesdependiendo del empuje. La dimensin de la base de estos muros oscila alrededor de 0,4 a0,7 de la altura. Por economa, la base debe ser lo mas angosta posible, pero debe ser losuficientemente ancha para proporcionar estabilidad contra el volcamiento y deslizamiento, ypara originar presiones de contacto no mayores que las mximas permisibles.

Muros en voladizo: Este tipo de muro resiste el empuje de tierra por medio de la accin envoladizo de una pantalla vertical empotrada en una losa horizontal (zapata), ambosadecuadamente reforzados para resistir los momentos y fuerzas cortantes a que estnsujetos.

Estos muros por lo general son econmicos para alturas menores de 10 metros, para alturas mayores, los muros con contrafuertes suelen ser ms econmicos.

La forma ms usual es la llamada T, que logra su estabilidad por el ancho de la zapata, de talmanera que la tierra colocada en la parte posterior de ella, ayuda a impedir el volcamiento ylastra el muro aumentando la friccin suelo-muro en la base, mejorando de esta forma laseguridad del muro al deslizamiento.

Muros con contrafuertes: Los contrafuertes son uniones entre la pantalla vertical del muroy la base. La pantalla de estos muros resiste los empujes trabajando como losahorizontalmente, son muros de concreto armado, econmicos para alturas mayores a 10metros. Los contrafuertes se pueden colocar en la cara interior de la pantalla en contacto conla tierra o en la cara exterior donde estticamente no es muy conveniente.

Los muros con contrafuertes representanuna evolucin de los muros en voladizo,ya que al aumentar la altura del muroaumenta el espesor de la pantalla, esteaumento de espesor es sustituido por loscontrafuertes; la solucin conlleva unarmado, encofrado y vaciado mascomplejo.

Tabla 2.11. Ventajas y desventajas de los diversos tipos de muro rgido

Nota. Tomado de Surez (1998).

Tabla 2.12. Ventajas y desventajas de los diversos tipos de muro flexible

Nota. Tomado de Surez (1998).

PASOS EN EL DISEO DE MUROS PARA LA ESTABILIZACINDE DESLIZAMIENTOSTabla 3.13. Pasos a seguir en el diseo de muros de contencin para estabilizar deslizamientos.

Nota. Tomado de Surez (2009).

DIMENSIONAMIENTO DE MUROS DE CONTENCIN DE GRAVEDAD Y VOLADIZO

Para el dimensionamiento de muros de contencin en voladizo y gravedad existen diferentesbibliografas, por lo cual podemos usar las recomendaciones de Braja (2006) en dondemuestra las proporciones generales de diferentes componentes de muros de contencinusados para las revisiones iniciales (figura 3.30).

Para la profundidad de cimentacin se considera segn Braja (2006) en donde menciona quela profundidad, Df de fundacin, hasta la base de la losa debe tener por lo menos 0.6m. Alrespecto la norma AASHTO (2002), recomienda que la profundidad de fundacin Df, no sermenor de 60cm (2 pies) en suelos slidos, sanos y seguros. En otros casos y en terrenosinclinados la Df no ser menor de 120cm (4 pies). La norma E-050 del RNE (2006)recomienda como mnimo 0.80 m para cimentaciones superficiales.

Figura 3.30.

Dimensiones

aproximadas para

varias componentes

de muros de

retencin para

revisiones iniciales de

la estabilidad: (a)

muro de gravedad;

(b) muro en voladizo

(Braja, 2006).

2.11.2. ESTABILIDAD DE MUROS DE CONTENCIN

El anlisis de la estructura contempla la determinacin de las fuerzas queactan por encima de la base de fundacin, tales como empuje de tierra, pesopropio, peso de la tierra de relleno, cargas y sobrecargas con la finalidad deestudiar la estabilidad al volcamiento y deslizamiento, as como el valor de laspresiones de contacto.

Respecto a lo anterior la publicacin No. FHWA NHI-06-089 (2006) consideraverificar lo siguiente:

Revisin por volteo (respecto a la punta)

Revisin por deslizamiento a lo largo de la base

Revisin por falla de capacidad de carga

Revisin de la estabilidad global (conjunto).

