CONTENCION DE TERRENO Y CONTROL DE AGUAS FREATICAS

Construccin I

Profesor: Cervantes Abarca Alejandro

Equipo 4Ricardo RazoOllin Yoliztli CuevasAntonio Maya MirandaArturo Noguez

INTRODUCCION

Los muros de contencin se utilizan para detener masas de tierra u otrosmateriales sueltos cuando las condiciones no permiten que estas masasasuman sus pendientes naturales. Estas condiciones se presentan cuando elancho de una excavacin, corte o terrapln est restringido por condicionesde propiedad, utilizacin de la estructura o economa.

Los muros son elementos constructivos cuya principal misin es servir decontencin, bien de un terreno natural, bien de un relleno artificial o de unelemento a almacenar. En los dos primeros casos el ejemplo tpico es el deun muro de sostenimiento de tierras, mientras que un almacn granero esuna muestra del tercero.

En las situaciones anteriores el muro trabaja fundamentalmente a flexin,siendo la compresin vertical debida a su peso propio generalmentedespreciable.

En ocasiones los muros desempean la funcin de cimiento, al transmitir laspresiones o cargas suministradas por los pilares o por los forjados que seapoyan en la coronacin del muro. Esta situacin es caracterstica de losmuros de stano, muy desarrollada en la edificacin actual.

Las formas de funcionamiento del muro de contencin y del muro de stano sondiferentes. Mientras que el muro de contencin se comporta bsicamente como unvoladizo empotrado en el cimiento.

el cuerpo de un muro de stano se comporta como una losa de uno o varios vanos.En este caso, est apoyado o anclado en el forjado (o forjados), y el rozamientoentre cimiento y suelo hace innecesaria la disposicin de ningn apoyo adicionalen el nivel de la cimentacin.

Tomando el caso ms comn de un muro de contencin, emplearemos las designaciones que se indican en las siguientes imgenes:

DESIGNACIONES

Un muro sin puntera es de uso poco frecuente en edificacin.Un muro sin taln se usa cuando el terreno del trasds es de propiedad ajena Eneste caso el muro, adems de los inconvenientes tcnicos que esta formaencierra, arrastra otros de tipo constructivo, ya que el terreno puede no estardrenado, la impermeabilizacin del trasds no suele ser posible y, por tanto, laimpermeabilidad del muro ser difcil de garantizar y el empuje del terrenopuede ser de difcil evaluacin. En cuanto al tacn, se prescindir de l cuandono exista problema de deslizamiento

TIPOLOGIA DE MUROS DE CONTENCION

Los tipos de muros de contencin de uso ms frecuente son:

Muros de gravedad.

Son muros de hormign en masa en los que la resistencia se consigue por supropio peso (figura a). Normalmente carecen de cimiento diferenciado,aunque pueden tenerlo (figura b).

Su ventaja fundamental es que no van armados, con lo cual no aparece enla obra el tajo de acero de repuesto. Pueden ser interesantes para alturasmoderadas si su longitud no es muy grande, pues en caso contrariorepresentan una solucin antieconmica frente a los muros de hormignarmado.

Muros mnsula.

Son los muros de contencin de uso ms frecuente, y aunque su campo deaplicacin depende de los costes de excavacin, hormign, acero, encofradoy relleno, se puede pensar que constituyen la solucin ms econmica paramuros de hasta 10 12 m de altura.

Muros de contrafuertes.

Representan una evolucin del tipo anterior. Al crecer la altura, y por endelos espesores de hormign, compensa aligerar las piezas con la solucin delos contrafuertes, aunque conlleve un tajo de ferralla y encofrado mscomplicados y un hormigonado ms difcil.

Los contrafuertes pueden disponerse en el exterior (figura a) o en elinterior (figura b), aunque la primera solucin es tcnica yeconmicamente mejor por colocarse el alzado en la zona comprimida dela seccin en T que se forma. La segunda solucin, adems, presenta unclaro inconveniente esttico.

Muros de bandejas.

En los muros de bandejas se pretende contrarrestar parte del momentoflector que se ha de resistir mediante la colocacin de bandejas a distintaaltura en las que se producen unos momentos de sentido contrario, debidosa la carga del propio relleno sobre las bandejas (figura a y b).

