MUROS DE CONTENCIONrt

LOS DIFERENTES TIPOS DE MUROS DE CONTENCION DE CONCRETO*

Primera parte de una historia de das partes.

Los sistemas tradicionales de muros de contención de con-creto, vaciados en el sitio, se estzIn volviendo tipidamenteobsoletos. Estos cuestan demasiado y su construcción esdemorada. ’

Los sistemas m6s nuevos de muros de concreto los hanreemplazado en muchas ocasiones, son más baratos y t%pi-dos de construk algunos requieren de menos excavacióny causan menos interrupción del trafico y han sido utilixa-dos por más de 20 afIos mientras que otros han sido intro-ducidos recientemente.

Por qu6 son btos necesarios (los muros de contención)?Los muros de contención soportan llenos o cortes de carm-teras donde no hay suficiente espacio a lo largo de 6stapara generar un talud sin apoyo adicional. Una de las apli-caciones mas caracterkticas es para mantener las amplia-ciones de las carreteras y calles dentro de las servidumbresexistentes en las ciudades. En el campo lo muros minimi-zan el impacto ambiental de la carretera, la construcciónde un talud sin apoyo en ocasiones puede deteriorar seve-ramente el paisaje. Muchos estribos de puentes y algunosmuros de fundaciones para edificios se construyen comomuros de contención.

MUROS TRADICIONALES, VACIADOS EN ELSITIO.

Durante más de 100 tios se han construido muros decontención vaciados en el sitio, fundamentalmente de trestipos: De gravedad, en voladizo y con contrafuerte (verFigura 1). Cada uno de estos muros se construye con unacimentación o con una losa como base.

Los muros de gravedad resisten la presión de la tierra bási-camente debido a su propio peso y generalmente no

* Este artkulo cuya verMm orlglnal aparedb en la revlstaConcrete Constructlon de Julio de 1987, fue traducidopor Jorge Andrbs Tabares A., Ingeniero del Departa-mento Tbcr~lco del ICPC.

tienen refuerzo. A menudo tienen seccibn trapezoidal, pe-ro la cara frontal 0 la trasera pueden ser escalonadas parafacilitar el vaciado del concreto. La inclinación de la caraposterior del muro tambi6n proporciona más espacio dis-ponible en la corona del muro.

La porción de pared (o vástago) de los muros en voladizo,“vuela” desde la losa que acttía como base. Son m6s del-gados que los muros de gravedad, pero están reforxados alo largo de la cara posterior y en la base donde las cargasinducen esfuerzos de tracción. Para muros altos, la cons-trucción de muros en voladizo es usualmente menos costo-sa que la de muros de gravedad

En los muros con contrafuerte, la losa de base y la paredse apoyan en las riostras que si están en el lado de la tierrase llaman contrafuertes y si están expuestas por el fuerte sellaman nervaduras. El muro, las riostras y la bases estánreforzados y el espesor de la pared propiamente dicha essimilar al de un muro en voladizo.

acero derefuerzo

M u r o d e g r a v e d a d Muro en voladlzo

Figura 1. !3e han construido muros in situ desde 1900,pero ahora son económicos solamente para paredes debaja altura.

Wetln ICPC, No. 5l,Octubre/~bfe, 1990 1 5

MUROS DE CONTENCION I

COMO DECIDIR QUE TIPO DE MURO USAR

“or: Mark Waiiace

Los dueflos de los proyectos pueden obtener enormesatmros en los costos suministnuxio varias ahmativas deMemas de muros de contención, para que los proponen-tes de las licitaciones puedáa escoger. Las oficinas esta-tales de carreteras generalmente suministran diseños com-pletos de todas las alternativas que se pueden construir(algunas de la cuales son suminhmdas a la ofícina porlos fabricantes de los sistemas de muros). De esta maheralos c~tistas pueden escoger cual alternativa es másrcoaómica para ellos.

A continuación se enumeran algunas consideraciones queafectan la decisión:

Disponibilidad de materiaIes. Se deben transportarlargas distancias los componentes del muro 0 dellleno?

Disponiiilidad de un cmtratista especializado. Unmuro permanente con anclaje puede ser la soluciónmás económica, pero s610 si hay un contmtista con ex-periencia en el &ea.

Requisitos estkticoa o del medio ambiente. Algmossistemas de muros se pueden iostalar de arriba haciaábajo y otros pueden exhibir ecomhicamente gran va-riedad de formas arquitectónicas.

Pero algunos muros requieren gran cantidad de exca-vación, que puede dejar una kicatriz” inaceptable enel paisaje.