(a) Volteo (b) Deslizamiento

(c) Capacidad de carga (d) Estabilidad global

Figura 2.35. Mecanismos de falla en muros de contencin (Publicacin No. FHWA NHI-06-089, 2006).

A. Revisin por volteo

El factor de seguridad mnimo contra volteo respecto a la punta es 2 para el anlisisesttico y 1.5 para el ssmico. Este factor de seguridad se define como:

() =

(2.29)

Dnde:

= suma de los momentos de las fuerzas que tienden a voltear al muro respectoa la punta (Momento actuante o desestabilizador) = suma de los momentos de las fuerzas que tienden a resistir el volteo respectoa la punta (Momento resistente o estabilizante).

Los momentos actuantes son generados por el empuje activo del relleno y por elempuje de la sobrecarga que puede existir sobre l. Los momentos resistentes oestabilizantes son debidos al peso de la estructura y del suelo que est apoyadosobre el taln y la punta del muro.

El empuje pasivo del relleno sobre la punta y la sobrecarga, tambin generanmomentos resistentes que contribuyen a la estabilidad de muro, pero quegeneralmente, por seguridad, no se considera, ya que el relleno sobre la puntapuede ser removido y no hay garanta de permanencia

B. Revisin por deslizamiento a lo largo de la base

Este factor de seguridad por deslizamiento se expresa por la ecuacin:

() =

(2.30)

Donde: = Fe = suma de fuerzas horizontales resistentes (Fuerzas estabilizantes) =Fd=suma de fuerzas horizontales de empuje o actuante (Fuerzas desestabilizadoras).

La figura 2.36 muestra que la fuerza pasiva es tambin una fuerza resistente horizontal en elcaso que se considere. Por consiguiente:

= (v)tanb + B+ (2.31) b = ngulo de friccin entre el suelo y la losa de base = adhesin entre el suelo y la losa de base V = suma de las fuerzas verticales La nica fuerza horizontal que tender a generar un deslizamiento en el muro (fuerza de empuje)en el anlisis esttico es la componente horizontal de la fuerza activa , por lo que:

= cos (2.32)

= ngulo de inclinacin del empuje activo con la horizontal

Finalmente usando las ecuaciones (2.30), (2.31) y (2.32) se obtiene:

La adhesin entre el suelo y la losa de base est en funcin a la cohesin del suelo defundacin, por ello cuando la cohesin esc=0, entonces se tendr tambin = 0. Hayrecomendaciones de Braja (2006) en dondedescribe que: = k12 y = k2xc2. En lamayora de los casos, k1 y k2 estn en elintervalo de 1/2 a 2/3.

Donde: 2 y c2 son parmetros del suelo defundacin.

Braja (2006) menciona que en muchos casosse desprecia la fuerza pasiva en el clculodel factor de seguridad con respecto aldeslizamiento.

Las fuerzas actuantes son originadas por el empuje activo del relleno y la sobrecarga que actasobre l. Las fuerzas resistentes son el peso del muro, peso del suelo, el empuje pasivo encaso que se considere y la friccin en la base.

Figura 2.36. Revisin por deslizamiento a lo largode la base (Braja, 2006)

C. Revisin de la falla por capacidad de cargaLa presin vertical en la base de la zapata de muro transmitida al suelo debe ser contrastada con lacapacidad de carga mxima del suelo y que la presin vertical aplicadas en la fundacin por la estructurade contencin no debe superar el valor de la capacidad de carga mxima del suelo de fundacin. Engeneral, se requiere un factor mnimo de seguridad contra la falla por capacidad de carga de 3 para elcaso esttico (Publicacin No. FHWA NHI-06-089, 2006).

En la figura 2.37 Observe que son las presiones mxima y mnima que ocurren en losextremos de las secciones de la punta y del taln, respectivamente.