Su inconveniente fundamental radica en la complejidad de su construccin.Puede representar una solucin alternativa al muro de contrafuertes paragrandes alturas, en los que para resistir el momento flector se aumenta elcanto y se aligera la seccin colocando los contrafuertes.

Muros cribas y otros muros prefabricados. (estructuras flexibles)

El concepto de muro criba de piezas prefabricadas tiene su origen en murosanlogos realizados con troncos de rboles. El sistema emplea piezasprefabricadas de hormign de muy diversos tipos que forman una redespacial que se rellena con el propio suelo.

Muros concreto reforzado (estructuras rgidas)

Una estructura de concreto reforzado resiste movimientos debidos a la presin de la tierra sobre el muro. El muro a su vez se apoya en una cimentacin por fuera de la masa inestable.

Muros ciclopeos (estructuras rgidas)

Se llama construccin ciclpea a la realizada con grandes piedras sin argamasa.

Los muros de concreto ciclpeo requieren un terreno de apoyo firme y nosusceptible a sufrir asentamientos por consolidacin de las capas del suelo, estoes una condicin indispensable

Los muros de contencin de hormign ciclpeo son aquellos elementosestructurales que se sitan para retener cargas de empujes laterales del terrenohacia un posible espacio, evitando deslizamientos al interior del mismo.

Estos muros tienen una buena reaccin ante esfuerzos de compresin que ejerceel empuje lateral sobre la superficie excavada, sin embargo el desempeo delmuro de contencin a esfuerzos de pandeo por sub momentos de traccinocasionados por curvas laterales, niveles freticos, por lo cual se debeincrementar el espesor del muro de contencin para retener estas cargas.

Los muros de ciclpeo ms frecuentes que se utilizan son: la Trunco Piramidal(1), la Trunco Piramidal Media (2) y la Escalonada (3):

Gaviones (estructuras flexibles)

Los gaviones son contenedores de piedras retenidas con malla de alambre.Se colocan a pie de obra desarmados y, una vez en su sitio, se rellenan conpiedras del lugar.

muros en piedra (muro de contencin en escollera)(estructuras flexibles)

El elemento principal que interviene en la ejecucin de la tipologa de muroes el bloque de escollera, unidad bsica a partir de la cual, por agregacin seconstruye el muro.

Es por ello que las propiedades de los bloques tienen una especialincidencia en el comportamiento de la obra. Los bloques de escollera debenprovenir de macizos rocosos sanos, de canteras, o de las excavaciones de lapropia obra y se obtendrn mediante voladura.

muros en llantas usadas (estructuras flexibles)

Los muros en llantas usadas conocidos como Pneusol o Tiresoil consisten enrellenos de suelo con llantas de caucho usadas embebidas. Las llantas sonunidas entre s por soga de refuerzo. Generalmente, se utilizan sogas depolipropileno y se conoce de la utilizacin de elementos metlicos(Abramson 1996).

Tierra reforzada (refuerzos con tiras metlicas, refuerzo con geotextil,refuerzo con malla)

El sistema ms popular de muros de tierra reforzada es el refuerzo deterraplenes con geotextiles, en el cual el mecanismo de transmisin deesfuerzos es predominantemente de friccin. Existe una gran cantidad degeotextiles de diferentes propiedades mecnicas, tejidos y no tejidos. Losrellenos utilizados son generalmente materiales granulares que van desdearenas limosas hasta gravas. Un problema importante de los geotextiles es sudeterioro con la luz ultravioleta del sol y por esto se requiere que este materialpermanezca cubierto, con concreto emulsin asfltica o suelo con vegetacin.Recientemente se han introducido en el mercado las geomallas que son mallaspolimricas o metlicas con una forma determinada, en dos direcciones, en elcual se incluye el efecto de friccin y adems, el efecto de agarre dentro delsuelo. En ocasiones la geomallas lleva varillas para ayudar a la resistencia dearrancamiento de la malla. Generalmente, las geomallas tienen mayorresistencia al arrancamiento que los geotextiles.