Vida útil necemrh La mfuima vida,&il de clisel80 demmus de contenci6n para carreteras es generalmentede 75 a 100 años. Err sitios iudustriaks se pueden ne-cesitar muros para ~610 30 a&s.

Wcitacióndelascargaa @&m&&llleno,elmu-rotenclr4qaesopoxQrrmacoosancción,~ouna rampa de camiones en la parte superior del lleno?

- Asentamientos. @uede soportar el muro la magni-tud de los asentamientos del suelo que se esperan?

- Construcción fhil p rhpida. Las labores que nosean para expertos son obviamente menos costosasque las labores especializadas. Las coustrucciouestipidas disminuyen la interrupción del tráfico y lostrabajadores petmanecea expuestos al tráfico menostiempo, lo que también reduce los costos del controldel trhfíco.

- Adaptabilidad a cambios en la obra. Si seencuentra que las condiciones del suelo lo requieren,la capacidad de soportar carga de un muro perma-nente con anclajes puede incrementarse fácilmenteadicionando otros anclajes.

- Altura del tiuro. Algunos sistemas ~610 son econó-micos para muros de poca altura y algunos ~610 soneconómicos para muros altos.

- Corte 0 lleno. Para muros que soporten tierra en uncorte, los sistemas que requieren menos excavaciónen la parte posterior del muro son generalmentemenos costosos.

Los muros permanentes con anclaje, los vaciados enel sitio y muchos sistemas prefabricados se cons-truyen de esa manera. Los sistemas TEM son gene-ralmente competitivos en costo cuando el muro so-porta un llenó.

- Cantidad de mano de obra requerida. Algunossistemas requieren más trabajo que otros.

- Servidumbre subtehnea iuadquirible. Los murospermanentes con anclajes y los sistemas de TEM re-quieren una servidumbre subterránea permanente de-tr& de la pare4l. Cortar los anclajes 0 el refuerzo dela TE!M puede provocar la falla del muro.

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MUROS DE CONTENCION

Los muros vaciados en el sitio son mucho más costososque la mayorfa de los nuevos sistemas de muros de conten-ción que se describen a continuación y requieren mástiempo para su construuk5n. A menudo es necesarioconstruir soportes temporales mientras se construyen losmuros permauentes y con frecuencia estos muros se locali-zan en areas confinadas, con acceso limitado, lo cual vuel-ve la construcción mucho mas difkil y demorada. Comoconsecuencia de esto, los muros vaciados en el sitio seusan en la actualidad principalmente en obras de pocaaltura.

NUEVOS SISTEMAS DE MUROS DE CON-TENCION

Muros de tierra estabilizada mecánicamente(TEM).

El lleno de tierra detras de un muro de concreto se puedehacer de tal manera que sea autoportante, mediante la co-locación de capas de refuerzo dentro del suelo, con lo cualel suelo se vuelve ,una estructura autosoportante. Si seusan cintas metalkas como refuerzo, los esfuerzos de trac-ción en el suelo se transmiten al refuerzo mediantefricción, y si se usa una malla, los alambres transversales

Figura 2. Algunos sistemas de ‘IBM utilizan paneles pre-fabricados de gran peso conectados a una malla pktica derefuerzo para tierra.

de ésta resisten los esfuerzos de tracción del suelo. Eambcs casos el suelo mismo resiste los esfuerzos dcompresión y de cortante y un revestimiento de concretpreviene el desmoronamiento de la superficie del sueloproporciona una fachada agradable.

Existen por lo menos cuatro sistemas patentados de muroTEM y uno de ellos ha sido utilizado durante más de 1aflos. Ca& sistema consta de tres partes principales: Unpared de concreto, el relleno y el refuerzo. Los diferentesistemas varian principalmente en el. tipo de pared, zrefuerzo y la manera como Cstos estén conectados.

En el sistema tierra armada las cintas de metal galvaniz:do y corrugado se atornillan a placas metalkas embebidaen la parte posterior de paneles prefabricados en forma dcruz de 1,5 m de altura. En otro, los espirales en la pumde una malla de alambre soldada especial se ensartau dertro de paneles prefabricados.

Otro sistema permite tener un revestimiento prefabricadovaciado en el sitio. En Cste, las juntas de la fachada entrlos paneles de 3,8 x 0,6 m sirven para sujetar las puntas dla malla soldada de alambre galvanizado que actúa comrefuerzo del suelo, ésta se dobla hacia arriba dentro de 1pared y se usa como refuerzo para el concreto de facha&vaciado directamente sobre el material del terraplén.