La suma de las fuerzas verticales que actan sobre la losa de base es y la fuerza horizontal escos (figura 2.37). Sea R la fuerza resultante:

R = + (2.34)El momento neto de estas fuerzas respecto al punto C en la figura 2.37 es

= (2.35)Y para el clculo del punto de aplicacin de la resultante R se expresa como:

= =

(2.36)

Dnde:=Suma de fuerzas verticales, que es igual a la fuerza normal actuando en la base Por consiguiente, la excentricidad de la resultante se expresa como:

=

2 (2.37)

La distribucin de presiones bajo la losa de base se determina usando las siguientes expresiones:

= 1() =

1 +

6

(2.38)

= 2() =

1

6

(2.39)

La resultante debe estar ubicado en el tercio central de la base y la

6y para el anlisis

dinmico

3.

Para estimar la capacidad de carga ultima aplicamos la frmula de Terzaghi y a la vez usando laTabla H.1.1 , segn recomendaciones de la publicacin No FHWA-06-089 (2006) tal como sigue:

Dnde:

c = cohesin del suelo

= peso unitario del suelo de fundacin =

= profundidad de cimentacin

, , = factores de capacidad de carga que estn nicamente en funcin del ngulo de friccin del suelo.

Finalmente el factor de seguridad contra falla por capacidad de carga se determina:

( ) =

(2.41)

Figura 2.37. Revisin de falla por capacidad de carga (Braja, 2006)

FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGATabla H.1.1. Factores de capacidad de carga

Nota. Tomado de la AASHTO (2004, citado por la publicacin No FHWA NHI-06-089, 2006)

D. Revisin de la estabilidad global

Es el movimiento general de la masa de la estructura de un muro y del suelo adyacente(conjunto suelo-muro).

La estabilidad global de la masa del suelo debe ser verificado con respecto a la superficie defalla ms crtica se deben considerar ambas superficies de deslizamiento circular y no circular,el cual se puede desarrollar utilizando un mtodo clsico de anlisis de estabilidad de taludes.

2.11.3. INCUMPLIMIENTO DE LAS CONDICIONES DE ESTABILIDAD

En caso de no cumplir con la estabilidad al volcamiento y/o con las presiones de contacto, se debe redimensionar

el muro, aumentando el tamao de la base.

Si no se cumple con la estabilidad al deslizamiento, debe modificarse el proyecto del muro,para ello hay varias alternativas:

a) Aumentar el tamao de la base, para de esta manera incrementar el peso del muro y la friccin suelo de

fundacinmuro.

b) Colocar dentelln o diente que se incruste en el suelo

An durante sismos de poca intensidad, lamayora de los muros de retencinsufrirn desplazamientos lateraleslimitados.

La figura 2.38 muestra un muro deretencin con varias fuerzas actuandosobre l, que son las siguientes (porunidad de longitud del muro):

= Peso del muro

= Fuerza activa con la condicin de sismo tomada en consideracin.

El relleno del muro y el suelo sobre el cualel muro descansa se suponen sincohesin. Considerando el equilibrio delmuro.

considerar Kv = 0 y el valor de Kh del estudio ssmico de la zona.

2.11.4. DISEO DE MUROS DE RETENCIN DE GRAVEDAD POR CONDICIN SSMICA

Figura 2.38. Estabilidad de un muro de

retencin bajo fuerzas ssmicas (Braja, 2001)

FACTORES DE SEGURIDAD PARA ANALISIS ESTTICO Y PSEUDOESTATICOLos factores de seguridad mnimo considerados para el diseo de muros de contencin se puede detallarlo siguiente:

FACTORES DE SEGURIDAD PARA ANLISIS ESTTICO

FACTORES DE SEGURIDAD PARA ANLISIS PSEUDO-ESTTICO

Excentricidad: Mximo B/3 Para capacidad portante en el anlisis ssmico el factor de seguridad mnimo es 2.5 (norma E-050 del RNE, 2006).