Estructuras Ancladas

El concepto bsico de los muros anclados es el de resistir y reforzar laspresiones de tierra mediante la instalacin de anclajes de acero aespaciamientos muy entre si, usualmente entre 1 a 2 metros. Estos anclajesson conocidos como clavos de anclaje y se colocan en el talud o excavacin alos espaciamientos y segn las longitudes dictados por el diseo

micropilotes (soil nailing)

El Soil Nailing es un mtodo de refuerzo in situ utilizando micropilotes vacoscapaces de movilizar resistencia a tensin en el caso de ocurrencia de unmovimiento. Se diferencian de los pilotes en cuanto los micropilotes noresisten cargas laterales a flexin. Los micropilotes pueden ser varillas deacero, tubos o cables que se introducen dentro del suelo natural o la rocablanda y son inyectados dentro de huecos preperforados. Generalmente sonespaciados a distancias relativamente pequeas. Los micropilotes pueden serhincados o inyectados en perforaciones previamente realizadas. Junto con elsuelo estos alfileres o nail forman una estructura de suelo reforzado. Los nail oalfileres se diferencian de los anclajes en el sentido de que son pasivos, o sea,que no son postensionados. Adicionalmente los Nails estn mucho mscercanamente espaciados que los anclajes.

Etapa constructiva de Soil Nailing:

Pernos Individuales no tensionados (estructuras ancladas)

Los pernos son elementos estructurales generalmente constituidos porvarillas de acero, las cuales se colocan dentro de una perforacin, la cual seinyecta posteriormente con cemento para unir la varilla al macizo de roca.

Anclajes individuales tensionados (anclas activas)

Este mtodo consiste en la colocacin dentro del macizo de roca y muy pordebajo de la superficie de falla real o potencial de una serie de tirantes deacero anclados en su punta y tensados por medio de gatos en superficie.Los anclajes generan fuerzas de compresin que aumentan la friccin y / ocontrarrestan la accin de las fuerzas desestabilizadoras.

Micropilotes (Soil nailing)

El Soil Nailing es un mtodo de refuerzo in situ utilizando micropilotesvacos capaces de movilizar resistencia a tensin en el caso de ocurrencia deun movimiento. Se diferencian de los pilotes en cuanto los micropilotes noresisten cargas laterales a flexin. Los micropilotes pueden ser varillas deacero, tubos o cables que se introducen dentro del suelo natural o la rocablanda y son inyectados dentro de huecos preperforados. Generalmenteson espaciados a distancias relativamente pequeas. Los micropilotespueden ser hincados o inyectados en perforaciones previamente realizadas.Junto con el suelo estos alfileres o nail forman una estructura de sueloreforzado. Los nail o alfileres se diferencian de los anclajes en el sentido deque son pasivos, o sea, que no son postensionados. Adicionalmente losNails estn mucho ms cercanamente espaciados que los anclajes.

Estructuras enterradas

Las estructuras enterradas son elementos capaces de resistir esfuerzos aflexin que se colocan dentro del suelo atravezando la posible superficie defalla. Estas estructuras trabajan enpotradas en el suelo por debajo de lafalla. Se conocen varios tipos de estructura enterrada as:

1. Tablestacas

2. Pilotes

3. Pilas o Caissons

TablestacasLas tablestacas son estructuras de contencin hincadas, delgadas y esbeltas las cuales trabajan generalmente a flexin enpotradas o ancladas. Pueden ser de acero, de concreto o de madera siendo las de acero las ms utilizadas. El muro de tablestaca est conformado por una serie de pilotes unidos entre s para formar una pared continua. La integridad del muro depende de las uniones entre pilotes individuales.Las tablestacas son utilizadas con relativa frecuencia como estructura de contencin para la conformacin de muelles en ros o mares. Para su hincado se requiere que el suelo permita la penetracin del pilote y no existan bloques o cantos grandes de roca. La seccin de la tablestaca depende de la altura de la tierra a retenerse y de las condiciones del suelo y agua, as como del sistema de anclaje de los pilotes.

Tablestacas

Las tablestacas son estructuras de contencin hincadas, delgadas y esbeltaslas cuales trabajan generalmente a flexin enpotradas o ancladas. Puedenser de acero, de concreto o de madera siendo las de acero las msutilizadas. El muro de tablestaca est conformado por una serie de pilotesunidos entre s para formar una pared continua. La integridad del murodepende de las uniones entre pilotes individuales.Las tablestacas son utilizadas con relativa frecuencia como estructura decontencin para la conformacin de muelles en ros o mares. Para suhincado se requiere que el suelo permita la penetracin del pilote y noexistan bloques o cantos grandes de roca. La seccin de la tablestacadepende de la altura de la tierra a retenerse y de las condiciones del suelo yagua, as como del sistema de anclaje de los pilotes.