En otro sistema, una malla plástica hecha con polietilende alta densidad refuerza el terrapl&r, que tiene como fachada paneles prefabricados de 7,5 m de altura, los cualévan conectados a ésta mediante varas plásticas o tubos.

Aunque los suelos pueden ser usados con estas mallas, 1mayorfa de los sistemas de TEM. requieren de llenos comaterial granular. Los suelos finogranulares cohesivos CCmo arcilla, generalmente no se utilizan debido a su pobtcomportamiento en cuanto a fricción, drenaje, manejabfidad y caracterfsticas corrosivas.

La longitud del refuerzo del suelo varia dependiendo de 1geometrfa del muro y de las cargas, pero generalmentésta debe ser del 70 al 100 por ciento de la altura del mrro. Esto hace muchas veces a los muros de TEM demasi;do costosos para cortes de tierra. La excavación detras dlos muros deber ser al menos, tan ancha como la longitudel refuerzo del suelo. Sin embargo, para muros que sc

Etobtln ICPC. No. 51, OctubrdDlciembre. 1990 1

portan llenos, los sistemas TEN son muy competitivos encostos, entre el 30 y 50 por ciento menos que los murosconvencionales vaciados en el sitio y proporcionan ahorrossimilares en tiempo de construcci6n.

Muros anclados en la tierra.

Los muros con anclajes son muros de contención delgadosque esten unidos permanentemente a tierra firme medianteanclajes. Las barras o torones de amarre son llamados an-clajes permanentes a tierra 0 “tiebacks” (tirantes) y gene-ralmente se colocan dentro de perforaciones 0 van hinca-dos dentro del suelo o roca existente detras del muro.

El espacio entre los tirantes de acero y la perforación seinyecta con lechada y luego se postensionan. Estos ancla-jes deben ser lo suficientemente largos para que el fondode la lechada vaciada quede detrkr de la superficie crfticade falla, en suelo firme 0 en roca. El suelo detr& de la pa-red no se remueve. Debido a que diversos contratistasespecializados han desarrollado la mayorfa de los sistemasde anclajes al terreno, muchas de las técnicas estáapatentadas.

La construcci6n usualmente empieza con la instalación decolumnas o vigas de amarre, que sirven como rigidizado-res verticales para el muro bien sea hincadas 0 excavadas.A continuación los trabajadores excavan la tierra del frente

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Figura 3. Ya que los muros anclados en tierra se consttu-yen de arriba hacia abajo son especialmente apropiadospara cortes.

de las vigas de amarre hasta la profundidad donde debe irla primera fila de anclajes al terreno. Después de instalarla primera fila de anclajes, ellos excavan hasta la fila si-guiente. En cada paso de la excavación, colocan listonesde madera entre las vigas de amarre para sostener tempo-ralmente el muro. Este proceso se repite basta que la altu-ra total de la pared este descubierta. Despues de comple-tar la excavación e instalación de los anclajes, las vigas deamarre, los listones, y las puntas de los anclajes se recu-bren con una superficie bien sea de vaciado en el sitio,prefabricado o lanzado.

La superficie de concreto de un muro con anclajes es mi+delgada que la de un muro en voladizo, lo que tambiensignifica que se requiere menos excavación. Un muro conanclajes de pared de 17,5 cm de espesor puede soportar uncorte de 12 m de alto. En vista de que el suelo detras delmuro no se excava, los muros con anclaje no requieren deun espacio muy ancho en la superficie del terreno durantela construcci6n.

Esto los hace especialmente apropiados para la construc-ción de carreteras cerca a calles, como es común en lasciudades con los pasos a desnivel de autopistas. Como elmuro puede construke desde arriba hacia abajo, no ti&eque interrumpirse el trafico en las vias adyacentes. Losmuros con anclajes eliminan también las grandes cimenta-ciones y pilas de fundación debajo de la pared

Sin embargo, los muros con anclajes tienen limitaciones;no se pueden usar en suelos cohesivos blandos debido a lafluencia de éstos. La existencia de tuberfas de serviciospúblicos, vfas o cualquier estructura subterráoea puede im-pedir el uso de anclajes, aunque algunas veces estas obs-trucciones pueden evitarse variando la localización y án-gulos de los anclajes.

También se debe obtener una servidumbre por debajo de lasuperficie en la parte posterior de la pared El lugar puedeser utilizado en la superficie, pero únicamente si esto nointerfiere con los anclajes que hay debajo.

Suelo amarrado (clavado) (SA).