Factor de seguridad FS

A deslizamiento

A volcamiento

A capacidad portante

A estabilifdad de taludes

Mnimo especificado por AASHTO y FHWA

1.50

2.00

3.00

1.30

Tabla 3.26. Factor de seguridad mnimo para anlisis esttico

Nota . Tomado de AASHTO (2002) y FHWA (2006)

- Excentricidad: Mximo B/6

Factor de seguridad FS

A deslizamiento

A volcamiento

A estabilifdad de taludes

Mnimo especificado por AASHTO

1.125

1.50

1.10

Tabla 3.27. Factor de seguridad mnimo para anlisis pseudo-esttico

Nota . Tomado de AASHTO (2002)

PROTECCION CONTRA CAIDA DE ROCAS

Figura 2.40. Barrera para cadas de roca con muros de concreto ciclpeo - Carretera Central

PROTECCION CONTRA CAIDA DE ROCAS

Figura 2.40. Barrera para cadas de roca con gaviones Carretera Central

Figura 2.40a. Muro de gaviones-talud con deslizamiento

MUROS APLICADOS A TALUDES CON DESLIZAMIENTO

Seleccin del tipo de estructura de contencin

Los siguientes factores deben tenerse en cuenta para seleccionar el tipo de muro decontencin:

a. Localizacin del muro de contencin propuesto, su posicin relativa con relacin a otrasestructuras y la cantidad de espacio disponible.

b. Altura de la estructura propuesta y topografa resultante.

c. Condiciones del terreno y agua fretica.

d. Cantidad de movimiento del terreno aceptable durante la construccin y la vida til de laestructura, y el efecto de este movimiento en muros vecinos, estructuras o servicios.

e. Disponibilidad de materiales.

f. Tiempo disponible para la construccin.

g. Esttica.

h. Vida til y mantenimiento

Criterios de seleccin del tipo de estructura de contencin

Cuando existan varias alternativas de estructuras de contencin se debe realizar unacomparacin econmica, de lo cual proponer el ms ptimo (Surez, 2009).

De la misma forma para tener una idea ms clara se puede tomar en cuenta tambinlas recomendaciones de la Federal Highway Administration en su Publicacin No.FHWA-NHI-00-043 (2001), en donde menciona que para la seleccin del tipo deestructura se debe tener en cuenta los siguientes factores:

Geologa y condiciones topogrficas Condiciones ambientales Tamao y naturaleza de la estructura Durabilidad Esttica Criterios de comportamiento Disponibilidad de materiales Experiencia con un determinado sistema Costos

CAUSAS DE LAS FALLAS DE LAS ESTRUCTURAS DE CONTENCION DE CONCRETO ARMADO

Figura 2.41. Causas de la falla de las estructuras de contencin de concreto armado (Suarez, 2009)

JUNTAS EN LOS MUROS DE CONTENCION

Existen dos tipos de juntas, de construccin y de dilatacin. Durante la construccin de losmuros de contencin, el gran volumen de concreto requerido no se puede colocar en unasola colada, este proceso hay que hacerlo por etapas, generando juntas de construccinverticales y horizontales, que deben ser previstas. En este caso la superficie que deja la juntade construccin debe ser rugosa, con salientes y entrantes, de tal manera que se incrementela friccin en los planos en contacto, procurando garantizar la continuidad del material.

Los cambios de temperatura originan dilataciones y contracciones que hacen que el concretose fisure y agriete. Las juntas de dilatacin o de expansin, son utilizadas para disminuir lafisuracin y el agrietamiento en el concreto. Estas juntas son necesarias si no se provee almuro de suficiente acero de refuerzo de temperatura y de retraccin.

Las juntas se rellena con asfalto con un espesor mnimo necesario de 1, de tal manera quela junta se pueda abrir y cerrar sin presenter Resistencia alguna, impidiendo adems el pasode la humedad a travs de ella.

La norma AASHTO 2002, establece que se deben colocar juntas de contraccin a intervalosque no deben exceder los 9,15 m (30 pies) y para juntas de expansin no se debe exceder los27,45 m (90 pies) para muros de gravedad o de concreto armado.

FASE DE CONSTRUCCION DE UN MURO TIPICO

SECCIONES TIPICAS DE MUROS DE CONTENCION

Ing. Percy De La Cruz I.

MUROS DE CONTENCION