Pilotes

Los pilotes hincados han sido utilizados en ocasiones para la estabilizacinde deslizamientos activos. Este mtodo slo es apropiado paradeslizamientos poco profundos y suelos que no fluyan entre los pilotes.Los deslizamientos profundos generalmente producen fuerzas laterales muygrandes que no pueden ser resistidas fcilmente por los pilotes.Los pilotes deben enterrarse en suelo firme y competente para evitar suarrancamiento o inclinacin. Es comn la utilizacin de estructuras deconcreto armado, uniendo las cabezas de los pilotes para mejorar su rigidezy comportamiento en general. La resistencia o capacidad de un pilote y suefecto de factor de seguridad depende de la profundidad a la cual seencuentra hincado el pilote por debajo de las superficies de falla.

TIPOLOGA DE MUROS DE STANO.

El tipo ms elemental est esquematizado en la figura 8. Aparte del pesopropio, recibe como nica carga vertical la reaccin de apoyo del forjado detecho.

Dentro de la tipologa general, el caso ms frecuente es que sobre el muroapoyen pilares que transmiten cargas de las plantas superiores, pudiendoexistir adems varios stanos, tal y como se indica en la figura 9.

Dependiendo de que el terreno contenido sea o no de propiedad ajena y dela relacin entre empujes y cargas verticales, el cimiento va o no centradorespecto al muro.

AGUAS FRETICAS

Se entiende como Aguas freticas a la capa de terreno donde seencuentran las aguas subterrneas, en reposo o movimiento,formada por la infiltracin de las precipitaciones.

Al bajar de la superficie de la tierra, esta contiene mayor cantidad deagua, hasta el punto donde el contenido de aire es ocupado poragua, en este punto donde solo encontramos parte solida y parte deagua la llamamos Nivel Fretico

NIVEL FRETICO

El nivel Fretico es muy variable:

Verano: el nivel fretico baja (Proceso de evaporacin del calor).

Lluvias: el nivel aumenta.

La profundidad de las aguas freticas son un factor muy importante en laconstruccin; modifica los suelos en los que construimos.

RECONOCIMIENTO DE AGUAS FRETICAS Se puede conocer el nivel de agua

fretica en el terreno haciendo unhueco en la tierra, de manera que sepueda ver dentro de l (50*50 cm), yesperar que el nivel de agua seestabilice. Despus de una hra aprox.se obtiene el nivel donde tenemos aguaeste es el Nivel fretico.

En el laboratorio se saca la muestra de Suelo, que seobtiene con un cilindro, el cual se hinca en la tierra y segira de manera tal que se corte abajo para extraer uncilindro de tierra, se analiza y se conoce el punto desaturacin; se mide la distancia de la superficie de latierra, al punto donde el suelo esta saturado; as seobtiene el Nivel fretico.

El punto donde el suelo esta saturado de agua, sepuede encontrar con el ensayo de Contenido deHumedad, el cual permite saber el porcentaje de aguaque hay en los vacios del suelo, cuando este porcentajees 100% significa que el suelo esta saturado.

Reconocimiento de Aguas freticas

CONGELAMIENTO DE AGUAS FRETICAS

Cuando el agua llega a bajas temperaturashasta el punto de congelarse, esta aumentasu volumen, y genera esfuerzos residuales,en el suelo.

En las zonas de muchas heladas, se generanunas grandes hojas de hielo dentro delsuelo, el cual al cambiar el clima, y subir latemperatura el hielo empieza a deshielarse,quedando los huecos en el suelo por causade la filtracin del agua en la tierra, estocausa asentamientos en las estructuras queestn cimentadas en el suelo en cuestin.

SOLUCIONES AL PROBLEMA

Substitucin de los suelos susceptibles a la helada por otros no susceptibles.

Hacer un drenaje adecuado para bajar el nivel Fretico a una profundidad mayor que la altura mxima de ascensin capilar del suelo.

Excavar hasta el punto donde llega la helada, y colocar un material que no permita la capilaridad, como grava, por lo tanto no permite la subida de aguas freticas por capilaridad.