Los muros de contención SA se diseñan como los de TEMpero se construyen como muros con anclaje y actúan comouna masa de gravedad coherente. Se introducen en el te-

nena barras largas de acero de refuerzo lo suficientementeseparadas para lograr un suelo autoportante. Las barras re-tuerzan el suelo de la misma manera como lo hace el re-fuerzo de los de TEM, ~610 que en este caso están instala-das en el suelo natural sin excavar, no en un lleno selec-cionado y compactado.

Como los anclajes, estas barras se introducen dentro deperforaciones hechas con taladro y se inyectan con lecha-da. Pero la longitud total de cada barra se adhiere al suelo,no ~610 la punta como ocurre con los anclajes. Debido aque estos no tienen que resistir altas cargas laterales de tie-rra presionando contra el muro, las barras de refuerzo noson postensionadas como si lo son los anclajes anteriores.Los muros de SA, como los de TJZM, ejercen muchamenos presibn sobre la superficie de concreto, por lo queesta, ya sea con prefabricados, vaciada en el sitio o de con-creto lanzado, puede tener de 125 a 20 cm de espesor.

En 1985, la FHWA patrocinó la construcción de un murode SA para el portal de un túnel en el Cumberland Gap.Despues de hacer un corte de 15 a 8 m con un bulldozer,los trabajadores colocaron franjas verticales de tela dre-nante sobre el suelo cada 45 m (ahora se recomienda unespaciamiento de 1,5 m). A continuación colocaron con-creto lanzado sobre el corte y lo dejaron curar por un dta.Luego, perforaron agujeros de 12 cm de diámetro en elcorte sobre una cuadricula de 1,5 m. Los agujeros tenfande 6,4 a 9,2 m de profundidad y formaban un ángulo de 15grados con la horizontal . Introdujeron barras de refuerzode 25 y 5 cm de diámetro en los agujeros y las inyectaroncon una lechada de cemento sin arena.

Después de la etapa de la lecha&, se colocb una tuerca enla punta de cada barra aplicándole un leve torque.Enseguida los trabajadores aplicaron una segunda capa deconcreto, reforzado con una malla de alambre. Despubde otro nivel de excavación, repitieron esos pasos hastaque se completó el muro de 12 m de altura.

Por lo menos siete estructuras permanentes de SA se hanconstruido en Estados Unidos. Los muros de SA permitenaumentar el factor de seguridad de un talud sin remover elsuelo deslizante. 0, cómo en el Cumberland Gap, estopuede estabilizar un corte al lado de una montana en unazona de tierra propensa al deslizamiento sin usar apuntala-miento temporal. Los muros de SA generalmente requie-

ren de menos remoción subterranea de material que lo quenecesitan los muros con anclajes.

Los muros de SA también pueden soportar excavacionespara fundaciones & edificios. Por lo menos 100 de estosmuros se han construido en Estados Unidos.

Paneles prefabricados anclados con macizos deanclaje.

Aunque este sistema se construye muy parecido a los mu-ros de TEM, actúa como un muro con anclajes. Unos Ti,rantes de acero con recubrimiento epóxico conectan lospaneles prefabricados de concreto de la pared del murocon unos macizos de anclaje de concreto prefabricado en-terrados en el lleno. Los macizos de anclaje oponen resis-tencia a las cargas laterales de la tierra que presionan con-tra la pared de concreto. Como los tirantes no refuerzan elsuelo, se pueden usar como material de lleno suelos demala calidad encontrados en el sitio. Como resultado, estesistema puede costar hasta un 30 por ciento menos que lossistemas de TEM.

Los paneles nervados de la pantalla se construyen de 2,5 mde longitud por 1,6 m de alto y el suelo se coloca en caparde 20 cm. Los trabajadores colocan primero los panelesen un soporte de concreto para nivelarlos. Después colo-can el lleno hasta la elevación del primer macizo de ancla-je, que mide 2,4 m de longitud y 20 cm de altura. Ense-guida instalan los tirantes de acero y se tomilla una puntzde cada tirante dentro de una de las tuercas embebidas erlas nervaduras de los paneles de la pared y se pasa la otrrpunta a través de un agujero en el macizo de anclaje y lue.go lo fijan con una tuerca.

Posteriormente, colocan mas lleno, macizos de anclaje, Jpaneles de pantalla; cada panel lo sostienen dos macizo:de anclaje. Unas dovelas conectan los paneles al sopor-univelador y a los paneles por encima y por debajo de estos

En los cinco afios que este sistema patentado lleva de us<se han construido muros de 10,7 m de altura. Los prefa.bricadores pueden obtener el derecho a usar el sistema COIlicencia permanente o para un trabajo individual. +

Ebletfn ICPC, No. 51, OctubWDlclembre, 1990 l!