CAPILARIDAD DE AGUAS FRETICAS El ascenso que tiene un liquido al estar en contacto con las

paredes de un tubo de dimetro pequeo. Si tomamos lamasa de suelo, como un gran conjunto de poros, loscuales estn comunicados, tendramos una gran red detubos capilares, los cuales permiten el efecto decapilaridad del agua fretica. Al subir el agua por un tubocapilar, esta produce unos esfuerzos de tensin en la partesuperior de el agua que esta dentro del tubo capilar

PROBLEMAS DE CAPILARIDAD EN LA CONSTRUCCIN

Uno de los grandes problemas en la construccin es que al subir estaagua se humedecen los cimientos de las estructuras y en algunasocasiones cuando los niveles son muy altos alcanza a llegar a lasparedes de la edificacin generndose problemas en los ladrillos yacabados.

Una solucin a este problema es cambiar el suelo sobre el quedescansa el cimiento, por un suelo ms grueso, que no permita lacapilaridad del agua fretica. Tambin encontramos soluciones deaditivos para el concreto (inclusores de aire), para poder generarimpermeabilidad en este, y de morteros para recubrir estructuras (sika101) con el fin de ganar impermeabilidad.

EL NIVEL FRETICO EN EXCAVACIONES

Puede generar varios problemas si se tiene un suelo permeable, el cual permita que la excavacin que se haga, se llene de agua, lo que generara unas velocidades del agua fretica, arrastrando material del suelo a la excavacin tambin, estando sucio siempre la excavacin

Hay varias formas de abatir el nivel fretico. La ms comn deellas es hacer una zanja colectora del agua en la excavacin,donde se coloca a bombear el agua hacia otra parte fuera dela excavacin. Se debe tener en cuenta que los volmenes deagua que se deben bombear son muy grandes, ya que el nivelfretico siempre tratara de estar constante, lo que puedeincrementar los costos de una obra determinada.

Otra de las formas para abatir el nivel fretico es lade hacer una serie de pozos al rededor de laexcavacin, los cuales sacaran el agua de la tierra,bajando el nivel fretico en esos puntos, y si tenemosla excavacin en medio de estos puntos, el nivelfretico de la excavacin ser abatido.

ZANJAS Y CARCAMOS

Se usan las zanjas abiertas en el fondo de unaexcavacin para recolectar el agua que se filtra enella. Estas zanjas conducen a crcamos de loscuales se bombea el agua.

CRCAMO

Un crcamo es una fosa a nivel ms bajo que el de las zanjasque entran en l. Debe tenerse mucho cuidado para evitarque la arena y el limo de los lados y del fondo del crcamo sedeslaven y se vayan en el agua que se bombea.

Para reducir la perdida de arena por bombeo y evitar laconsecuente inestabilidad, con frecuencia es convenienterevestir las paredes del crcamo y cubrir el fondo con unmaterial de grano grueso que funcione como filtro.

POZOS PUNTA

Un pozo punta es un tubo perforado de longitudaproximada de 90cm y de 38mm de dimetro, cubiertocon una tela cilndrica para evitar la entrada de partculasfinas. Se unen al extremo inferior de un tubo vertical de38mm o 50mm que se encaja verticalmente en el terreno.

En materiales granulares se puede abatir el nivel del aguafretica por medio de pozos de punta.

El pozo punta puede introducirse en el terreno con ayuda de un chifln de agua, sin golpearlo, aunque en algunos estratos duros se requiere una pulseta o una barrena.

En la obra, las lneas de pozos punta separadas de 0.5 a 1.5 m se conectan a una tubera colectora de 15, 20 o 25cm tendida sobre la superficie del terreno. El colector, a su vez, est conectado a una bomba aspirante.

DRENES DE ARENA

En muchos casos, es necesario construir unaestructura o un terrapln sobre suelos finos conpequea resistencia al esfuerzo cortante.

Pueden construirse drenes verticales con el objeto deacelerar el drenaje en los suelos relativamenteimpermeables.

La superficie del terreno sobre los drenes se cubre conuna capa de material permeable, y la estructura oterrapln se construye en la parte superior de esta capa.

Al aumentar el peso se expulsa el agua del subsuelohacia los drenes, de los cuales escapa por la capapermeable a las cunetas. Puede controlarse la rapidezde la consolidacin variando la separacin y dimetrode los drenes

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